泡沫型清管器在集輸支干線的應用分析

候建鑫 蔚生軍 周榮濤

天然氣中的有害物質（凝析油、水、硫分、機械雜質等）在進入輸氣管道后會引起管道內壁的腐蝕，增大管壁粗糙度，大量的水和腐蝕產物聚積在管壁內部。本文通過對傳統式皮碗型清管器和泡沫型清管器進行性能分析及現場應用分析，確定了泡沫型清管器更適合應用集輸支線，且試驗效果良好，解決了傳統式皮碗型清管器在應用過程中存在的安全風險、效率低、工作量大、資源浪費等難題。

1 基本情況

1.1 生產狀況

天然氣長時間輸送后管道內會出現大量的水和固體雜質聚積等問題，引起管道局部堵塞或流通面積減少，導致管網運行壓力升高，影響管道輸送能力，并且存在管線、設備超壓等安全隱患。清管作業可以清除管線內的各種雜質，延長管道使用壽命，改善管道內部的光潔度，減少摩擦阻力，提高管道的輸送效率，使管道能夠安全、高效的運行。隨著氣田的開發和頻繁的產能建設，管網壓力過高已經成為制約氣田產能發揮的瓶頸。因此，高效的清管作業在氣田開發的過程的重要作用。

清管器有很多種類型，在氣田應用較廣泛的是皮碗型清管器。管線起伏程度較大，在實踐過程中發現皮碗型清管器存在安全風險性高、作業量大等問題。為了獲得更好的清管效果， 同時也為了對泡沫型清管器與皮碗型清管器實際應用效果進行比較分析，我區在氣田采用了泡沫型清管器清管，取得了很好的試驗效果。

1.2 清管器工作原理

清管器是一種依靠管輸流體作為動力，推動其在管道內順利運行并清除管道內沉積物質，檢查和維護管線的設備。清管器外徑一般比管道有效內徑高出3%～5%，通過清管器過盈與管道內壁緊密結合，形成清管器與管壁的高度密封，當壓差到達一定值能克服清管器與管壁之間的靜摩擦及其他阻力之和時，清管器開始運行。

2 清管器性能分析

2.1皮碗型清管器性能分析

2.1.1 結構特點

皮碗型清管器是目前應用最廣泛、技術最成熟的清管器，其在集輸支線應用時間較長。皮碗清管器主體結構包括鋼制軸和橡膠皮碗。皮碗一般采用天然橡膠，丁腈橡膠、氯丁橡膠或聚氨脂類橡膠制造。其形狀可分為平面、錐面兩種。平面皮碗的端部是平面，清除固體雜質的能力較強，但變形較小，磨損較快

針對皮碗清管器的特點，在進行清管作業前需對清管器及檢測儀進行檢查，包括皮碗完好性檢查、皮碗與骨架螺栓緊密性檢查、清管器內部電池與檢測儀電池更換，確認完好后方可進行清管作業。

2.1.2 性能分析

⑴由于皮碗型清管器為螺栓緊固結構，安裝、更換皮碗，作業量較大。

⑵皮碗型清管器質量較大，攜帶不便，操作困難。

⑶整體結構笨重，形變量較小，在管道的彎頭、三通、焊縫及收球筒大小頭處遇卡阻幾率較小，可能會導致管網上游壓力上升，存在集氣站、管網超壓的風險。

⑷皮碗型清管器硬度較大，通過管道變徑處磨損較快，重復利用率低。

2.2泡沫型清管器性能分析

2.2.1結構特點

泡沫型清管器一般由聚氨酯模制而成，彈性好。表面上使用永久的粘接有硬的聚氨酯條或是磨料，以提高耐磨性，典型的泡沫型清管器的外形酷似子彈頭，可以容易的通過彎頭而不容易被管道中的凹坑卡住或損壞，在管道內運行受管內徑變化的影響較小。長度一般是管徑的兩倍，外徑比管線內經大2%～4%，具有一定過盈量。

2.2.2性能分析

⑴泡沫型清管器結構簡單，省去了安裝、更換皮碗這道程序，作業量較少。

⑵泡沫型清管器重量較輕（同型號的質量是皮碗型的1/4～1/5），攜帶方便，操作簡單。

⑶泡沫型清管器本體材料為高密度聚氨酯軟體泡沫，可在管道內實現彈性形變，最大變形量≥50%，通過能力強，不容易遇卡阻。

⑷泡沫型清管器硬度較小，耐磨性好，使用壽命較長。

3應用效果及經濟效益評價

3.1 應用效果評價

⑴結合集輸支干線現場工藝特點，由于榆13站支線和南1干線在進行清管作業后，管道中所清出的液體、雜質幾乎全部被帶入下游管道，造成下游管道流通面積減小，壓降損耗增大，壓力升高，故所清管道首站與末站壓力不會降低，只有在管網整體清管作業后各節點壓力才會降低。

⑵泡沫型清管器結構簡單，質量較小，操作容易，降低了作業量。273mm型皮碗清管器質量為9.5kg，273mm型泡沫清管器質量為2.2kg。

⑶當清管器在管道中運行到達末站后會進入收球筒，可能會對收球筒末端盲板進行撞擊，由沖量定理可得清管器對收球筒盲板的瞬間撞擊力

⑷皮碗型清管器硬度較大，變形較小，容易在管道彎頭、三通、焊縫以及收球筒大小頭變徑處遇卡阻。一旦清管器在管道內卡阻，上游壓力可能會迅速升高，集氣站、管網將面臨極大的超壓的風險。

⑸皮碗型清管器變形小，磨損較快，壽命較短;泡沫型清管器變形量大，使用3～5次（約通過57.6km～96.0km管道）后基本完好，可重復使用，壽命較長。

4 結論

（1）泡沫型清管器結構簡單、重量輕巧、操作簡單、清管時間短、作業量少，達到了提高工作效率的目的。

（2） 泡沫型清管器耐磨性好、使用壽命長、節約資源、經濟效益可見。

（3）泡沫型清管器與管壁接觸面積較大、密封性好、具有軸向壓縮能力，清除管壁積物能力強，清管效果顯著，大程度提高了管道輸送能力。

（4）泡沫型清管器可在管道內實現彈性形變，通過能力強，不容易遇卡阻，清管過程歷時短，管網運行壓力波動幅度較小，降低超壓風險，解決了傳統式皮碗型清管器安全風險高、作業量大、效率低等難題，可在其他氣田推廣使用。

（作者單位：長慶油田第二采氣廠）