一种长距离超临界CO2管道投产工艺系统与充装方法技术方案

本发明专利技术公开了一种长距离超临界CO2管道投产工艺系统与充装方法，包括置换与一级充压系统、二级充压液化系统、末级充压系统以及仪表检测系统；所述置换与一级充压系统用于置换管道内的空气，并建立一级压力；所述二级充压液化系统用于对已建立一级压力的管道进行压力充装，完成二级增压，直至管道内介质全部液化；所述末级充压系统用于在下游干线内介质全部液化后，利用更大输量的增压外输泵进行下游干线管道压力充装，使干线升压至运行压力，并支持后续运行。本发明专利技术基于长距离CO2管道输送的潜在需求和超临界CO2的物理特性，借助较为经济合理的配置与操作要求，保障管道投产前置换与压力充装安全，为长距离、超临界CO2管道运行提供了参考与借鉴。提供了参考与借鉴。提供了参考与借鉴。

【技术实现步骤摘要】
一种长距离超临界CO2管道投产工艺系统与充装方法


[0001]本专利技术属于CO2输送
，特别涉及一种长距离超临界CO2管道投产工 艺系统与充装方法。

技术介绍

[0002]为满足我国碳中和、碳达峰战略的发展需求，在能源化工行业节能减排和 环境保护需求逐日增长的背景下，对二氧化碳实施规模性捕集与利用是有效降 低碳排放的优选途径。其中，长距离管道输送是支撑二氧化碳捕集与利用的关 键途径。二氧化碳临界温度约为31.1℃，临界压力约为7.38MPa，长距离管道 输送时，公认采用压力高于临界压力的超临界输送相态模式，以提高输送的经 济性。另外，二氧化碳存在低温下固态化的特点，纯二氧化碳的三相点为
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56.6℃、0.518MPa，这是二氧化碳有别于常规烃类介质的显著特征。
[0003]对于常规液相管道，其投产过程中常用水作为管道投产的初始充装介质， 在管道运行中采用油顶水的方式予以替换。与常规液相管道不同，密相输送的 CO2在含水环境下具有较强的腐蚀性，管道本身具有较高的干燥要求，因此不 宜采用水来建立投产前的管道背压。
[0004]由CO2的物性特点可知，在碳钢管道服役的低温条件下(
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20℃)，CO2形 成液相的压力为1.8MPa左右，表示低于低压力或者低于此温度时，CO2为气相。 由此可见，在满足管道服役温度的前提下，CO2管道在压力低于1.8MPa时均为 气态，建立背压过程中需要管道内部介质进行相态转化。进一步地，在管道初 始无内压的条件下，高压CO2直接引入可能引起低至
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90℃的温度，这不仅严重 超出管道材料的下限服役温度，同时也可能引起干冰的隐患，考虑采用氮气或CO2气体作为管道背压介质是一种可行的选择，但具体流程、工艺尚需讨论。
[0005]目前，鲜有公开文献针对长距离CO2密相管道的投产工艺进行报道，我国的 长距离CO2管道尚未实质性建设，相关参考做法与经验极少，因此，需要对相关 投产前充装工艺进行研究与优化，保障管道系统安全，为后续大规模开展的CO2管道输送工程提供参考与借鉴。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够进一步完善长距 离超临界CO2输送技术，安全、高效地实施长距离CO2管道输送的长距离超临界 CO2管道投产工艺系统与充装方法。
[0007]本专利技术的主要技术思路是基于CO2相态特征和管道投产客观需求，针对CO2长距离管道输送投产前的介质安全充装问题，从高效置换、前期安全充压、后 期快速充压等角度出发，分别设置置换与一级充压系统、二级充压液化系统、 末级充压系统和仪表检测系统。其中，置换与一级充压系统设置于首站，主要 用于对干线中的干空气进行置换，并提供置换后气体中的含氧量检测功能；二 级充压液化系统设置于首站，利用气源压力和优化后的
首站管路设备，对管道 系统进行压力充装直至介质液化，并降低系统能耗；末级充压系统设置于管道 首站，利用增压设备、换热设备和优化后的调压设备提供可快速进入管道的带 压介质，快速提升管道压力；仪表检测系统设置于首站与沿途各站场，包括压 力变送器和温度变送器，用于对充装过程中的各点位介质压力与温度进行实时 监控。由此，实现长距离CO2管道投产前安全充装的目的。
[0008]本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其特征在于：包括置换与一级 充压系统、二级充压液化系统、末级充压系统以及仪表检测系统；
[0010]所述置换与一级充压系统设置于首站，其输入端经CO2提纯管道与上游的 CO2液化提纯单元相连，输出端经设置有干线第一截断阀、干线换热器以及干 线第二截断阀的干线泵下游管道与外输干线相连，所述置换与一级充压系统用 于置换管道内的空气，并建立一级压力；
[0011]所述二级充压液化系统设置于首站，其输入端经CO2提纯管道与上游的CO2液化提纯单元相连，输出端经干线泵下游管道与外输干线相连，所述二级充压 液化系统用于对已建立一级压力的管道进行压力充装，完成二级增压，直至管 道内介质全部液化；
[0012]所述末级充压系统设置于首站，其输入端经CO2提纯管道与上游的CO2液化 提纯单元相连，输出端经干线泵下游管道与外输干线相连，所述末级充压系统 用于在下游干线内介质全部液化后，利用更大输量的增压外输泵进行下游干线 管道压力充装，使干线升压至运行压力，并支持后续运行；
[0013]所述仪表检测系统设置于首站及沿途各场站，用于对充装过程中的各点位 介质压力与温度进行实时监控。
[0014]本专利技术所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其所述置换与一级充 压系统包括低压截断阀和低压调节阀，所述低压截断阀与CO2提纯管道相连， 所述低压调节阀设置于低压截断阀的下游，所述低压调节阀与干线第一截断阀 相连，所述干线第二截断阀下游的外输主路设置有清管旁路，所述清管旁路与 清管发球筒相连，在所述清管发球筒的上游和下游分别设置有清管旁路第一截 断阀和清管旁路第二截断阀，在所述外输主路的末端设置有干线第三截断阀。
[0015]本专利技术所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其所述外输干线与末 站相连，在所述末站设置有放空系统和气体含量检测系统，用于排放置换空气 和检测置换气体中的氧气含量。
[0016]本专利技术所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其所述二级充压液化 系统包括中压截断阀、中压泵以及中压调节阀，所述中压截断阀与CO2提纯管 道相连，所述中压泵设置于中压截断阀下游，所述中压调节阀设置于中压泵下 游，所述中压调节阀与干线第一截断阀相连。
[0017]本专利技术所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其所述末级充压系统 包括干线泵泵前截断阀、干线泵、干线旁路截断阀以及干线旁路调节阀，所述 干线泵泵前截断阀与CO2提纯管道相连，所述干线泵设置于干线泵泵前截断阀 下游，所述干线泵与干线第一截断阀相连，所述干线旁路截断阀设置于干线第 二截断阀的旁路，所述干线旁路调节阀设置于干线旁路截断阀的下游。
[0018]本专利技术所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其所述仪表检测系统 包括设置于各场站的压力变送器和温度变送器，在所述干线换热器上游和下游 分别设置有第一温度变送器和第二温度变送器，在所述干线第二截断阀的下游 设置有第一压力变送器，在外输干线上设置有外输管道压力变送器。
[0019]本专利技术所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其在所述首站设置有 压力安全泄放系统，用于确保全线最低点的压力不超过管道设计压力，所述压 力安全泄放系统包括设置在外输干线起始端的干线压力泄放阀，所述干线压力 泄放阀根据外输管道压力变送器的指示结果开启或关闭。
[0020]一种长距离超临界CO2管道投产充装方法，其包括以下具体步骤：
[0021]步骤一：按照管道输送工艺要求，在CO2管道沿途设置各工艺站场，管道 建设完毕后，管道中残余的介质为干空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其特征在于：包括置换与一级充压系统、二级充压液化系统、末级充压系统以及仪表检测系统；所述置换与一级充压系统设置于首站，其输入端经CO2提纯管道(1)与上游的CO2液化提纯单元相连，输出端经设置有干线第一截断阀(4)、干线换热器(6)以及干线第二截断阀(7)的干线泵下游管道(5)与外输干线(13)相连，所述置换与一级充压系统用于置换管道内的空气，并建立一级压力；所述二级充压液化系统设置于首站，其输入端经CO2提纯管道(1)与上游的CO2液化提纯单元相连，输出端经干线泵下游管道(5)与外输干线(13)相连，所述二级充压液化系统用于对已建立一级压力的管道进行压力充装，完成二级增压，直至管道内介质全部液化；所述末级充压系统设置于首站，其输入端经CO2提纯管道(1)与上游的CO2液化提纯单元相连，输出端经干线泵下游管道(5)与外输干线(13)相连，所述末级充压系统用于在下游干线内介质全部液化后，利用更大输量的增压外输泵进行下游干线管道压力充装，使干线升压至运行压力，并支持后续运行；所述仪表检测系统设置于首站及沿途各场站，用于对充装过程中的各点位介质压力与温度进行实时监控。2.根据权利要求1所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其特征在于：所述置换与一级充压系统包括低压截断阀(2)和低压调节阀(3)，所述低压截断阀(2)与CO2提纯管道(1)相连，所述低压调节阀(3)设置于低压截断阀(2)的下游，所述低压调节阀(3)与干线第一截断阀(4)相连，所述干线第二截断阀(7)下游的外输主路(12)设置有清管旁路，所述清管旁路与清管发球筒(10)相连，在所述清管发球筒(10)的上游和下游分别设置有清管旁路第一截断阀(8)和清管旁路第二截断阀(11)，在所述外输主路(12)的末端设置有干线第三截断阀(9)。3.根据权利要求2所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其特征在于：所述外输干线(13)与末站(14)相连，在所述末站(14)设置有放空系统和气体含量检测系统，用于排放置换空气和检测置换气体中的氧气含量。4.根据权利要求1所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其特征在于：所述二级充压液化系统包括中压截断阀(21)、中压泵(22)以及中压调节阀(23)，所述中压截断阀(21)与CO2提纯管道(1)相连，所述中压泵(22)设置于中压截断阀(21)下游，所述中压调节阀(23)设置于中压泵(22)下游，所述中压调节阀(23)与干线第一截断阀(4)相连。5.根据权利要求1所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其特征在于：所述末级充压系统包括干线泵泵前截断阀(32)、干线泵(33)、干线旁路截断阀(34)以及干线旁路调节阀(35)，所述干线泵泵前截断阀(32)与CO2提纯管道(1)相连，所述干线泵(33)设置于干线泵泵前截断阀(32)下游，所述干线泵(33)与干线第一截断阀(4)相连，所述干线旁路截断阀(34)设置于干线第二截断阀(7)的旁路，所述干线旁路调节阀(35)设置于干线旁路截断阀(34)的下游。6.根据权利要求1所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其特征在于：所述仪表检测系统包括设置于各场站的压力变送器和温度变送器，在所述干线换热器(6)上游和下游分别设置有第一温度变送器(41)和第二温度变送器(42)，在所述干线第二截断阀(7)的下游设置有第一压力变送器(43)，在外输干线(13)上设置有外输管道压力变送器(44)。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊文，张茂林，陈杰，汤晓勇，谌贵宇，牛念，汪贵，王科钞，唐昊，黄贵萍，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：