淺談成品油管道清管作業工藝中的潛在問題和對策分析

摘?要：為保障成品油長輸管道的平穩、安全運行，成品油管道應開展周期性清管工作，清除成品油管道內的泥沙、鐵屑、管道存水等雜質，以達到防止油品質量受到影響、提高管輸效率、保障安全運行的作用。在成品油管道清管的過程中，可能會出現清管器發送失敗、清管器在管道中卡阻或滯留等問題，存在潛在的清管污油大面積增加或管道局部停車的風險，因此需要針對清管工藝過程中潛在的問題進行分析并提出相應的解決方案。本文將系統地介紹成品油管道清管作業的基本工藝流程，并分析清管過程中可能出現的問題。針對潛在的問題，提出相應解決方案，為未來我國成品油輸送業務中的清管工作提供借鑒。

關鍵詞：成品油管道;清管作業;清管存在的問題

1 緒論

成品油管道作為輸送成品油的通道，其管道鋼材的抗腐蝕性、管道內流體的流通性是成品油安全運輸的重要保障。在成品油的運輸過程中，通過對各類閥門的開關控制，可以調節整個運輸過程中的壓力以控制成品油的流動速度，實現跨區域調度成品油輸送的目的。在此過程中，由于成品油管道運行過程中整個管道輸送過程壓力、流量的不斷變化，同時管道長期的運行，也存在不同油品的成品油順序輸送等混輸現象的存在，因此會導致潛在的腐蝕、堵塞或管道存水等現象。為保證管道清潔干凈、檢查管道完好性情況，成品油管道一般均需要進行周期性的清管作業。國內許多學者針對油氣輸送管道的清管技術展開了研究，如董爽[1]認為，通過使用清管器，對成品油管道進行清管通球操作，可以有效解決油氣管道的腐蝕、堵塞等問題。趙寧等[2]介紹了清管器的基本工作原理，清管器主要是在動力的作用下沿管道內壁順管輸方向移動，通過刮、刷、頂推作用，實現管道內污物雜質的清理效果。宋殷俊等[3]針對天然氣輸送管道清管作業中存在的常見故障展開研究，認為在清管器運行和故障處置過程中，應合理控制壓差，防止因清管器突然啟動或運行速度過快導致的潛在風險。鄒航宇[4]認為清管作業應制定標準化的清管作業方案和操作卡，以應對潛在風險。蔡亮等[5]以俄羅斯清管技術標準為研究對象，通過借鑒俄羅斯的先進經驗和做法，為我國清管技術的發展提供了建議。綜合來看，國內對油氣行業清管作業的工藝和潛在問題已經有了一定的積累，但針對成品油管道清管工藝和潛在的問題尚無系統性的論述，也缺乏完整的應對方案措施。本文將從清管器選擇、操作流程等方面介紹成品油管道清管工作的具體內容，分析清管工作中潛在的問題，并有針對性地提出解決方案，為成品油管道輸送過中清管工作提供借鑒。

2 清管器選擇及清管工藝流程

成品油管道清管一般采用泡沫清管器、機械清管器等清管設備。其基本工作原理是：當管道中充滿油品后，通過管道的壓差推動清管器在管道中運行，通過清管器上的清理設備，對管道內部附著的或游離的雜質進行擊碎和清理，以達到清潔管壁的作用。成品油管道清管一般在柴油介質中進行清管，可以有效地降低清管的安全風險[6]。

泡沫清管器，又稱聚氨酯清管器，是目前廣泛應用的清管器類型，具有質地較輕、硬度較低、通過能力較強、易磨損的特點，常用于成品油管道日常清管及管道投產前期使用。軟體清管器與管壁接觸面積較大，能夠有效地清除管壁上的水等成分。

機械清管器主要材質為鋼質骨架安裝橡膠皮碗，并根據清管需求不同安裝不同配件，如皮碗、直板、測徑板、鋼刷、磁體等。組成的皮碗清管器可用于清掃管道中的雜質;直板清管器密封性較好，常用于管道投產使用，用于隔絕油水或其他介質;帶測徑板清管器常用于管道內檢測前的清管工作，鋁制測徑板用于確認管道變形情況;磁性清管器可利用磁體的磁性，吸附管道內壁的鐵屑等金屬雜質。根據目標管道的實際情況，選取不同類型的清管器，可實現不同方式的管道清潔。

除清管器外，清管工藝還需要清管發送裝置、接收裝置等設備，整個清管工藝可以分為清管器發送和接收兩部分。

清管器發送步驟主要包括：

（1）發球筒排油，確認壓力儀表盤歸零后，將清管器推入發球筒;

（2）通過發球筒旁路閥門，引入柴油，然后打開排氣閥進行發球筒排氣，直至壓力平衡、柴油充滿管道，關閉旁路閥門;

（3）記錄上述工作完成時間，并記錄清管器發送時間，同時通知下游接收點;

（4）時刻關注管內壓力變化，有異常及時停止，確保安全。

清管器接收步驟主要包括：

（1）確認清管器已經到達下游站場收球筒后，關閉收球流程;

（2）打開收球筒排污閥進行排油泄壓，待壓力歸零后，打開收球筒;

（3）清除收球筒內雜質，并取出清管器，關閉收球筒;

（4）判斷管道的清潔程度，確定是否繼續進行后續清管工作。

3 清管過程中的潛在問題及解決方案

根據在實際工程運行過程中的長期經驗發現，清管過程普遍存在清管器破損、清管器發射失敗、清管器卡阻或滯留、清管器接收失敗等問題。其中，清管器卡阻或滯留問題又可細分為多種情況下的具體問題，包括清管器過盈量過大、外管道變形、清管器過彎卡阻等問題。

3.1 清管器破損

清管器的選擇應參照管道承壓等級能力，根據實際壓力設備的承壓等級選取合適的清管器。當清管器在管道內運行時，假如清管器無法承受管道運行壓力，清管器將發生破裂。與此同時，在清管器通過截斷閥室時，由于閥門沒有保持全開或部分管道發生較大變形，容易造成清管器受到擠壓而導致破損。

針對上述問題，一般性的解決方案為：應在設計階段按照標準制作清管器;清管器的強度應不低于管道設計壓力;清管器通過能力應不低于1.5倍管道內徑;清管前對清管器需通過的閥門進行確認，確保閥門處于全開狀態。

在清管器的選擇過程中，還應當關注一個關鍵概念——過盈量。過盈量是指基本尺寸相同的相互結合的孔和軸公差帶之間的關系，即過盈量的大小將決定清管器與管道結合的松緊程度。在選用清管器時，過盈量不宜過大或過小。過盈量越大，清管器與管壁之間的阻力過大，當摩擦阻力過大于驅動力時，可能造成清管器卡阻在管道內部。過盈量過小，造成清管器與管道內壁的密封性較差，造成無法有效清除管壁雜質的情況。對于成品油管道，一般采用3%-8%過盈量的清管器，對于日常成品油管道清管，采用3%-5%過盈量的清管器;對于新投產管道或管道投產期間等雜質量、污油量較大的管道，選用5%-7%的清管器，達到更好的清潔效果。因此，在清管作業實施前，應根據實際情況，選取合適的清管器過盈量。

3.2 清管器發射失敗

清管器發射失敗問題的主要原因一般是人為操作原因導致。例如在清管流程中的導通發球流程或引油排氣階段，由于清管流程閥門未開關到位，管內壓力未泄完，導致管道并未完全導通，清管器無法通過閥門進入管道中。或是發球操作過程中，清管器啟動壓力過小或啟動流速過低，造成清管器缺少動力運行，無法克服與管道之間的阻力。

解決方案：清管前對清管相應流程及設備進行測試及調試，確認清管流程相關設備具備通球的條件;加強操作實施管理標準的規范，嚴格制定操作流程。

3.3 清管器卡阻或滯留

當清管器到達閥室及下游站場時間晚于計算時間或者長時間未到達下游站場，清管器可能出現卡阻或者滯留的情況。具體而言，可分為以下幾種原因導致該類問題的發生。

3.3.1 清管器過盈量過大

為達到清管器對管道的清管作用，清管器對于管道內壁存在一定的過盈量。清管器的過盈部分將對管道產生徑向上的壓力，清管器與管壁之間的接觸會產生管壁上的摩擦力。因此，過盈量是決定清管器與管壁摩擦力的關鍵參數，合理的過盈量選取是清管工作能否如期進行的關鍵。基于戴斌等[7]的研究，清管器在成品油管道中的運行過程中主要會受到兩個方向的受力，即上游站場主輸泵等設備提供的推動力和清管器與管道的摩擦力，以皮碗清管器為例，對清管器在運行中的受力分析可得：

其中：

P—清管所需的下游推動力，Pa;

S—管道的截面積，m2;

P0—清管器上游壓力，Pa;

f—清管器與管道內壁的摩擦力，N;

μ—摩擦系數;

m—清管器的質量，kg;

g—重力加速度，m/s2;

ε—皮碗過盈量，%;

E—皮碗的彈性模量，N;

A—皮碗與管壁的接觸面積，m2。

由公式（4）可知，當皮碗的過盈量選取過大時，對清管所需的推動力要求就越高。由于一般現場設備的選型都是固定的，推動力有上限，不能高于管道的承受的壓力等級，也導致了過盈量的選取有一定的限制，當超過限制值時，可能會由于推動力的不足導致清管器卡阻或滯留。因此，在選取清管器的過盈量時，應參照公式（4）進行計算。

3.3.2 外管道變形

因管道所處區域局部的地質條件發生變化，導致管道產生重大變形，清管器無法通過該變形點，造成清管器滯留或卡阻。對于外管道變形情況不明的管道，可以先發送泡沫清管器或帶測徑板的泡沫清管器等材質變形率較大、通過能力較強的清管器，根據實際清管效果及測徑板變形情況，可以進一步使用皮碗清管器或帶皮碗的清管器;當清管出的清管雜質量較少、污油量相對較少時，可以采用鋼刷或磁力鋼刷清管器。

3.3.3 清管器過彎失敗

當清管器通過管道的彎頭點或變徑點時，有可能出現清管器卡阻。該問題主要是由于清管器的長度設計未參考管線中彎頭點的尺寸，因此在選用清管器時，清管器的長度選擇應滿足可以通過曲率半徑1.5倍的清管器，避免因長度過長導致清管器卡阻在管線中。

3.4 清管器接收失敗

在清管作業過程中，有時會發生下游站場無法在預計時間內接收到清管器的現象，此時管道內部也未見壓力異常，油品輸送正常，無法通過壓力和輸送狀態來判斷是否出現卡阻。發生此類情況時，可能的原因主要包括：清管器在運行過程中解體，隨下游流程的排油、清洗過濾器等操作被排出;清管器被擠入管線支線位置，而清管器的停滯并未對整個管線運行造成影響。

發生清管器解體的原因也有很多，包括清管中前后壓差過大、運行速度過快、管道內有突出的硬性異物或清管器本身的質量存在問題等。發生此類事件時，應及時制定清管作業方案，及時將殘余清管器設備排出，防止破損的清管器進入其他管路造成堵塞，確保管道暢通。

當發生清管器被擠入管線支線位置時，應盡早開展第二次清管，調整過盈量，將被卡的清管器排出，同時，針對發生該問題的管線，應在以后的作業中管線中的三通處應安裝適合的格柵三通，避免清管器吸入進站管線或發生停滯。

4 結論

本文針對成品油管道清管作業的工藝流程進行了介紹，分析了清管作業中可能出現的主要問題，并針對各類問題提出了相應的解決方案。研究發現，在清管作業過程中可能出現的問題包括清管器破損、清管器發射失敗、清管器卡阻或滯留、清管器接收失敗等問題。其中，清管器卡阻或滯留問題又可細分為多種情況下的具體問題，包括清管器過盈量多大、外管道變形、清管器過彎卡阻等問題。解決上述問題的整體思路和主要關注點為：

（1）在清管作業前，應做好清管作業方案，相關操作人員應按照清管作業方案進行宣貫學習并做好安全分析分析工作。

（2）清管作業前應對根據管道前期清管情況及外管道檢查情況，并對管道前期清管情況進行詳細分析，對管道的雜質堆積情況、管壁變形情況進行初步了解，并根據分析結果選擇清管器類型，對于管線內部情況不明的管道，可采用變形率較大的軟體球進行清管。

（3）收發球作業過程中應確認收發球流程及閥門暢通，避免清管器發送失敗或造成擠壓破裂。

（4）清管作業過程中應保持管道壓力監控，若出現清管器卡阻或滯留的情況，應及時定位清管器所在位置，利用提高管道壓力、追加發送清管器等方式，將清管器推出，若采取以上方式無效，應利用管道封堵等方式，將清管器取出。

（5）尤其注重清管作業流速設計，流速過快使清管器與成品油管道管壁磨損過大，破壞管道內壁，同時還有可能造成對站場設備的沖擊，產生靜電或對設備損傷較大。

（6）成品油管道清管是存在一定的運行風險的，為降低成品油管道清管作業風險，應對清管器結構、管道基本參數、管道輸送壓力、流量等進行全面了解，根據對管道分析內容，制定詳細的清管計劃，做出應急預案內容，對可能發生的問題進行預想和推演。

（7）隨著成品油管道輸送自動化程度越來越高，在制定操作程序時，應充分考慮系統關聯設備的聯鎖或自控動作，避免因其他設備的聯鎖或自控動作導致意外發生。

參考文獻：

[1]董爽.油氣管道清管技術分析[J].科學技術創新，2019（28）：56-57.

[2]趙寧，馬爽.油氣管道清管技術探析[J].渤海大學學報（自然科學版），2020，41（01）：86-89.

[3]宋殷俊，周雪，王玉梅，等.清管作業常見故障的分析與處置[J].石化技術，2020，27（11）：247-248.

[4]鄒航宇.輸油管道清管作業標準化管理與探討[J].石油石化節能，2021，11（08）：23-25+4.

[5]蔡亮，趙金贏，郭晶，等.俄羅斯管道清管技術標準分析[J].石油規劃設計，2017，28（03）：8-11+31.

[6]劉長青.清管過程的受力特性及管內流場分布形態研究[D].華東理工大學.2018.

[7]戴斌，陶志鈞.皮碗式清管器的磨損和長度特性研究[J].上海煤氣，2008（2）：6-9.

作者簡介：肖茗月（1993—?），女，漢族，遼寧盤錦人，碩士，助理工程師，研究方向：成品油工藝技術管理。