江西一期管網支線清管內檢測作業實施過程分析

揭志群 (江西省天然氣管道有限公司，江西 南昌 330000)

0 引言

輸氣管道是一個連續密閉運輸系統，管道輸送效率取決于管道內壁清潔程度。在管網實際運行過程中，因工程建設期施工期的殘留污水，以及管道運行過程中產生的腐蝕產物，這些都會減小管道的流通面積，進而影響管道的輸送效率。因此，在管道投產后，要求三年內完成管道清管和內檢測。

目前國內清管作業采用的清管器種類主要有：直板型、碟型、直碟混合型、直板測徑、碟碗測徑、直板鋼刷、碟碗鋼刷和軟質泡沫球、磁性清管器以及漏磁檢測器、測徑清管器、幾何變形清管器、內檢測器等[1-4]。在實際清管作業過程中會依據清管目的而選擇不同的清管器，目前使用較多的是直板清管器和皮碗清管器。

對天然氣管輸支線清管作業面臨的問題，主要表現在以下幾方面：(1)支線管道內天然氣流速偏低，存在較大的停球風險；(2)支線管道清管作業中一旦出現停球、卡球，可能會對下游用戶正常供氣造成很大影響；(3)如因管道內存在較多污物或管道存在嚴重變形，造成嚴重卡球，就需要采取斷管取球。目前關于省級管網支線低輸量下清管內檢測作業方面的研究較少。王子涵等[5]通過分析泰青威管道清管作業過程，總結低輸量支線管道清管作業期間流速控制方法。張國強等[6]通過選取石家莊站—邢臺站管段，利用PSIGanesi仿真模型的清管器追蹤功能實時模擬了皮碗、直板、鋼刷3種清管器的清管作業，將現場實際的清管時間與仿真模型實時追蹤時間進行對比，分析了造成偏差的原因，并提出了修正方法。王會坤等[7]通過對川氣東送管道清管作業工況進行分析，從設備選型、參數確定、收球流程調整、清管器的監聽、速度預測等方面入手，開展了大口徑管道清管研究實踐，總結相關工作經驗和提出了改進建議。

以上針對理論研究較多，但對于支線管道實際清管作業開展研究較少，比較缺乏實踐經驗驗證。江西省一期管網余江至鷹潭支線和新建至南昌支線作為省級管網重要組成部分，投產運行已經達到三年時間，需要進行清管和內檢測作業。但兩條支線日均輸氣瞬時較低，在低流速情況下，開展清管作業安全風險較大。通過對這兩次清管內檢測作業實施過程進行分析總結，為以后其他支線清管作業提供參考和借鑒。

1 管網簡介

江西天然氣一期管網主要承接川氣東送入贛天然氣，覆蓋南昌、九江、新建、鷹潭、撫州、宜春、上饒、新余等8個設區市、42個縣(市、區)。目前在運管網總長度1 087 km，包括九高線、九景線、高余線、景余線4條干線以及20條支線。江西省天然氣一期管網當前共有三處氣源接入點，一處氣源調峰點，分別為川氣東送九江末站、西氣東輸二線安義接收站、西氣東輸二線新余分輸站、湖口LNG儲備庫接收站。

1.1 余江-鷹潭支線

余江至鷹潭段管線，起于余江分輸站，止于鷹潭站，線路全長40.2 km，管道規格D508×7.1，材質為L415M直縫埋弧焊管道。線路采用三層PE外防腐聯合強制電流陰極保護。鷹潭站下游用戶最低供氣壓力1.2 MPa，計量調壓支路一備一用。鷹潭站下游用戶80%氣量為工業用戶。鷹潭支線管道清管作業前平均輸氣量為32.7×104Nm3/d，平均運行壓力為4.1 MPa，天然氣平均流速約為0.5 m/s。

1.2 新建-南昌支線

新建至南昌段管線，起于新建站，止于南昌站，線路全長8.6 km，管道規格D406×7.1，材質為L415M直縫埋弧焊管道。線路采用三層PE外防腐聯合強制電流陰極保護。新建站無下游用戶，天然氣經分離過濾計量后分輸至南昌和高安方向。新建站設計壓力6.3 MPa。南昌站下游用戶南昌燃氣最低供氣壓力2.2 MPa。新建至南昌管道清管作業前平均輸氣量為3.85×105Nm3/d，平均運行壓力為4.5 MPa，天然氣平均流速為約為0.85 m/s。

2 清管過程控制與分析

2.1 流速計算

現場調度人員根據GB/T 35068—2018 《油氣管道運行規范規范》[8]計算清管器運行速度，下達切換收發清管器流程操作指令，實現清管器運行速度的控制。

管道內天然氣的平均壓力為[8]：

式中：P為清管器后平均壓力 (MPa)；Pq、Pz分別為管道計算段內起點、終點的氣體絕對壓力(MPa)。

清管器運行速度近似計算公式為[8]：

式中：V為清管器運行速度(km/h)；Q為標況下日輸氣流量(m3/d)；F為管道內徑橫截面積(m2)；P為清管器后平均壓力(MPa)。

清管器所需總運行時間為[8]：

式中：t為清管器運行時間(h)；L為清管器運行距離(km)；V為清管器運行平均速度(km/h)。

在實際清管過程中清管器后壓力不斷變化，由式(1)計算得到的平均壓力在實時變化。同時，由式(2)計算得到的清管器運行速度也實時變化。因管道的橫截面積一定，可知在實際清管作業中，清管器運行速度由管道內輸氣量和平均壓力決定。管道輸氣量的調節可以通過在清管上游場站切換流程，控制管線內供氣流量實現對管道內輸氣量的調節。另外，在下游場站也可以通過調節用戶用氣瞬時來調節。對于管道平均壓力的調節，可以在清管作業前調整工藝流程，對支線管道進行降壓，從而調節清管器運行速度。

2.2 流速調節

余江至鷹潭支線管道清管期間平均輸氣量為3.27×105Nm3/d，平均運行壓力為4.1 MPa，根據公式(2)計算天然氣平均流速約為0.5 m/s。該流速低于清管內檢測要求，現場通過流程切換進行氣體流速調節。清管作業前將余江站去往鷹潭方向供氣流程切換至發球筒方向供氣流程。先將球閥05、截止閥06、球閥08打開，關閉球閥09，并控制截止閥06開度，將鷹潭支線壓力降至2.5 MPa平穩運行。同時與下游用戶貴溪華潤、貴溪天然氣進行協商，在清管作業期間提高用氣瞬時至2萬立方米每小時，根據公式(2)計算得到的氣體流速為0.9～1.3 m/s，基本符合清管內檢測作業要求。

新建至南昌支線管道清管作業期間平均輸氣量為3.85×105Nm3/d，平均運行壓力為4.5 MPa，天然氣平均流速約為0.85 m/s。在清管作業前通過TGNET軟件仿真當前工況下的管道氣體流速，根據新建至南昌段管道里程并結合下游用戶可以調整的供氣流量，選定清管期間最佳的供氣瞬時流量。做到既保證下游用戶正常供氣，同時使管道內氣體流速符合清管內檢測作業要求。在與下游用戶南昌燃氣進行充分溝通協商后，采用間歇性供氣，將清管作業期間瞬時流量調整至4～5萬立方米每小時，根據公式(2)計算得到的氣體流速在1.5～2.5 m/s，符合清管內檢測作業要求。

圖1 余江站發球工藝流程

2.3 數據分析

2021年10月19日至11月6日期間，余江至鷹潭支線共進行了9次清管內檢測作業，期間運行數據如表1所示。

表1 余江至鷹潭支線清管內檢測數據表

2022年6月8日至6月14日期間，新建至南昌支線共進行了7次清管內檢測作業，期間運行數據如表2所示。

表2 新建至南昌支線清管內檢測數據表

在余江至鷹潭段和新建至南昌段支線清管作業過程中，通過對管道平均壓力和氣體流量的調節，控制清管期間的氣體流速，清管器整體運行平穩。

(1)在余江至鷹潭段清管期間，通過TGNET軟件模擬計算管道內氣體流速，并在各監聽點通過清管器之后，根據達到時間計算站間速度，并預測下一監聽點的到達時間。清管器實際到達的時間點基本與測算吻合，但在期間因兩次漏聽影響調度人員對球速的計算和預判。

(2)在余江至鷹潭段清管期間，在通過一段幾字形拐彎管段時，清管器出現過短暫的卡頓，停球最長時間6 min，清管器前后啟動壓差0.16 MPa。

(3)在清管期間主要通過調節余江站去往鷹潭站方向發球筒前的截止閥開度，來控制輸入余江至鷹潭段的氣體流量。在實際操作過程中，因該方向未安裝流量計，無法準確判斷瞬時流量大小，通過截止閥的開度圈數與流量關系的經驗值，調節截止閥開度不夠準確，也無法實時監控流量。

(4)清管期間通過觀察清管器上下游監控點設置的壓力趨勢變化，以及清管器前后壓差值的改變，可以判斷清管器運行的情況，如果監控點壓力趨勢平穩或前后壓差至無明顯變化，則可以推斷清管器運行平穩。如果清管器前后方監控點壓力出現較大的突變，并且改變持續了一段時間，則可以判斷清管器出現卡阻或停頓。通過壓力趨勢突變的時間點，以及之前清管器運行的速度可以大致推測清管器卡阻位置。

(5)在新建至南昌段清管期間，清管器整體運行情況良好，未見明顯卡頓，清管期間供氣瞬時穩定在4～5萬立方米每小時。

3 結果與討論

(1)對于支線清管作業面臨氣體流速偏低時，通過與下游用戶積極協商氣量，對低流量管道采取降壓提速，或在清管器發出前限制用氣，在清管作業時加大用氣瞬時，使管道內氣體流速變大達到清管內檢測要求，同時保障用戶供氣平穩。

(2)清管作業前通過TGNET軟件進行管道模擬，計算相應工況下的氣體流速，在實際清管過程中進行了驗證，誤差均在合理范圍之內。

(3)因支線清管作業經常面臨作業時間不能太長，需要及時保證下游供氣等問題，在清管作業前需要與下游用戶充分的溝通，商定正常作業允許時間、最低供氣壓力、緊急情況下用戶的應急氣源準備，只有這些才能保證作業的正常進行。

(4)余江至鷹潭清管期間存在兩次漏聽，在清管前監聽點選擇上，可以有所側重，對于有可能出現卡阻位置，如大拐彎或交叉穿越位置需要重點設置監聽點，以防漏聽對清管器運行速度估算產生影響。對于監聽比較困難，容易造成漏聽的點位需要多種手段同步監聽。

(5)在清管收球過程中，防止污物過多，直接堵塞進站至收球筒管道，可以在清管器即將達到接收點之前，通過短時間開啟收球筒放空閥，檢查收球時管道內部粉塵量，提前做好預判。

(6)在清管器發球和收球過程中，為防止干線截斷閥誤關斷，可以在作業前對氣液聯動執行機構氣瓶進行放空，防止誤關斷。同時，對球筒前后電動球閥的電動執行機構進行下電，防止誤動作，影響正常的收發球，并在作業結束后及時恢復上電。

(7)在清管作業中因粉塵雜質可能會損壞閥門密封面的有效密封，因此在清管作業前后，都應進行閥門的清洗注脂維保，保證清管作業期間閥門的良好密封。

(8)本次清管作業期間均采用的是干式作業，但在收球清灰過程仍存在硫化亞鐵粉末自燃的風險，因此在作業前需要準備好充足的水源，應對突發火災爆炸事故。同時，在開盲板清灰前應進行充分的氮氣置換，完全排除球筒內天然氣。

4 結語

通過對江西一期管網余江至鷹潭段和新建至南昌段支線清管作業的過程分析，總結探討針對支線低流速情況下的清管作業的控制方法。主要通過工藝流程的調整降低支線管段內的運行壓力、與下游用戶協調增大清管期間的瞬時流量從而提高管道內氣流流速。對支線清管過程中的清管器速度測算、監聽點的設置、監聽方法的改進及收發球作業期間的安全保障等進行分析總結，對于以后的支線清管有借鑒意義和參考價值。同時，在其他各級管網支線清管過程中，也可根據實際情況對以上方法進行推廣或改進。