一种支线超临界二氧化碳管道投产系统与方法

技术领域

本发明属于二氧化碳管道输送技术领域，特别涉及一种支线超临界二氧化碳管道投产系统与方法。

背景技术

为满足我国碳达峰、碳中和战略的发展需求，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。与常规管道系统类似，随着碳捕集、碳封存或碳利用技术的发展，超临界二氧化碳管道的建设趋势必然向“干线管道+支线管道”的管网模式发展，以期形成完善的综合网络系统，提高碳源的利用或封存效率。

由二氧化碳的特性可知，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，密相输送的二氧化碳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。同时，由于超临界二氧化碳管道对管道干燥要求较高，优选氮气或干空气进行提前干燥，随后再进行投产工作。需要注意的是，对于从超临界二氧化碳干线管道上下载产品的支线长距离管道，其投产过程应充分服从干线的输送计划，即支线管道投产过程具有下载量相对额定的显著特征，否则将极大地影响干线长距离输送的稳定性。

同时，在碳钢管道服役的低温条件下(-20℃)，二氧化碳形成液相的压力为2MPa左右，表示低于该压力或者低于此温度时，二氧化碳为气相或气液两相。因此，在投产过程中，应充分考虑背压建立、背压控制与温度控制的问题。

目前，鲜有公开文献针对干线流量稳定控制的支线超临界二氧化碳管道的投产工艺进行报道，我国的长距离二氧化碳管道尚未实质性建设，相关参考做法与经验极少，因此，需要对相关投产前流量控制、低温控制及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二氧化碳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，提供一种能够安全、高效地实施支线超临界二氧化碳管道输送的支线超临界二氧化碳管道投产系统与方法。

本发明基于二氧化碳相态特征和支线管道投产的客观约束及需求，针对支线超临界二氧化碳管道输送投产前的介质流量控制、温度控制、压力充装等问题，从干线流量稳定、安全置换、阶梯压力充装等角度出发，分别设置干线介质引入系统、投产与泄放控制系统、末端泄放系统、仪表检测系统等。

其中，干线介质引入系统设置于支线首站，主要包括引入支线、配套阀门、清管发球筒等，用于将干线介质引入支线系统、提供支线投产过程调压旁路、提供支线投产过程中紧急情况下的介质泄放设施等功能；投产与泄放控制系统设置于支线首站，主要包括流量调节阀、压力调节阀、两级多列空浴式换热器、不锈钢管路等，用于对干线下载的投产介质进行流量控制、压力调节，同时对调压后的初期低温介质进行温度补偿，满足充装进入下游支线的最低温度要求，另外，还对不同投产阶段的流量进行分别控制；末端泄放系统设置于支线管道末端，用于对投产初期过程中的管道内积存氮气进行排空，并长期监测管道末端气体组分，指示置换情况，确定充压起始时间点；仪表检测系统包括设置在本发明各系统中的压力变送器、温度变送器等，用于对投产过程中关键点位的温度与压力进行监控，反馈至生产系统。由此，实现支线超临界二氧化碳管道的高效、安全投产。

本发明采用的技术方案是：一种支线超临界二氧化碳管道投产系统，其特征在于：包括干线介质引入系统、投产与泄放控制系统、末端泄放系统以及仪表检测系统；

所述干线介质引入系统连接上游超临界二氧化碳干线管道，用于将干线介质引入支线系统，所述干线介质引入系统设置有支线投产过程调压旁路；

所述投产与泄放控制系统与干线介质引入系统的调压旁路相连，用于对干线下载的投产介质进行流量控制、压力调节，同时对调压后的初期低温介质进行温度补偿，并在紧急工况下，对干线下载的介质进行放空；

所述末端泄放系统设置在支线末端站场，用于对投产初期过程中的管道内积存氮气进行排空，并监测管道末端气体组分；

所述仪表检测系统包括多个压力变送器和温度变送器，用于对投产过程中关键点位的温度与压力进行监控。

本发明所述的支线超临界二氧化碳管道投产系统，其所述干线介质引入系统包括二氧化碳支线接入管道、支线第一旁路以及支线第二旁路；

所述二氧化碳支线接入管道连接上游超临界二氧化碳干线管道，在所述二氧化碳支线接入管道上，沿介质流动方向依次设置有支线入口截断阀、支线调节阀和支线第二截断阀；

所述支线第一旁路设置于支线入口截断阀下游，用于提供连接投产与泄放控制系统的入口通道，在所述支线第一旁路上设置有支线第一旁路截断阀；

所述支线第二旁路设置于支线第二截断阀下游，用于提供连接投产与泄放控制系统的出口通道，在所述支线第二旁路上设置有支线第二旁路截断阀。

本发明所述的支线超临界二氧化碳管道投产系统，其在所述支线入口截断阀下游设置有支线入口流量变送器，用于实时检测支线引入的二氧化碳流量；在所述支线第二截断阀下游设置有支线压力变送器，用于实时检测支线压力调节后的压力。

本发明所述的支线超临界二氧化碳管道投产系统，其在所述支线第二截断阀下游设置有清管组件，所述清管组件包括清管发球筒、清管第一截断阀、支线清管截断阀以及清管第二截断阀，所述清管第一截断阀与清管发球筒大端相连，所述支线清管截断阀连接在清管发球筒出口端，所述清管第一截断阀和清管第二截断阀仅在支线首站置换与清管工况下开启，清管器发出后立即关闭，所述支线清管截断阀仅在支线首站置换与清管工况下关闭，清管器发出后立即开启。

本发明所述的支线超临界二氧化碳管道投产系统，其所述投产与泄放控制系统包括一级调节阀后管道、二级调节阀后管路以及放空组件，所述一级调节阀后管道通过一级调节阀与支线第一旁路截断阀相连，所述二级调节阀后管路与支线第二旁路截断阀相连，在所述一级调节阀后管道和二级调节阀后管路之间，沿介质流动方向依次设置有一级空浴式换热器、二级调节阀、过滤器以及二级空浴式换热器，所述放空组件连接在二级调节阀下游。

本发明所述的支线超临界二氧化碳管道投产系统，其所述放空组件包括放空管道和放空立管，所述放空管道连接二级调节阀和放空立管，在所述放空管道上设置有放空流量调节阀。

本发明所述的支线超临界二氧化碳管道投产系统，其所述末端泄放系统包括泄放支管和泄放立管，在所述泄放支管上依次设置有泄放截断阀、泄放调节阀以及取样阀。

本发明所述的支线超临界二氧化碳管道投产系统，其所述仪表检测系统包括一级调压后压力变送器、一级调压后温度变送器、一级换热后温度变送器、二级调压后压力变送器、二级调压后温度变送器以及二级换热后温度变送器，所述一级调压后压力变送器和一级调压后温度变送器设置在一级调节阀下游，所述一级换热后温度变送器设置在一级空浴式换热器下游，所述二级调压后压力变送器和二级调压后温度变送器设置在过滤器下游，所述二级换热后温度变送器设置在二级空浴式换热器下游。

一种采用支线超临界二氧化碳管道投产系统的投产方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一：在支线超临界二氧化碳管道投产前，保持干线管道正常输送，保持支线入口截断阀关闭状态，同时保持支线调节阀、支线第二截断阀关闭；

步骤二：从干线引入超临界二氧化碳置换支线内投产前预充装的氮气，具体为：先在支线入口截断阀下游注入带压二氧化碳建立背压，开启支线入口截断阀，连通上游干线与支线入口段，随后依次打开第一旁路截断阀、一级调节阀、二级调节阀、支线第二旁路截断阀，打通干线介质引入通道，并将干线介质通过投产与泄放控制系统的管路引入下游外输支线，同时，开启下游的泄放截断阀和泄放调节阀，打通置换系统；

步骤三：置换完成后，进入支线管道的充压阶段，干线下载量调整至充压产量，通过调整投产与泄放控制系统中的调节阀及换热器参数，保持干线下载量为充压产量，并保持支线引入流量稳定；当下游支线的压力达到3MPa以上后，可直接关闭投产与泄放控制系统，通过支线调节阀直接引入干线介质；

步骤四：管道充装结束后，立即开启末站截断阀和末站调节阀，管道系统按照充装流量进行试运行，由此完成投产的介质置换、压力充装过程，通过控制额定支线流量，实现系统完全投产。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明基于二氧化碳相态特征和支线管道投产的客观约束及需求，针对支线超临界二氧化碳管道输送投产前的介质流量控制、温度控制、压力充装等问题，从干线流量稳定、安全置换、阶梯压力充装等角度出发，分别设置干线介质引入系统、投产与泄放控制系统、末端泄放系统、仪表检测系统等，在提供干线稳定下载量的情况下，实现了支线管道的安全、高效置换与压力充装，为支线超临界二氧化碳管道的投产运行提供了参考与借鉴。

具体表现为：

(1)设置科学

本发明针对超临界二氧化碳干线管道运行特点与超临界二氧化碳介质特征，以控制支线投产过程中干线的输送稳定性保障为基本原则，设置了干线介质引入系统、投产与泄放控制系统、末端泄放系统、仪表检测系统等，一方面严格按照设定的引入流量值进行流量控制，另一方面对引入的超临界二氧化碳进行安全调压、调温，避免调压后的低温引起系统堵塞和造成管道系统材料风险。进一步地，设置了多阶流量控制系统，实现置换过程的流速可控，并保障充压过程的高效、快速。另外，为了避免紧急情况下支线置换、充压等对干线输送的影响，设置了支线首站的临时泄放系统，将支线紧急情况下无法消纳的介质通过紧急泄放系统排出，避免对干线稳定输送造成影响。由此，通过设置本系统，实现了支线管道的安全、高效置换与压力充装。

(2)经济性佳

本系统在置换过程中，通过利用清管器进行隔离置换，大幅降低了支线置换时间，提高了置换效率；在投产与泄放控制系统中，通过设置多级调节阀和两级多列空浴式换热器，避免了投产系统的干冰堵塞风险，提高了置换与投产效率，且通过温度调节后，进入下游支线管道的介质温度高于碳钢材质的允许使用温度，保障了系统的材料安全，避免发球筒、首站管道、首站阀门等采用低温材料，总体提高了系统建设与运行的经济性。进一步地，投产与泄放控制系统中的空浴式换热器仅为临时设施，具有可拆装、可复用等特点，提高了设备的使用效率。

(3)推动技术发展

目前，我国尚未开展支线超临界二氧化碳管道的运营，本系统提出的方案起到了工程指导与参考的重要作用，提出的干线流量稳定、安全高效置换、高效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为本发明的结构示意图。

图中标记：1为二氧化碳支线接入管道，2为支线入口截断阀，3为支线调节阀，4为支线第二截断阀，5为支线压力变送器，6为支线入口流量变送器，7为清管第一截断阀，8为支线清管截断阀，9为清管第二截断阀，10为支线第一旁路，11为支线第一旁路截断阀，12为支线第二旁路截断阀，13为支线第二旁路，14为清管发球筒，21为一级调节阀，22为一级调节阀后管道，23为一级空浴式换热器，24为二级调节阀，25为过滤器，26为二级空浴式换热器，27为二级调节阀后管道，28为放空管道，29为放空流量调节阀，30为放空立管，31为一级调压后压力变送器，32为一级调压后温度变送器,33为一级换热后温度变送器，34为二级调压后压力变送器，35为二级调压后温度变送器，36为二级换热后温度变送器，41为泄放截断阀，42为泄放调节阀，43为取样阀，44为泄放立管，45为泄放支管。

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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种支线超临界二氧化碳管道投产系统，包括干线介质引入系统、投产与泄放控制系统、末端泄放系统以及仪表检测系统。通过设置本系统，对在输送干线扩展的支线超临界二氧化碳管道高效、安全投产提供支撑条件。

其中，所述干线介质引入系统连接上游超临界二氧化碳干线管道，用于将干线介质引入支线系统，所述干线介质引入系统设置有支线投产过程调压旁路，并提供支线投产过程中紧急情况下的介质泄放设施等功能；需要指出的是，干线介质引入系统还提供了常规的支线管道清管系统，但不属于本发明的特有技术要求，仅为了保证功能完整性予以描述。

具体地，所述干线介质引入系统包括二氧化碳支线接入管道1、支线第一旁路10以及支线第二旁路13，所述二氧化碳支线接入管道1为碳钢材质，连接上游超临界二氧化碳干线管道，用于提供支线下载接入功能；在所述二氧化碳支线接入管道1上，沿介质流动方向依次设置有支线入口截断阀2、支线调节阀3和支线第二截断阀4，所述支线入口截断阀2为碳钢材质，全通径电动球阀，常开，用于控制支线管道的启动与关闭；所述支线调节阀3为碳钢材质，电动调节阀，常开(投运前关闭)，用于控制支线的介质流量，并调节引入后压力；所述支线第二截断阀4为碳钢材质，全通径电动球阀，投产前关闭；在所述支线第二截断阀4下游设置有支线压力变送器5，用于实时检测支线压力调节后的压力；在所述支线入口截断阀2下游设置有支线入口流量变送器6，用于实时检测支线引入的二氧化碳流量，优选科里奥利流量计；在所述支线第二截断阀4下游设置有清管组件，所述清管组件包括清管发球筒14、清管第一截断阀7、支线清管截断阀8以及清管第二截断阀9，所述清管第一截断阀7与清管发球筒14大端相连，所述支线清管截断阀8连接在清管发球筒14出口端，所述清管第一截断阀7和清管第二截断阀9为电动球阀，碳钢材质，仅在支线首站置换与清管工况下开启，清管器发出后立即关闭；所述支线清管截断阀8为电动球阀，碳钢材质，仅在支线首站置换与清管工况下关闭，清管器发出后立即开启；所述支线第一旁路10设置于支线入口截断阀2下游，碳钢材质，用于提供连接投产与泄放控制系统的入口通道，在所述支线第一旁路10上设置有支线第一旁路截断阀11，所述支线第一旁路截断阀11为手动球阀，碳钢材质，仅在投产与泄放控制系统启用时开启；所述支线第二旁路13设置于支线第二截断阀4下游，碳钢材质，用于提供连接投产与泄放控制系统的出口通道，在所述支线第二旁路13上设置有支线第二旁路截断阀12，所述支线第二旁路截断阀12为手动球阀，碳钢材质，仅在投产与泄放控制系统启用时开启。

其中，所述投产与泄放控制系统与干线介质引入系统的调压旁路相连，用于对干线下载的投产介质进行流量控制、压力调节，同时对调压后的初期低温介质进行温度补偿，满足充装进入下游支线的最低温度要求，另外，还对不同投产阶段的流量进行分别控制，并在紧急工况下，对干线下载的介质进行放空，优先保障干线的稳定运行。

具体地，所述投产与泄放控制系统包括一级调节阀后管道22、二级调节阀后管路27以及放空组件，所述一级调节阀后管道22通过一级调节阀21与支线第一旁路截断阀11相连，即一级调节阀21设置于支线第一旁路截断阀11下游，电动调节阀，碳钢材质，用于对投产阶段干线引入的超临界二氧化碳进行第一次调压和流量控制，调压后压力稳定在3MPa以上；所述二级调节阀后管路27与支线第二旁路截断阀12相连，在所述一级调节阀后管道22和二级调节阀后管路27之间，沿介质流动方向依次设置有一级空浴式换热器23、二级调节阀24、过滤器25以及二级空浴式换热器26，即一级调节阀后管道22连接一级调节阀21和一级空浴式换热器23，低温碳钢材质；一级空浴式换热器23设置于一级调节阀21下游，低温碳钢材质，为多管束空浴式换热器，用于对一级调压后的低温二氧化碳进行温度调节，提高下游二级调压前的介质温度，避免下游二级调压后介质出现冻堵；二级调节阀24设置于一级空浴式换热器23下游，电动调节阀，用于对介质进行二次压力调节，满足下游管道置换与充压的压力需求；过滤器25为低温碳钢材质，用于对上游引入的超临界二氧化碳进行固体杂质二次过滤，避免初期置换时因介质流速较高，对下游支线管道和阀门等造成冲蚀；二级空浴式换热器26设置于过滤器25下游，低温碳钢材质，为多管束空浴式换热器，用于对二级调压后的低温二氧化碳进行温度调节，提高进入下游支线管道的介质温度，保障长距离支线管道系统的材质安全；二级调节阀后管道27连接二级空浴式换热器26与支线第二旁路截断阀12，碳钢材质。

具体地，所述放空组件连接在二级调节阀24下游，所述放空组件包括放空管道28和放空立管30，所述放空管道28连接二级调节阀24和放空立管30，采用低温碳钢材质，用于在紧急情况下分输部分二氧化碳至放空立管进行处理，降低对上游干线流动稳定性的影响；在所述放空管道28上设置有放空流量调节阀29，所述放空流量调节阀为电动调节阀，低温碳钢材质，用于控制紧急情况下泄放至放空立管的介质流量；放空立管30设置于放空流量调节阀29下游，高度不低于20m，用于对紧急泄放的介质进行对空放散。进一步地，在一级调节阀后管道22上设置初始二氧化碳注入阀，用于在投产前向投产与泄放控制系统注入带压二氧化碳，注入压力不低于2.0MPa，防止多级调压初始阶段系统温度低于-40℃。

其中，所述末端泄放系统设置在支线末端站场，用于对投产初期过程中的管道内积存氮气进行排空，并长期监测管道末端气体组分，指示置换情况，确定上游支线充压起始时间点。

具体地，所述末端泄放系统包括泄放支管45和泄放立管44，在所述泄放支管45上依次设置有泄放截断阀41、泄放调节阀42以及取样阀43。所述泄放截断阀41为碳钢材质，手动球阀，设置于末站入口前的泄放支管上，在投产置换阶段开启；泄放调节阀42为电动调节阀，其开度控制与一级调节阀21和二级调节阀24联锁，用于控制系统泄放流量，并提供置换过程中支线的背压控制功能，控制压力为0.1-0.2MPa；取样阀43设置于泄放调节阀42下游，用于对投产置换过程中的排出介质进行取样化验；泄放立管44设置于泄放调节阀42下游，对投产置换过程中的介质，如氮气、二氧化碳等进行安全放散。

其中，所述仪表检测系统包括多个压力变送器和温度变送器，用于对投产过程中关键点位的温度与压力进行监控，反馈至生产系统。

具体地，所述仪表检测系统包括一级调压后压力变送器31、一级调压后温度变送器32、一级换热后温度变送器33、二级调压后压力变送器34、二级调压后温度变送器35以及二级换热后温度变送器36，所述一级调压后压力变送器31和一级调压后温度变送器32设置在一级调节阀21下游，所述一级换热后温度变送器33设置在一级空浴式换热器23下游，所述二级调压后压力变送器34和二级调压后温度变送器35设置在过滤器25下游，所述二级换热后温度变送器36设置在二级空浴式换热器26下游。

本发明的工作原理为：

(1)总体原理。超临界二氧化碳管道输送压力较高(超过临界压力，一般二氧化碳的临界压力为7.3MPa)。管道投产前，一般采用氮气进行干燥，因此支线管道中积存的气体为干燥氮气，必须在支线投产前进行置换；为了安全、高效置换，利用干线引入的超临界二氧化碳进行驱替，并同时借助支线清管系统进行氮气-清管器-二氧化碳隔离，通过末端泄放系统对置换过程进行控制与检测，保障置换效果。置换结束后，利用干线持续引入的二氧化碳对支线进行压力充装，持续升高支线压力，直至全部介质转为超临界态，达到投产条件。

(2)置换过程。具体地，置换过程中，上游干线中超临界二氧化碳直接调压至常压时，将产生约-90℃的低温，不仅容易生成固体干冰，堵塞管道系统，同时对支线系统的碳钢材质将带来严重的损伤。因此，设置了投产与泄放控制系统，考虑了二级调压和二级空浴式换热，通过第一级调压将引入的二氧化碳调节进入气液两相区，随后通过第一级空浴式换热进一步提高二氧化碳温度，避免第二级调压后达到干冰生产条件，再通过第二级调压降低至常压(或者充压过程中逐步提高压力)，并继续通过第二级换热使出口介质温度达到碳钢安全服役温度；特别重要的是，由于干线管道持续稳定输送超临界二氧化碳，因此支线管道投产过程不应对干线输送稳定性造成影响，因此设置了放空系统，以便在换热温度不足这种紧急情况下时，及时将过量的二氧化碳放空，降低换热负荷，避免采取常规的控制引入流量的做法，以造成干线流量大幅波动。

(3)充压过程。具体地，在置换完毕后，需关闭支线末站出口，通过引入的介质不断充装管道。借助设置的投产与泄放控制系统，优先保障引入流量的稳定，并实时调整调节阀开度，应对管道内压力的持续升高和流量稳定输入。在下游支线管道内压力达到3MPa以上时，由于干线与支线压差降低，节流温降减小，因此可直接导入支线调节系统，通过支线调节阀向支线中充入二氧化碳，并最终实现支线中压力升高至略等于干线压力，达到投产条件。与置换过程类似，出现紧急情况时，仍然将干线下载、但支线无法及时消纳的二氧化碳送入放空系统进行排放，避免干扰干线流动的稳定性。

(4)投产过程。具体地，通过同时开启末站截断阀和调节阀，逐步调节支线调节阀，配合干线输送量调节，支线管道逐步达到稳定流量的水力条件，完成投产操作。

本发明还涉及一种采用上述支线超临界二氧化碳管道投产系统的投产方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在支线超临界二氧化碳管道投产前，保持干线管道正常输送，保持支线入口截断阀关闭状态，同时保持支线调节阀、支线第二截断阀关闭。在支线超临界二氧化碳管道准备投产时，计划两类支线下载输量台阶：一是置换产量，二是充压产量。

其中，置换产量按照支线管道置换清管时气体流速不超过5m/s的原则设置(置换压力下)，由此从干线下载的置换产量，并确定下载时间；充压产量按照二至三倍置换产量考虑。同时，根据置换产量、充压产量设定值，确定投产与泄放控制系统中一级调节阀、一级空浴式换热器、二级调节阀、二级空浴式换热器等参数，确保投产过程中干线下载流量稳定、干线介质调压后温度满足支线输送管道的最低安全温度限制要求等。

步骤二：从干线引入超临界二氧化碳置换支线内投产前预充装的氮气，具体为：先在支线入口截断阀下游注入带压二氧化碳建立背压，即从支线入口截断阀、支线调节阀之间的注入口，注入压力约为2.0-2.3MPa的二氧化碳，避免开启支线入口截断阀后，上游干线超临界二氧化碳由于压差节流引起低于-20℃温度，保障该段管道的材料安全；开启支线入口截断阀，连通上游干线与支线入口段，稳定压力，随后依次打开第一旁路截断阀、一级调节阀、二级调节阀、支线第二旁路截断阀，打通干线介质引入通道，并将干线介质通过投产与泄放控制系统的管路引入下游外输支线。进一步地，开启一级空浴式换热器和二级空浴式换热器，通过上述操作，控制支线二氧化碳流量满足步骤一设置的置换产量，且一级调节阀下游的温度高于-40℃(避免生成干冰)、二级空浴式换热器下游介质温度高于-15℃，保障支线管道的材料安全。同时，开启下游的泄放截断阀和泄放调节阀，打通置换系统。维持支线清管截断阀开启10分钟后，在清管发球筒中放入清管器，关闭支线清管截断阀，并开启清管第一截断阀和清管第二截断阀，利用清管器隔离引入的二氧化碳和支线管道中的二氧化碳/氮气混合气，利用清管器的封隔提高置换效率。清管器发出后，重新开启支线清管截断阀，关闭清管第一截断阀、清管第二截断阀。清管器达到下游末站的清管收球筒后，开启取样阀，并持续取样检测二氧化碳含量；当取样指标满足支线输送要求后，表明置换完成，关闭泄放截断阀、泄放调节阀、取样阀、泄放立管，进入支线管道压力充装阶段。进一步地，本步骤中，若出现二级空浴式换热器下游介质温度偏离设定预警值的情况，为了不干扰干线管道正常输送，立即开启放空流量调节阀，将部分拟引入支线的二氧化碳通过、放空立管进行直接泄放。

步骤三：置换完成后，进入支线管道的充压阶段，干线下载量调整至充压产量，具体地，调整一级调节阀、一级空浴式换热器、二级调节阀和二级空浴式换热器的参数，保持干线下载量为充压产量，且一级调节阀下游的温度高于-40℃(避免生成干冰)、二级空浴式换热器下游的介质温度始终高于-15℃。随着下游压力提升，动态增大一级调节阀、二级调节阀开度，保持支线引入流量稳定。本步骤中，若出现二级空浴式换热器下游介质温度偏离设定预警值的情况，为了不干扰干线管道正常输送，立即开启放空流量调节阀，将部分拟引入支线的二氧化碳通过、放空立管进行直接泄放。当下游支线的压力达到3MPa以上后，由于此时干线与支线压差引起的调压后介质温度高于-10℃，因此可直接关闭投产与泄放控制系统，此时通过支线调节阀3直接引入干线介质。

步骤四：管道充装结束后，立即开启末站截断阀和末站调节阀，管道系统按照充装流量进行试运行，由此完成投产的介质置换、压力充装过程，并可进一步通过控制额定支线流量，实现系统完全投产。

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。