清管閥在原油輸送管線中的應用

焦海亮

(河北省石油化工設計院有限公司天津分公司，天津 300380)

清管閥在原油輸送管線中的應用

焦海亮

(河北省石油化工設計院有限公司天津分公司，天津 300380)

傳統的清管系統存在著設備多，占地面積大，操作復雜等缺點。近年來，清管閥的出現改善了清管工藝，并逐漸被廣泛應用。本文對清管閥進行了詳細介紹，闡述了清管閥的優點，并從四個方面論述了清管閥新技術的發展。

原油運輸；清管閥；清管工藝；收發球筒；智能清管器

我國是一個人口及經濟大國，隨著工業的發展，對原油的需求日益增加。但因自身原油儲備的不足，近年來我國有將近半數的原油資源需要進口。在這個過程中原油輸送成了重要的環節，應用越來越多。管道輸送因具有效率高、成本低、安全可靠、污染小等優點，而被廣泛應用于原油輸送行業。為了確保管道運輸的高效、暢通，必須對管道進行定期的清管作業。傳統的清管系統存在著所需設備多，占地面積大，操作復雜等缺點。近年來，清管閥的出現改善了清管工藝，并逐漸被廣泛應用[1]。

1 清管閥的特性及種類

清管器(PIG)是管道輸送中必不可少的工具，1962年由美國Knapp公司和Grard公司首次開發并用成功應用于管道清洗作業[2]。清管閥也稱PIC閥，是發射和接收清管器的新型閥門，并具有通用兩位式截斷球閥的功能。清管閥和清管器配合應用，可以輕松完成管道清洗、檢測、排凈等作業。

常見的清管閥有標準型清管閥、旁通型清管閥、隔離型清管閥。它們的結構設計和使用功能有所不同。標準型清管閥是清掃管道用的最多的一種清管閥。清管閥通球孔面積比相連管道流通面積大約25%，這樣能更好地保證清管器的方便進出。通球孔的一端安裝有格柵棒條，可以在不影響輸送介質流動的情況下有效阻止清管器的通過。

旁通型清管閥是在球體上垂直于通球孔方向開設的兩個橢圓形通道，流通面積約為相連管道的25%。這種設計能保證清管閥在整個清管操作過程中不會發生斷流，適用于不允許介質斷流的工況。

隔離型清管閥是隔離和按序輸送介質用清管閥，它的通球孔面積比相連管道流通面積大約3%，并在清管閥通球孔內格柵棒條上游側安裝有密封環，以保證清管器到達接收清管閥時形成密封，獲得較好的隔離效果，隔離型清管閥也能當作截斷閥使用。

2 清管作業的功能

為了確保管道運輸的高效、暢通，必須對管道進行定期的清管作業。清管作業是各類油、氣輸送管道正常運行的重要保證，在管道運行的各個階段都發揮著極其重要的作用，概括起來主要有以下幾種功能[3]。一是管道建設功能，在管道施工完畢后通過清管作業能夠把施工期間的管道內殘余污物、砂石以及焊接殘渣等固態顆粒物清掃出去。此種清管器經常采用刷式或刮板式，目的是打通管道為進一步的管道試運行打下基礎。二是管道檢測功能，在進行清管作業的同時經常利用清管器對管道的基本狀況進行檢測記錄。現階段通常采用智能清管器，它能夠時時提供精準的位置信息，并且無需接觸便可記錄管道壁厚、管徑等基礎數據，以便進行缺陷定位。三是管道運行功能，在管道運行期間，清管器可清除管內積蠟。經過長時間的運行，結蠟會減小管道實際流通面積，增加管道壓力，降低管道運輸能力，運行期間定期投放清管器，可以起到預防結蠟提高輸送效率的作用。四是管道維護功能，可以使用專門的清管器進行管道維護工作，例如涂敷管道內涂層等。五是產品更換及計量需求，這一點在商業碼頭體現線經較多，卸船管常向不同的用戶輸送不同的產品，因此每次卸船完成后都需要對管道進行清管作業，這樣既不影響本次輸送產品的精確計量又不影響下一次更換輸送產品。

3 清管工藝的優化

傳統的清管裝置通常由清管器發射裝置（發球筒）、清管器接收裝置（收球筒）、格柵三通以及輔助的閥門管件等組成。整套裝置設備數量較多，需要專門的設計和制造。清管閥的出現使清管工藝得到了優化，具體分為以下幾個方面[4]。

3.1 系統簡化

收發球筒必須配備2臺截斷閥（如圖1所示），旁路管線等，而清管閥由于本身就具有截斷功能所以無需配備這2臺閥門；再者清管閥本身就安裝在主管線上，無需旁路管線。從而簡化了系統，節約了占地面積，也相應降低了成本。

3.2 體積減小

以DN200的管路為例，收發球筒長約2.2m（不同的廠家尺寸略有差別），而清管閥長度僅為0.8m，約為收發球筒的三分之一，從而節約了占地面積及操作空間。這點在海洋平臺和港口等空間有限的地方尤為重要。

3.3 安裝簡單

收發球筒需要專門的水泥安裝基礎，清管閥只需要按照普通閥門對待即可。

3.4 操作方便

收發球筒操作時需在2m多長的空間里走動，依次打開（關閉）主截斷閥、排污閥、放空閥、快開門等，再把清管器抬高取出（裝入），最熟練的操作也要8～10 min。清管閥操作只需在一個工位，3min便可完成全部工作。

3.5 維護簡單

收發球筒屬于壓力容器，需在當地質量技術監督部門辦理《壓力容器使用許可證》及《壓力容器使用登記手續》，并接受定期檢驗，手續和維護繁雜。清管閥無特殊維護要求。

4 清管閥新技術的發展

隨著原油輸送行業的發展，以清管閥為代表的新型清管技術逐漸得到了廣泛應用，這也推動了清管閥技術的進步。近年來，清管閥技術的發展方向是以提高在原油管線使用中的安全性和可靠性為主要目標，主要取得了以下幾個方面的技術進步[5]。

圖1 使用收發球筒工藝流程簡圖

圖2 使用清管閥工藝流程簡圖

4.1 防靜電技術

由于原油具有易燃易爆性，在原油輸送管線中要特別注意防止靜電火花的產生，以防爆炸。由于清管閥的球體處于氟塑料包裹中，當發射和接收清管器時，球體轉動與氟塑料摩擦容易產生靜電火花，所以，在新型清管閥中，加強了清管閥的閥桿和閥蓋處理，增加了抗靜電結構，防止因靜電的產生而帶來的嚴重后果。

4.2 高密封技術

目前輸送原油管線用清管閥，多數采用注入油脂密封結構，此結構不僅設置在球體閥座部位，還設置在閥桿動密封處。通過注入密封油脂，可以快速的形成了二次輔助密封，同時還可以減少了閥座的摩擦和磨損，延長清管閥的使用壽命，降低操作扭矩等。

4.3 防火技術

由于原油是易燃物質，發生火災時，要求清管閥必須具有防火性能，在密封件燒毀時，仍可以啟閉和密封，并可有效阻止介質泄漏，防止災情擴大。為此在清管閥球體軟密封座上增加了金屬密封座，在快開閥蓋與閥體配合端面和主副閥體法蘭面處均要求為零間隙，以便形成金屬密封面，這樣才能增強防火和耐火性能，順利通過耐火試驗，提高安全使用系數。

4.4 多功能技術

隨著智能清管器的出現，可以通過發射和接收智能清管器，完成管線壁厚檢測、管徑測量、泄漏地點查找和管線無損檢測等操作。但是由于智能清管器軸向長度比常規清管器大得多，通常要求清管閥的球體加大，結構長度加長，以更好地適應智能清管器發射和接收等許多新的要求，推動清管閥向多功能的方向發展。

5 結論

原油輸送行業自上世紀中葉在我國出現以來經歷了快速的發展過程，在這個過程中傳統的清管技術發揮了重要的作用。隨著清管閥、智能清管器等新型清管設備的出現，清管技術得到了不斷進步。清管的目的也由單純的管道放凈向著管道檢測、管道維護等功能轉變。如今清管閥技術已經向著更加安全、更加可靠、更加多功能的方向發展，相信它的發展勢必會給我國原油輸送行業帶來實質性的進步。

［1］張清雙.清管閥在石油和天然氣運輸管線上的應用[J].閥門，2008，1.

［2］周子棟，徐娜，王榮敏，白劍峰.清管閥在姬-白輸油管道上的應用[J].石油規劃設計，2009.6.

［3］于濤.油品混合輸送在西部原油管道的應用[J]，油氣儲運，2013,02.

［4］王浩.清管技術在長輸管道中的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2012,09.

［5］李勇.RZD-RMBX型閥在長輸油管道上的應用，壓力管道技術研究進展精選集——第四屆全國管道技術學術會議[C].2010.

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.03.003

TE974+.3

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1008-1267（2015）03-0008-03

2015-02-09

焦新亮（1981～），男，碩士，工程師，研究方向為化工及石化設計。