天然氣集輸管道清管技術(shù)和制度探析

王暢(中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司 610041)

汪石紅(中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司 610041)

引言

天然氣集輸管道中的管線積液和內(nèi)部腐蝕是集輸管道安全問題的潛在危險源。在集輸管道的低處容易造成積液聚集，提升管道壓降，使得過流斷面減少，采用清管作業(yè)是解決的有效辦法[1]。本文通過分析清管周期的影響因素，確定輸氣管道的清管周期，并據(jù)此建立清管制度[2]。

一、清管技術(shù)

隨著清管技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)可以進(jìn)行管道建設(shè)中的管內(nèi)涂襯、打磨內(nèi)壁和清除焊瘤等工作；在輸送氣體的過程中進(jìn)行管內(nèi)外壁缺陷檢測、壁厚及管徑測量和管道變形測量等。清管技術(shù)主要包括常規(guī)清管器清管、水力清管和智能清管器清管。

1.常規(guī)清管器清管

清管器是清管作業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，下面簡單介紹幾種在常規(guī)清管作業(yè)中使用的清管器。

(1)清管球

清管球是最常規(guī)使用清管器，常用于分隔介質(zhì)和清除積液，可靠性較高。通常按照直徑分為實心球和空心球。

(2)皮碗清管器

皮碗清管器的構(gòu)成主要是在剛性骨架上串聯(lián)2～4個皮碗，再將導(dǎo)向器、壓板法蘭和發(fā)訊器護(hù)罩等用螺栓連接起來。

(3)凝膠塞清管技術(shù)

凝膠塞清管技術(shù)的清管距離長，且清管管徑范圍大，較多用于管線彎頭，對管壁損傷較小。

2.水力清管

水力清管技術(shù)主要應(yīng)用在兩相流管路中。該技術(shù)主要通過增大氣體的輸送量，相應(yīng)的增大了氣相流速，在氣相和液相之間的水力摩阻作用下，導(dǎo)致液相流速增大，管線中的液體可以加速排除，從而實現(xiàn)清管。

3.智能清管器清管

智能清管器清管技術(shù)可用于檢測管壁腐燭情況，其檢測原理因檢測范圍而異，主要有以下幾種。

(1)漏磁場檢測清管器

該技術(shù)主要采用磁漏量原理，可以實現(xiàn)內(nèi)外管壁的詳細(xì)檢查，并且在工作中可以持續(xù)輸氣。

(2)管線監(jiān)視清管器

該技術(shù)主要采用捷聯(lián)式慣性系統(tǒng)，特點是內(nèi)部裝有存儲系統(tǒng)，可以將檢測結(jié)果保存。

(3)管線內(nèi)壁攝像清管器

該技術(shù)的特點在于可以使工程人員了解管道內(nèi)壁腐蝕情況，為后續(xù)進(jìn)行原因分析，維護(hù)和管理管道提供依據(jù)。

三、輸氣管道清管周期的確定

對輸氣管道進(jìn)行清管作業(yè)后，會增大輸氣管道的流通面積，減少管輸摩阻造成的損失，并且降低輸送單位氣體的能量消耗，因此，清管作業(yè)對輸氣管道是有利的，必須實現(xiàn)周期性的清管作業(yè)。清管周期的理論計算是理想條件下的計算結(jié)果，不能直接應(yīng)用于實際工程中，在實際清管作業(yè)中，需要分析清管周期影響因素，最終確定清管周期。

1.清管周期的影響因素

清管周期受多種因素的影響，主要因素包括（：a）管道中的積液量；（b）氣液混合物在輸氣管道中的流速和壓降；（c）輸氣管道的縱斷面形狀和尺寸參數(shù)（；d）輸氣管道內(nèi)的氣相速度。

將主要的影響因素轉(zhuǎn)變?yōu)橛绊懬骞苤芷诘膮?shù)：積液量、壓差、輸氣效率和氣相速度等參數(shù)，以實際參數(shù)為依據(jù)，結(jié)合實際工程情況，確定最終的清管周期。

（a）積液量與清管的關(guān)系

積液量是確定清管周期的關(guān)鍵因素。由于積液會減小管道的實際流通面積，降低管道輸送效率，因此當(dāng)積液量達(dá)到一定的指標(biāo)時必須及時進(jìn)行清管作業(yè)。

（b）壓差與清管的關(guān)系

管道不干凈容易引起壓差增大，當(dāng)排除了其他因素的情況下，就必須進(jìn)行清管作業(yè)。

（c）輸氣效率與清管的關(guān)系

管道輸送效率小于95%時，可考慮進(jìn)行清管作業(yè)。

（d）氣相速度與清管的關(guān)系

管道氣相速度的大小對清管的影響原理與水力清管原理類似，通過增大氣相速度導(dǎo)致液體的加速排除。因此對濕氣輸送，當(dāng)管道內(nèi)氣相速度很大時，可暫不進(jìn)行清管作業(yè)。

2.清管周期的確定

實際工程中，清管周期的確定可以通過動態(tài)模擬軟件來計算，但影響清管周期確定的參數(shù)較多，模擬軟件與實際工況操作差別較大，導(dǎo)致軟件的計算結(jié)果很難應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。因此，合理的清管周期必須通過對實際生產(chǎn)過程中的壓差、氣液流量等參數(shù)進(jìn)行分析和研究，并結(jié)合清管周期影響因素的分析來確定。

四、清管制度的確定

清管制度的內(nèi)容主要包括清管前的準(zhǔn)備工作、收、發(fā)球工藝、清管效果評價、常見故障分析。

1.清管前的準(zhǔn)備工作

由于清管作業(yè)的風(fēng)險較大，因此在清管前，要盡量制定好計劃并做好充分的準(zhǔn)備。準(zhǔn)備工作主要包括：（a）收集資料；（b）制定清管方案；（c）現(xiàn)場準(zhǔn)備。

2.收、發(fā)球工藝

首先進(jìn)行收、發(fā)球作業(yè)條件確認(rèn)，在作業(yè)條件允許的情況下，請示調(diào)度進(jìn)行作業(yè)。在輸氣管道運行過程中收、發(fā)球作業(yè)操作步驟如下：

(1)確認(rèn)現(xiàn)場符合發(fā)球條件，請示調(diào)度進(jìn)行清管作業(yè)；(2)根據(jù)管道內(nèi)雜質(zhì)的類型確定清管器類型，按照清管方案進(jìn)行操作；(3)發(fā)射普通清管器將管道內(nèi)雜質(zhì)清理干凈；發(fā)射帶測徑板的清管器；發(fā)射模擬清管器；發(fā)射檢測清管器。

3.清管效果評價

目前，清管效果主要使用的指標(biāo)如下所示。

（1)下游分離器收集到的粉塵量；（2)清管器的清潔度和磨損情況；（3)腐燭調(diào)查結(jié)果；（4)流量及輸氣效率的提高幅度；（5)腐燭速度降低的程度；（6)操作壓力的下降幅度；（7)天然氣質(zhì)量的提高程度。

4.常見清管故障分析

在清管作業(yè)中，常見的清管故障主要包括卡球故障和清管球失蹤，下面分別進(jìn)行原因分析。

1.卡球故障主要原因如下所示。(1)管道變形；(2)在三通處卡球；(3)清管器連發(fā)時造成卡球；(4)在彎頭處卡球等。

2.清管球失蹤原因分析

(1)球破了是最大的可能原因；(2)如果是清管器故障，則主要原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、骨架機械強度不夠或磨損嚴(yán)重等。

結(jié)論

本文針對管線積液問題，采用清管技術(shù)作為解決措施，本文對清管技術(shù)做了簡要介紹，通過分析清管周期的影響因素，確定了輸氣管道清管周期，并據(jù)此確定了清管制度。

[1]張金成.清管器清洗技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2005:161～163.

[2]康勇.油氣管道工程[M].北京:中國石化出版社,2008:254～256.