CN115717684A - 一种长距离超临界co2管道投产工艺系统与充装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明属于CO2输送技术领域，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。
背景技术
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 -56.6℃、0.518MPa，这是二氧化碳有别于常规烃类介质的显著特征。
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。
由CO2的物性特点可知，在碳钢管道服役的低温条件下(-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-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。
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。
发明内容
本发明的目的在于：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。
本发明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。
本发明采用的技术方案是：
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；
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；
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；
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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
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：
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，管道投产前，首站截断阀和末站截 断阀均处于关闭状态；
步骤二：实施管道内介质的置换，通过置换与一级充压系统对首站上游提 供的捕集、处理后的CO2进行压力和温度调节后，送入下游干线管道，置换管 道内的干空气，并在管道内建立一级压力，当干线注入点的CO2压力接近CO2提纯管道的供给压力时，完成该步骤；
步骤三：关闭置换与一级充压系统，通过二级充压液化系统对已建立一级 压力的管道继续进行压力充装，输出用于下游管线充装的CO2，逐步提高下游 管道系统的压力，直至下游干线内介质全部液化，当干线注入点的CO2压力接 近二级充压液化系统的中压泵的排出压力时，完成该步骤；
步骤四：关闭二级充压液化系统，通过末级充压系统用于在下游干线内介 质全部液化后，利用更大输量的干线泵进行下游干线管道压力充装，当干线注 入点的CO2压力接近干线泵的排出压力时，完成投产前充压程序。
本发明所述的长距离超临界CO2管道投产充装方法，其所述步骤二具体为： 在清管发球筒中预先放置清管器，并完成清管发球筒内的空气置换；开启CO2提纯管道、低压截断阀、低压调节阀、干线第一截断阀、干线泵下游管道、干 线换热器、干线第二截断阀和干线第三截断阀，打通置换通路，向外输干线注 入调压、换热后的CO2气体，注入时间至少3min；关闭干线第三截断阀，开启 清管旁路第一截断阀和清管旁路第二截断阀，推出清管器，使清管器与前端CO2隔离；清管器发出后，恢复开启干线第三截断阀，关闭清管旁路第一截断阀和 清管旁路第二截断阀；保持下游放空系统开启，在下游末站接收清管器后，维 持泄放至少5min，并监测下游放空出口的气体中氧气含量，低于0.5％后，判 断为置换完成，关闭下游放空系统和下游截断阀，上游持续引入CO2气体至干 线；
所述步骤三具体为：开启中压截断阀、中压泵以及中压调节阀，关闭低压 截断阀、低压调节阀，转入二级充压程序；中压泵的排出压力恒定为7.5MPa， 监测第一温度变送器和第二温度变送器的检测值，控制中压调节阀开度，持续 向下游干线中注入气相或液相的CO2；
所述步骤四具体为：开启干线泵泵前截断阀、干线泵、干线旁路截断阀以 及干线旁路调节阀，关闭中压截断阀、中压泵、中压调节阀以及干线第二截断 阀，转入末级充压程序；干线泵的排出压力恒定为管道正常运行操作压力，监 测第一温度变送器和第二温度变送器的检测值，控制干线旁路调节阀开度，持 续向下游干线中注入超临界相的CO2。
本发明所述的长距离超临界CO2管道投产充装方法，其充压结束后，至等 待全线投运前，关闭干线截断阀，关闭上游CO2供给系统，持续监测全线压力 变送器和温度变送器检测结果，以指示是否发生下游充压管道内介质受地温或 环境影响，导致管道内部热膨胀而引起的管道局部超压；若任意一点压力检测 值持续升高且接近安全设定值，立即开启干线压力泄放阀，降低全线管道压力， 直至管道压力回落至步骤四充压后的数值。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：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，提出了一种长距离致密相CO2管道投产前充装工 艺系统和方法，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。具体表现 为：
(1)设置科学
本发明针对长距离超临界CO2管道运行特点与介质特征，从管道投运前的 高效置换、内腐蚀控制等角度出发，在基本顺应管道后期运行原则的基础上， 分别设置了置换系统、一级充压系统、快速充压系统和仪表检测系统，一方面 严格保障进入管道中的介质克服CO2降压引起的低温，避免管材损伤，另一方 面仅设置必要的投产前工艺运行管路，以充分利用后期运行设备，提高系统的 合理性。通过本系统，充分提高了CO2供应系统与管道输送系统的耦合度，全 局开展系统投产前的管路置换与充装控制，科学、高效的提供了长距离管道良 好的投产条件与基础。
(2)经济性佳
本系统充分利用了CO2超临界管道的运行特点与运行基本设施配置，在初 始置换和一级充压过程中，依托气源可提供的介质压力，避免厂站与外输部分 功能性分隔，造成不必要的额外能耗与投资；在置换阶段，充分考虑前期施工 后可能存在的管内残余游离水问题，利用置换时低压CO2持续吹扫，避免后期 增压输送后，CO2分压过高引起的管材损伤，节省后期运维费用；设置快速充 压系统，利用上游高压CO2降压至快速充装压力时温度依然高于-15℃的特点， 实现无阻、快速充压，节省充压时间。
(3)推动技术发展
目前，我国尚未开展长距离超临界CO2管道的运营，本系统提出的方案起 到了工程指导与参考的重要作用，提出的置换、一级充压、快速充压等关键工 艺系统配置与方法可兼顾投产与后期运行的可靠性与安全性，推动了该领域的 技术进步。
附图说明
本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中
图1为本发明的示意图。
图中标记：1为CO2提纯管道，2为低压截断阀，3为低压调节阀，4为干 线第一截断阀，5为干线泵下游管道，6为干线换热器，7为干线第二截断阀， 8为清管旁路第一截断阀，9为干线第三截断阀，10为清管发球筒，11为清管 旁路第二截断阀，12为外输主路，13为外输干线，14为末站，15为置换阀，21为中压截断阀，22为中压泵，23为中压调节阀，32为干线泵泵前截断阀， 33为干线泵，34为干线旁路截断阀，35为干线旁路调节阀，41为第一温度变送器，42为第二温度变送器，43为第一压力变送器，44为外输管道压力变送 器，45为干线压力泄放阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明 实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附 图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要 求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。
如图1所示，一种长距离超临界CO2管道投产工艺系统，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，通过设置本 系统，对长距离超临界CO2管道的高效、安全投产提供支撑条件。
其中，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，所述CO2液化提纯单元用于提供提纯处理后的 外输CO2，其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，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。需要指出的是，置换与一级充压系统的干线管路、换热器等设备按照干线设计输送能力考虑配置，本方案充分利用其工艺特点，不 再另外设置换热设备，并结合本方案所设置的附加管路设备和方法实现投产前 充装。
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，并提供合适的入口介质温度。
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，同时提 供合适的管道入口温度。
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。
在本实施例中，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CO2提纯管道的材质根据提 纯工艺最低操作温度确定，优选采用低温碳钢，所述低压截断阀常关，在下游 干线管道投产时开启，材质与CO2提纯管道一致，所述低压调节阀3设置于低 压截断阀2的下游，常关，在下游干线管道投产时开启，用于控制引入下游的 CO2流量，材质与CO2提纯管道一致，所述低压调节阀3与干线第一截断阀4相 连，所述干线第一截断阀用于控制CO2主管道的连通与关闭，常开，材质优选为不锈钢，干线泵下游管道5连接干线泵33与干线换热器6，材质优选为不锈 钢，干线换热器6优选为管壳式换热器，冷路为干线泵下游管道5供给的提纯 后CO2，热路为原料CO2气体，用于对上游输出的低温CO2进行冷量回收，对待 处理的CO2原料气体进行预冷，节省能耗；干线第二截断阀7安装于干线换热 器6下游，材质为碳钢，用于与干线旁路截断阀34配合，切换流程；外输主 路12连接干线第二截断阀7和外输干线13，材质为碳钢，用于正常输送时提供CO2外输通道，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，均为碳钢，用于在管 道清管、管道置换等情况下提供介质流通通道，常关；在所述外输主路12的 末端设置有干线第三截断阀9，材质为碳钢，用于在管道清管、管道置换时切 换介质工艺流程，常开；清管发球筒10为碳钢材质，用于管道清管，也用于 管道置换时发送分段隔离装置(泡沫清管球)；置换阀15设置于发球筒的小 筒段，常关，用于清管器本体内部气体置换时，提供置换气排放通道。
具体地，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，所述中压截断阀常关， 材质与CO2提纯管道一致，仅在下游管道二级增压时开启；所述中压泵22设置 于中压截断阀21下游，用于将提纯后的低温、低压CO2进行增压(增压后压力 略高于临界压力)，满足全线管道初始液化的要求；所述中压调节阀23设置 于中压泵22下游，用于维持中压泵22出口压力，对泵后介质进行调压，满足 下游管道的逐步充压要求，所述中压调节阀23与干线第一截断阀4相连；进一步地，在干线管道压力低于2.5MPa时，调压后介质温度的温度低于-20℃， 因此调压后介质借助干线换热器6换热，提高温度至常温后可安全进入下游干 线，一方面保障干线的材料安全，另一方面避免干线内介质温度波动过大。
具体地，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，所述干线泵泵前截断阀的材质与CO2提纯管道一致，管道运行时 常开，用于提供提纯后的低温、低压CO2流动主通道；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 泵为干线外输主泵，材质与CO2提纯管道1一致，用于提升介质压力至设计值 (一般增压后介质压力为8～14MPa)；所述干线旁路截断阀34设置于干线第 二截断阀7的旁路，常关，碳钢材质，在末级充压时开启，用于连通干线旁路 调节阀35，所述干线旁路调节阀35设置于干线旁路截断阀34的下游，干线旁 路调节阀35为碳钢材质，用于调节干线泵33出口介质的压力，调节后的压力 与外输干线内介质压力保持一致；进一步地，由于在启用末级充压系统时，干 线管道内介质已经全部液化，因此干线泵33的出口压力调节至干线压力时不 存在相变和大幅温降，因此直接将增压后介质流过干线换热器6，回收冷量并 调温后，送入下游外输干线，避免干线内介质温度波动过大。
其中，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， 负责对投产过程中系统关键点位的压力、温度参数实施监控，保障系统材料与 强度安全。具体地，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，所述第一温度变送器负责检测流出低压调节阀和 中压调节阀的CO2介质温度，并与第二温度变送器检测结果协同控制调节阀开 度，所述第二温度变送器负责检测流出干线换热器的CO2介质温度，若检测温 度低于0℃，反馈至上游调节阀以控制流量；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，负责检测进入发球筒区域的介质压力；在外输干线13上设置有外输管道压力变送器44，主要检测干线的内压力，用于指示充压 程度，同时在充压结束后，用于管道内封存介质压力安全报警。
在本实施例中，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13 起始端的干线压力泄放阀45，在干线充压结束临时关闭时，所述干线压力泄放 阀45根据外输管道压力变送器44的指示结果开启或关闭，用于避免外输干线 内介质由于环境加热造成膨胀后引起干线内压力超过设计压力。
本发明的工作原理为：
(1)总体原理：超临界CO2管道输送压力较高(超过临界压力，一般CO2的临界压力为7.3MPa)。管道投产前，其内部是干空气，因此需采用合适的方 式予以排出，否则管道无法完全液化，影响运行安全与运行稳定；与常规可燃 介质(例如天然气等)不同，由于CO2不具有可燃性，因此本发明考虑无需进 一步采用氮气置换，直接采用CO2对管道内空气进行置换；为减少混气段长度， 本发明采用了CO2气段+清管球隔离的置换措施。由于CO2管道的介质来源于低 温提纯的CO2，正常运行时，考虑在进入干线前设置换热器，实现冷量回收， 降低能耗；进一步地，低温或常温的液相CO2在降压至常压时，介质温度可低 至-90℃，不能直接将低温介质引入外输干线，否则将对管道材料安全造成严 重威胁，因此，产出的低温CO2在压力调节后引入干线换热器，进行冷量回收 与热量交换，一方面免去新设置汽化器，充分利用干线设施，另一方面避免损 伤下游管线，为此，设置了首级充压系统，可保证干线管道内压力被安全充装 至上游液化提纯的CO2对等压力；同时，为了节省能耗和保护干线泵，设置了 第二级充压系统，通过对CO2小幅增压后，保障干线充装至临界压力，实现干 线介质全部液化，并借助干线换热器，保障进入干线的介质温度稳定；最后再 通过干线泵直接增压至设定停输压力，建立全线压力场，并进入投产程序。
(2)具体地，在第一阶段，由于管道内部基本为干空气，因此首先需要 对干空气进行置换。通过设置的置换系统，引入低温CO2，调压换热后，进入 干线，实施CO2对干空气的隔离，进一步在发球筒内放置泡沫清管球，利用CO2推动清管球，组成“CO2-清管球-CO2-干空气”置换系统，避免CO2与干空气的 长距离混合，缩短置换时间；置换以下游末站放空气中氧气含量低于0.5％为合 格。
(3)在一级充压阶段，充分利用CO2产品压力，借助干线换热器对调压后 的气态CO2进行换热，逐步注入干线管道，实现干线压力稳定上升，最终干线 注入点压力等于低温CO2的供给压力。
(4)在二级充压阶段，利用中压泵和中压调节阀对低温CO2进行小幅增压 和调节，并通过干线换热器热量交换后继续充装下游干线，直至下游干线压力 超过临界压力，实现干线整体液化。
(5)在末级充压阶段，利用干线泵增压低温CO2，并首先进入换热器实现 热量交换，再通过调节阀实现干线管道末级充压，最终提升干线压力至设计要 求。
(6)在末级充压前后，若干线临时关闭，为应对干线内液化介质受土壤 温度变化引起的膨胀与压力升高，设置了压力变送器进行实时监测，并提供了 压力泄放通道，保障管道安全。
本发明还公开了一种长距离超临界CO2管道投产充装方法，包括以下具体 步骤：
步骤一：按照管道输送工艺要求，在CO2管道沿途设置首站、阀室、末站 等工艺站场，管道建设完毕后，管道全线进行清管、试压和干燥。干燥完毕后， 管道中残余的介质为干空气，管道投产前，首站截断阀和末站截断阀均处于关 闭状态。
步骤二：实施管道内介质的置换，通过置换与一级充压系统对首站上游提 供的捕集、处理后的CO2进行压力和温度调节后，送入下游干线管道，置换管 道内的干空气，并在管道内建立一级压力，当干线注入点的CO2压力接近CO2提纯管道的供给压力时，表明利用低温CO2自身压力无法继续实施充压，完成 该步骤。
具体地，在清管发球筒10中预先放置清管器，并完成清管发球筒10内的 空气置换；开启CO2提纯管道1、低压截断阀2、低压调节阀3、干线第一截断 阀4、干线泵下游管道5、干线换热器6、干线第二截断阀7和干线第三截断阀 9，打通置换通路，向外输干线13注入调压、换热后的CO2气体，注入时间至 少3min；关闭干线第三截断阀9，开启清管旁路第一截断阀8和清管旁路第二 截断阀11，推出清管器，使清管器与前端CO2隔离；清管器发出后，恢复开启 干线第三截断阀9，关闭清管旁路第一截断阀8和清管旁路第二截断阀11；保 持下游放空系统开启，在下游末站接收清管器后，维持泄放至少5min，并监测 下游放空出口的气体中氧气含量，低于0.5％后，判断为置换完成，关闭下游放 空系统和下游截断阀，上游持续引入CO2气体至干线。
在此步骤中，若第二温度变送器42的检测值低于0℃，则降低低压调节阀 3的开度，减少CO2流量。
步骤三：关闭置换与一级充压系统，通过二级充压液化系统对已建立一级 压力的管道继续进行压力充装，输出用于下游管线充装的CO2，逐步提高下游 管道系统的压力，直至下游干线内介质全部液化，当干线注入点的CO2压力接 近二级充压液化系统的中压泵22的排出压力时，表明利用中压泵22的排出压 力无法继续实施充压，完成该步骤。
具体地，开启中压截断阀21、中压泵22以及中压调节阀23，关闭低压截 断阀2、低压调节阀3，转入二级充压程序；中压泵22的排出压力恒定为7.5MPa， 监测第一温度变送器41和第二温度变送器42的检测值，控制中压调节阀23 开度，持续向下游干线中注入气相或液相的CO2。
在此步骤中，若第二温度变送器42的检测值低于0℃，则降低中压调节阀 23的开度，减少CO2流量。
步骤四：关闭二级充压液化系统，通过末级充压系统用于在下游干线内介 质全部液化后，利用更大输量的干线泵进行下游干线管道压力充装，当干线注 入点的CO2压力接近干线泵的排出压力时，完成投产前充压程序。
具体地，开启干线泵泵前截断阀32、干线泵33、干线旁路截断阀34以及 干线旁路调节阀35，关闭中压截断阀21、中压泵22、中压调节阀23以及干线 第二截断阀7，转入末级充压程序；干线泵33的排出压力恒定为管道正常运行 操作压力，监测第一温度变送器41和第二温度变送器42的检测值，控制干线 旁路调节阀35开度，持续向下游干线中注入超临界相的CO2。
在此步骤中，若第二温度变送器42的检测值低于0℃，则干线旁路调节阀 35的开度，减少CO2流量。
充压结束后，至等待全线投运前，关闭干线截断阀，关闭上游CO2供给系 统，持续监测全线压力变送器和温度变送器检测结果，以指示是否发生下游充 压管道内介质受地温或环境影响，导致管道内部热膨胀而引起的管道局部超 压；若任意一点压力检测值持续升高且接近安全设定值，立即开启干线压力泄 放阀，降低全线管道压力，直至管道压力回落至步骤四充压后的数值。
本发明并不局限于前述的具体实施方式，本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。
Claims (10)
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)。
7.根据权利要求6所述的长距离超临界CO2管道投产工艺系统，其特征在于：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(13)起始端的干线压力泄放阀(45)，所述干线压力泄放阀(45)根据外输管道压力变送器(44)的指示结果开启或关闭。
8.一种长距离超临界CO2管道投产充装方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
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，管道投产前，首站截断阀和末站截断阀均处于关闭状态；
步骤二：实施管道内介质的置换，通过置换与一级充压系统对首站上游提供的捕集、处理后的CO2进行压力和温度调节后，送入下游干线管道，置换管道内的干空气，并在管道内建立一级压力，当干线注入点的CO2压力接近CO2提纯管道的供给压力时，完成该步骤；
步骤三：关闭置换与一级充压系统，通过二级充压液化系统对已建立一级压力的管道继续进行压力充装，输出用于下游管线充装的CO2，逐步提高下游管道系统的压力，直至下游干线内介质全部液化，当干线注入点的CO2压力接近二级充压液化系统的中压泵的排出压力时，完成该步骤；
步骤四：关闭二级充压液化系统，通过末级充压系统用于在下游干线内介质全部液化后，利用更大输量的干线泵进行下游干线管道压力充装，当干线注入点的CO2压力接近干线泵的排出压力时，完成投产前充压程序。
9.根据权利要求8所述的长距离超临界CO2管道投产充装方法，其特征在于：所述步骤二具体为：在清管发球筒中预先放置清管器，并完成清管发球筒内的空气置换；开启CO2提纯管道、低压截断阀、低压调节阀、干线第一截断阀、干线泵下游管道、干线换热器、干线第二截断阀和干线第三截断阀，打通置换通路，向外输干线注入调压、换热后的CO2气体，注入时间至少3min；关闭干线第三截断阀，开启清管旁路第一截断阀和清管旁路第二截断阀，推出清管器，使清管器与前端CO2隔离；清管器发出后，恢复开启干线第三截断阀，关闭清管旁路第一截断阀和清管旁路第二截断阀；保持下游放空系统开启，在下游末站接收清管器后，维持泄放至少5min，并监测下游放空出口的气体中氧气含量，低于0.5％后，判断为置换完成，关闭下游放空系统和下游截断阀，上游持续引入CO2气体至干线；
所述步骤三具体为：开启中压截断阀、中压泵以及中压调节阀，关闭低压截断阀、低压调节阀，转入二级充压程序；中压泵的排出压力恒定为7.5MPa，监测第一温度变送器和第二温度变送器的检测值，控制中压调节阀开度，持续向下游干线中注入气相或液相的CO2；
所述步骤四具体为：开启干线泵泵前截断阀、干线泵、干线旁路截断阀以及干线旁路调节阀，关闭中压截断阀、中压泵、中压调节阀以及干线第二截断阀，转入末级充压程序；干线泵的排出压力恒定为管道正常运行操作压力，监测第一温度变送器和第二温度变送器的检测值，控制干线旁路调节阀开度，持续向下游干线中注入超临界相的CO2。
10.根据权利要求9所述的长距离超临界CO2管道投产充装方法，其特征在于：充压结束后，至等待全线投运前，关闭干线截断阀，关闭上游CO2供给系统，持续监测全线压力变送器和温度变送器检测结果，以指示是否发生下游充压管道内介质受地温或环境影响，导致管道内部热膨胀而引起的管道局部超压；若任意一点压力检测值持续升高且接近安全设定值，立即开启干线压力泄放阀，降低全线管道压力，直至管道压力回落至步骤四充压后的数值。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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