高壓燃氣管道泡沫清管器卡堵解決過程分析

韋永金 吳文林 候智強 秦碩 陳立可

(貴州燃氣集團股份有限公司，貴州 貴陽 550004)

0 引言

貴陽市某高壓燃氣管道自2014年投產運行至2019年7月從未進行清管作業，線路長61.427km，管徑711mm，設計壓力4.0MPa，管道沿線共有兩個截斷閥室、兩個高中壓調壓輸氣站。為了掌握管道運行至今的狀況，2019年對該管道開展內檢測，按照內檢測器類型、通過能力大小等因素，發送內檢測器先后順序為：泡沫清管器、機械(測徑板)清管器、鋼刷清管器、變形檢測器、漏磁檢測器。為保證檢測器能夠順利通過、降低內檢測作業風險，有效檢測、收集管道變形、缺陷等信息，與此同時通過清理管道內部雜質，也能提高管道輸送效率、消除內部腐蝕環境、延長管道使用壽命，需先進行清管作業。首先選用泡沫清管器充當“探路者”實施清管作業；于2019年8月開展了兩次泡沫清管器清管作業，實施清管時間段的工藝運行參數為：壓力1.6～3.6MPa，氣體流速范圍0.7～1.4m/s，所需氣量約46～51萬方，作業期間管道上的分輸站停止下載氣量。

本文對實施泡沫清管器清管作業過程出現的卡堵問題進行分析、總結、提出建議，對以后的清管作業有指導意義。

1 泡沫清管器結構

本次內檢測清管選用泡沫清管器，尺寸為：長1000mm，直徑701mm。清管器外部為聚氨酯材質制成的表皮，內芯為海綿材料制成，是簡單的圓頂形狀，尾部和頭部都是平的，尾部開兩個直徑10mm 的非貫通性孔，有利于流體充滿海綿體，驅動清管器前行。其優點是質量輕、柔性好，對管道和閥門等設備損傷小；通過能力強，卡堵可能性低；對管道沖擊小，安全系數高。其缺點是磨損較大；壽命短，使用一次即報廢[1]。

2 卡堵分析

2.1 兩次清管器運行時間

考慮各方面的風險因素，清管器發出時間選在早上，于8月1日、2日實施了第一次清管作業，清管器運行共計33h9min，在8月1日清管器出現卡堵；于8月7日實施了第二次清管作業，清管器運行共計11h，清管作業較為順利。清管器經過各跟蹤監聽站點的時間節點如表1所示。

2.2 清管器卡堵過程分析

2.2.1 卡堵情況判斷

跟蹤人員在A 站監聽到清管器過該站后，在B 站的人員密切監聽清管器運行情況。清管器在首站與A 站之間的運行時間間隔為3h 6min，平均速率約為4.692km/h，根據該速率預測達到B 站時間為 8.364/4.692=1.78h 后即約11:17分。由于清管器沒有在預計的時間達到B 站，且跟蹤人員在B 輸氣站沒有監聽到任何清管器的聲音。經業主單位和施工檢測單位現場分析，判斷清管器出現了卡堵。清管器一旦發生卡堵，可根據管道內的壓力和流量的變化曲線對卡堵位置進行判斷[2]，經分析管道和壓力變化情況，仍然不能準確獲取卡堵位置，只能判斷在A 站與B 站兩站之間，或在A 站附近，至于具體部位，則無法判斷。

2.2.2 卡堵后采取的措施

目前，針對管道清管出現卡堵情況時，可以采用的方法從原理上可以分為四種，即增大壓差法、反推法、救援清管器法、取球閥[3]，這四種方法的難易程度由簡單到復雜，對于不能停輸的管道，取球法是最復雜也是實施周期較長、實施難度大的方法。

監聽人員在B 站密切關注清管器運行情況，根據現場壓力顯示，清管器前后的壓差很小，變化微小；在B 站監聽不到管道中的異常聲響，在A 站聽到明顯的過氣流聲(與流體產生節流現象出現的聲音一致)。為保證清管器順利前進，采取措施如下：

表1 兩次泡沫清管器運行時間節點信息

(1)氣量調度

8 月1 日早上9:30 分，在A 站聽到清管器經過，預計達到B站的這段時間(9:30 以后)內，管道工藝參數情況如表2 所示。

在9:30～10:30之間A、B 站的壓差變化較大，首站與末站流量差差值明顯，在10:30以后逐漸遞減，中午這段時間，城區處于用氣高峰時間段，末站往城區輸氣流量增加。隨著中午這段時間下游城區處于用氣高峰，清管器在管中未見任何前行情況，經過調度與上游溝通、協調，于13:20關閉首站的上游閥門，停止接氣，即首站暫停向管道輸氣，末站繼續向下游輸氣。

依靠末站抽取管道的“管存氣”，在13:20～17:00的時間段內，A、B 站顯示的管道壓差有顯微變化，但變化不大(見表3)，隨著末站不斷抽管存氣，試圖讓清管器前進。在該措施情況下，管道的管存量已經逐漸減少，清管器沒有任何“動靜”。

表2 管道工藝參數(9:30-12:30)

表3 管道工藝參數(9:30～17:30)

表4 管道工藝參數(18:00～20:30)

經過調度與上游溝通、協調，于18:00首站開始啟輸，向管道輸氣，在18:00～19:30的時間段內，下游處于晚間用氣高峰，試圖在清管器前后端建立較大的流量差，讓清管器前進。由表3、表4分析可知，13:20～17:00時間段的A、B 站之間管道壓差與18:00～19:30時間段內的壓差基本無太大變化，在首站和末站較大的流量差下，清管器任然沒有任何“動靜”。

(2)工藝情況檢查

在以上氣量調整后，未見清管器有前進效果后，經業主單位和施工檢測單位通過查閱、分析管道資料并結合現場實際情況，對處于A 站的管道工藝(見圖1)進行了分析。

圖1 A輸氣站進站旁通流程簡圖

8月1日晚上19:45分，關閉A 站旁通閥門1102，繼續監聽清管器前行情況。初步分析，清管器有可能卡堵在彎頭處或1101氣液聯動閥處。計算到達下一站的時間：根據8月1日早上清管器從首站到A 站的時間為3h6min，平均速率約為4.692km/h，按此速率，經粗略計算，預測達到B 站時間為1.78h 即1小時47分鐘，關閉1102閥門后，預計達到B 站清中站的時間為21:32分；經過現場人員在B 輸氣站監聽，實際達到B 站時間為當天(8月1日)晚上21:36分，這與預測的時間基本相符。說明關閉1102閥門后，的確對清管器的前進起到了效果，某種程度上也說明清管器卡堵在A 站。

2.2.3 卡堵位置分析

8 月2 日11:53 分清管器經過1#閥室，計算清管器在1#閥室與2#閥室之間的運行平均速率約為3.47km/h,預測達到末站時間間隔為3.65h 即3 小時39 分鐘，即當天15:33 分到達末站。清管器實際于當天下午15:35 分到達末站，這與預測的時間基本相符；隨后按照既定方案采取相應操作，并將清管器取出。

從氣量調整、工藝情況檢查、泡沫清管器損傷情況，綜合分析卡堵具體位置。

(1)從氣量、壓差方面分析

從8月1日的氣量調整前后各站觀測到的管道壓力情況分析可知，清管器前后壓差變化基本不大，而且氣量調節后，由于泡沫清管器有一定的泄流，清管器前后的管道壓力在同步升高，并不能夠建立較大壓差，增大壓差法不能解決卡堵，不能判斷具體卡堵位置。

(2)從工藝執行方面分析

根據關閉A 站旁通閥門1102后，清管器達到B 站的時間與預測時間基本一致，可知清管器卡堵在A 站。卡堵具體位置可能位于4個彎頭、氣液聯動閥門、三通處。

(3)從清管器受損特征方面分析

圖2 泡沫清管器表面損傷示意圖

圖3 褶皺分布示意圖

第一次實施泡沫清管器取出后的特征見圖2、圖3，從特征3可知，順著前進方向，清管器頭部被具有圓滑表面性質的物體阻擋，致使不能前進，造成在表面留下平滑凹陷。從特征1可知，清管器受到的擠壓力方向是軸向(順氣流方向)，結合特征3，在采用增大壓差法后，清管器尾部受到氣流作用在橫截面積上的作用力、在頭部受到物體阻力及流體阻力、摩擦阻力等作用力。從特征2的噘出來的一道口子可知，由于氣流分輸，才會造成的形貌。

從特征4的海綿被擠壓出來，一定程度上說明了，清管器被吸住不能前進，造成卡堵，可以排除泡沫清管器卡堵在彎頭和閥門處的可能性，卡堵在三通處的可能性大。由于在實施內檢測前，為了確認三通是否有檔條，已經查閱了管道竣工資料，但由于出現清管器卡堵，經再次復核該條管道的三通竣工資料，確認三通已經安裝檔條條數、安裝間距、方向等均符合設計要求，結合清管器受損出現的特征，在三通出現卡堵的可能性大，懷疑此處三通檔條可能出現其他異常，但由于管道不能停輸，不具備斷管作業來驗證三通內部具體情況。結合特征2和特征3可知，清管器在首站與A 站之間已經發生了表皮被磨破并出現2條裂口，這兩條裂口在三通處，由于氣流分輸泄流，導致出現噘出一道口子(被吸向三通)、海綿體被擠出的特征。

在8 月2日第一次實施清管作業后，總結、吸取了該次作業經驗。為了確保后續測經清管、變形檢測等內檢測工作能夠安全、穩定開展，降低卡堵風險，于8月7日，采用與第一次作業時相同規格的泡沫清管器，實施了第二次清管作業，清管器運行共計11h，清管作業順利，清管器沒有出現卡堵。

綜合以上分析，在清管作業期間，泡沫清管器在首站與A站運行過程中，聚氨酯表皮受到摩擦并出現裂口，當清管器運行到三通時，由于旁通的閥門處于開啟狀態，氣流在三通處泄流，清管器受到側向氣流吸力、擠壓力共同作用，造成清管器卡堵，卡堵具體位置位于A 輸氣站的PTE101三通處。

3 結語

建議內檢測承包商在泡沫清管器上設置監聽或跟蹤定位儀裝置，傳統的依靠人的聽力來監聽清管器運行信號具有一定局限性。管道運營公司盡可能選用裝備有GPRS 定位或安裝有其他監聽裝置的清管器，即使遇到卡堵或遇到異常情況時，有利于及時、準確判斷清管器所處位置；應編制完善的應急預案，結合實際工藝情況，細化卡堵風險和處理應對措施。在內檢測前期的準備工作中，應確保管道信息收集到位，在實施清管作業前，實行現場檢查確認制度，保證關鍵點注意事項及相關操作規程落實到位。