天然氣長輸管道在線清管作業運行速度控制探究

周鵬 陳晶

摘 要：長輸管道是我國運輸天然氣的主要方式，在長輸管道使用過程中，由于管道內部存在較多的介質，對管道會產生較大的磨損，需要企業不斷對長輸管道進行清管作業，在清管作業中控制運行速度，可以獲得良好的清理效果，從而延長長輸管道的使用壽命。針對天然氣長輸管道在線清管作業運行速度控制進行深入的探究，為長輸管道在線清管作業運行速度控制實施 措施提供參考依據。

關鍵詞：天然氣;長輸管道;清管作業;速度控制

天然氣企業對長輸管道進行全面的清理，并且在清理中控制運行速度，一方面可以提升管道傳輸天然氣的效率，另一方面延長管道的使用壽命。對長輸管道進行清理時，主要清理管道內部存在的雜質，雜質來源于管道施工雜物，或者天然氣具有的腐蝕性特點，長期腐蝕管道產生的雜質。企業應重視長輸管道的清理工作。以某地區長輸管道在線清理作業為例，對該地區管道清理運行速度控制進行深入的探究。

1 運行速度控制

1.1 速度計算模型

速度計算模式是由以下公式組成，包括管道內天然氣平均壓力計算公式、天然氣壓縮因數計算公式。在清理管道過程中，借助管道內部天然氣前后產生的壓差，可以有效清理管道內部的雜質。在清理過程中，提升清理效率，需要把控清理作業運行速度，運行速度與以下因素有關，一是管道輸氣量、二是管道溫度、三是管道壓力。在分析管道壓力時，運用公式計算平均壓力，該公式為：p=2[pq+p2z/（pq+pz）]/3，在該公式中，pq代表管道起點壓力，pz代表管道終點壓力，單位為MPa。在計算天然氣壓縮因數時，計算公式為：Z=100/（100+0.16p1.25），基于平均壓力公式和壓縮因數，可以構建運行速度模型，該模型計算公式為：v=4QbpbTZ/πD2Tbp，在公式中v代表運行速度，單位為米每秒，Qb代表管道進氣量，單位為立方米每小時，D代表管道內徑，單位為米，pb代表標準氣壓，單位為MPa，Tb代表標準溫度，單位為K，T代表天然氣在管道內的溫度，單位為K。

1.2 清管作業運行速度控制措施

1.2.1 清管器的選擇

在清管過程中，需要使用清管器，清管器是利用管道內氣體壓力，在壓力作用下可以進行管道清理，在清理的同時開展測量等工作。現階段按照結構和功能進行劃分，可以將清管器分為兩種，一種為普通清管器，另一種為智能清管器。

使用普通清管器清理長輸管道時，根據管道清理要求，可以使用不同類型的普通清管器，但是普通清管器主要清理管道中的分隔介質，或者清理管道中的積液，與智能清理器相比應用范圍較小。使用智能清管器開展傳輸管道清理作業過程中，在準備階段調試智能清管器，使智能清管器記憶管道內部結構，在清理作業時，清管器會按照結構自動進行清理。在自動清理過程中，會實時收集管道內部信息，包括管道變形信息、管道腐蝕信息以及裂縫信息等，上述信息產生的位置，會通過GPS技術定位，以便企業快速處理管道出現的問題。智能清管器使用較多的清理材料，操作方式存與普通清管器存在較大的差異，并且智能清管器長度，會是普通清管器的4倍。在選擇清管器過程中，應根據管道的清理要求以及運行成本，選擇合適的清管器。

1.2.2 工藝調整

通過調整管道內的輸氣量，使管道內部產生的氣流控制在合理的范圍內。在管道上游輸氣過程中，通過控制上游來氣壓力調整接氣量，此時用戶獲得的供氣方式也會發生變化。在具體的工藝調整過程中，按照速度模型計算管道內部的平均壓力和壓縮因數，可以使管道在調整后滿足清理需求。

在調整管道上游壓力過程中，企業應控制管道內整體輸氣量，在控制整體輸氣量期間，會在上游調整進氣量，使清管器在管道內的運行速度控制在合理的范圍內。在長輸管道中，如果介質運行速度較快，可以采用兩種方法降低速度，一種是降低上游管道的進氣量，另一種為提高下游管道的接氣量。

在調整用戶供氣方式過程中，如果清管器在管道內部的運行速度影響用戶正常的供氣，應關閉下游管道接氣口一段時間，但是在關閉前需要提前通知下游用戶。在管道內會存在運行速度較快的區域，對該區域的運行速度進行調整，采用局部調整方法，在局部增加上游管道供氣量，或者降低下游管道接氣量。

2 實例應用及效果分析

2.1 管道概況

以某天然氣長輸管道在線清管作業運行速度控制工作為例，該管道總長度為131.0km，管道內部壓力恒定數值為6.4MPa。在正常情況下，管道每天輸氣量為5×106m3。在管道的起始段壓力設定為4.4MPa，在設有多個管理站，分為一站、二站、三站以及四站，其中三站設有較多的分輸管道，在該站管道內部氣流速度變化較大，在該站進行速度控制難度較大。

2.2 控制措施

2.2.1 清管器的選擇

該管道內出現的雜質，主要分為固體顆粒和粉塵。在清理固體顆粒和粉塵過程中，選擇鋼刷清管器，同時設置疊皮碗，設置數量為四個，每個疊皮碗的外徑為512mm。在清管器的前部，分別設有兩個疊皮碗、四個泄流孔以及兩個鋼刷，每個泄流孔的直徑為25mm，每個鋼刷的外徑為500mm。

2.2.2 工藝調整

該管道連接的四個供氣站，由于四站管道內介質流動速度較快，速度范圍在每秒6-10m，按照《長輸天然氣管道清管作業規程》要求，將管道清管作業運行速度控制在每秒8m。根據速度控制要求，在該管道輸氣的首站，采用降低輸氣量的方法，管道內部天然氣在輸氣過程中，可以逐步降低下游管道的壓力，避免過多的輸氣量，導致下游管道天然氣運行速度出現波動的情況。在清管作業過程中，起始位置管道內部設定的壓力為4.29MPa，輸氣量為每天4.14×106m3。根據首站設定的壓力和輸氣流量，下游各站的壓力和流量如下，二站壓力為3.56MPa，流量為每天4.06×106m3;三站壓力3.06MPa，流量為每天2.64×106m3;四站壓力2.83MPa，流量為每天1.39×106m3。

根據各個站點壓力和流量，應用管道內天然氣平均壓力計算公式、天然氣壓縮因數計算公式，可以計算出管道內的各個參數，一是平均壓力為4.38MPa，二是壓縮因數為0.84，三是管道內部溫度為290L，四是管道起點壓力為0.10MPa，五是標準溫度為293.1K。將上述參數帶入到速度模型中，可以計算出管道內天然氣的速度為每秒4.82m。

在對管道內天然氣速度進行分析時，將監聽跟蹤清管器分別設置在各個站內，在規定的時間內，測定天然氣流經管道的長度，實際流動速度為每秒4.9m，與理論計算產生的差值控制在合理的范圍內。

2.3 數據分析

在使用鋼刷清管器開展管道清理作業時，每個站之間的實際平均速度與理論計算速度，均能控制在合理的范圍內。在進行清管作業運行速度控制探究過程中，該管道內部天然氣在實際運行過程中，調整上游輸氣量和用戶供氣方式，使管道自上游至下游的壓力、氣體流動速度等控制在合理的范圍內，保證清管器可以在規定的速度完成清管工作。在清理過程中，由于瞬時氣量、天然氣速度以及管道內部環境等因素綜合影響，會使清管器的運行速度發生變化。為避免清管器無法正常運行，在清管器中會設置泄流孔等其他裝置。但是在實際運行過程中，仍會由于上述因素，使清管器在控制速度過程中，實際速度與理論計算存在一定的差異，盡管產生的差異控制在合理的范圍內，但是深入研究影響運行速度的因素，可以使清管器全面的清理管道內部雜質，并且減少對用戶使用天然氣的影響。

3 結語

綜上所述，在天然氣長輸管道清管作業中，需要企業在管道上游調整輸氣量，控制上游輸氣壓力，降低管道內部的氣體流動速度。在管道內部每個環節的壓力和速度逐步降低過程中，選用適合的清管器，可以有效控制清管運行速度，并且有效清理管道內部雜質。

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