清管作業(yè)在天然氣管道上的應(yīng)用

吳鳳芝 張火箭 屠明剛

（1、中國石油天然氣股份有限公司華東化工銷售分公司，上海 200122 2、西氣東輸管道公司蘇浙滬管理處，江蘇 南京 210002）

1 清管作業(yè)及其意義和目的

清管作業(yè)取決于：清管器的類型，推動(dòng)的介質(zhì)壓力和控制運(yùn)行速度。根據(jù)不同的目的，選擇不同的清管器，如以清掃或除垢為目的，控制運(yùn)行速度以8千米/小時(shí)以內(nèi)為宜，清除管道內(nèi)積液，其運(yùn)行以不引起水錘現(xiàn)象為宜。智能清管器的運(yùn)行操作速度，取決于儀器的性能，一般在每小時(shí)8至10千米。

定期采取清管作業(yè)清除在運(yùn)天然氣管線內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)和沉積的游離水，輸氣管線在施工和長期運(yùn)行中，會(huì)沉積一些有害物質(zhì)，如天然氣凝液、水、固體雜質(zhì)、電解質(zhì)等；減少機(jī)械雜質(zhì)及積液，進(jìn)一步保護(hù)輸氣站內(nèi)計(jì)量設(shè)施、調(diào)壓設(shè)施、閥門內(nèi)密封面。以提高氣質(zhì)質(zhì)量、管道輸送效率，減小管道內(nèi)壁腐蝕，及時(shí)檢測跟蹤管道內(nèi)部情況，確保輸氣管道在安全平穩(wěn)狀態(tài)下運(yùn)行，延長管道使用壽命。

2 清管器

用于輸氣管道內(nèi)部依靠壓差推動(dòng)排除管內(nèi)污物和清掃內(nèi)壁的工具。一般用彈性好、有足夠機(jī)械強(qiáng)度且耐磨的橡膠或塑料制成。

2.1 清管器的類型

清管器有兩種類型：非智能清管器和智能清管器。

2.1.1 非智能清管器

在管道中運(yùn)行僅起清掃、隔離等機(jī)械性的功能。非智能清管器主要有：清管球、皮碗清管器、清管刷、凝膠狀物清管、泡沫清管器。

2.1.1.1 清管球

采用橡膠制定的空心球，管徑小于100毫米時(shí)可用實(shí)心球。空心球壁厚為輸氣管內(nèi)經(jīng)的的十分之一，空心球上裝有氣嘴，空心球內(nèi)充水使用。在冬季，球內(nèi)應(yīng)充注加有防凍劑（如甘醇）的水溶液防止凍結(jié)。清管球要求具有一定的密封性，球外徑與管內(nèi)徑之差稱為過盈量，其過盈量在球未充水時(shí)為管內(nèi)徑的2%，充水時(shí)為3%-5%，使球能緊貼管壁不致漏氣和漏液。清管球的用途是清除管內(nèi)積液和分隔介質(zhì)，但清除塊狀物體的效果較差，不能定向攜帶檢測儀器，也不能作為它們的牽引工具。

2.1.1.2 皮碗清管器

由一個(gè)剛性骨架和前后兩節(jié)或多節(jié)皮碗構(gòu)成的清管器。清管器皮碗按照介質(zhì)性質(zhì)（耐酸、耐油）和強(qiáng)度需要，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、錐面和球面三種。平面皮碗的端部是平面，清除固體雜質(zhì)的能力較強(qiáng)，但變形較小，磨損較快。錐面皮碗和球面皮碗能適應(yīng)管道的變形，并能保持良好的密封。球面皮碗還可以通過變徑管，但它們?nèi)菀自竭^小的物體或被較大的物體墊起來而喪失密封，后兩種皮碗的壽命較長。由于皮碗的前后壓力差下有自密封作用，所以在運(yùn)行中，其密封性優(yōu)于清管器。

2.1.1.3 清管刷

皮碗清管器的一種變型。其主要作用是清刷管壁，使之達(dá)到要求的光潔程度，以提高管道的輸送效率。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在清管器前后兩節(jié)皮碗之間，裝有沿圓周互相交錯(cuò)的不銹鋼絲刷。

2.1.1.4 凝膠狀物清管

凝膠狀物清管是管道清理的一項(xiàng)新技術(shù)。凝膠狀液態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用于管道投產(chǎn)或檢修時(shí)期。許多管道凝膠物是水基性的，由化學(xué)藥劑、溶劑或酸等制成高粘度的凝膠狀物。當(dāng)泵送凝膠狀物進(jìn)入管道時(shí)，是根據(jù)實(shí)際情況，分段進(jìn)入。優(yōu)點(diǎn)是清理干凈，沒有清管球的磨損，可以通過不同管徑和曲率的管道。

2.1.1.5 泡沫清管器

由泡沫橡膠或泡沫塑料制成帶有錐形頭的圓柱體，其外部交叉纏繞帶有耐磨碳化物的硬質(zhì)橡膠帶。特點(diǎn)是柔軟、容易通過曲率半徑較小的90°彎頭，可以清除管道內(nèi)結(jié)垢及腐蝕產(chǎn)物等雜質(zhì)。

2.1.2 智能清管器

帶有檢測和記憶功能的現(xiàn)代管道清管工具。由機(jī)械檢測、信息轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存、動(dòng)力等三部分組成。在清掃管道時(shí)，同時(shí)采用紅外線檢測管道內(nèi)部情況，供分析用。項(xiàng)目有：直徑和幾何形狀、曲率監(jiān)測、管道剖面、溫度和壓力記錄、彎曲測量、金屬腐蝕測定、照相檢測、裂縫測量、沉積物測量、泄露測量、產(chǎn)品取樣、繪圖。智能清管器的長度為非智能清管器的4-5倍，要求管道不能有小曲率半徑彎頭，而阻礙清管器通過。

圖2 聚氨酯皮碗清管器

圖1 聚氨酯皮碗清管器

2.2 清管的功能

清管的功能有很多種，常見的有以下幾種：（1）管道建成后及施壓后清除管道內(nèi)積存的泥水、污物；（2）輸氣管道投產(chǎn)時(shí)，排除管道內(nèi)部空氣，以確保安全；（3）輸氣管道運(yùn)行一段時(shí)間后，用清管器清除管內(nèi)的積水、腐蝕物等；（4）檢測在運(yùn)管線。

3 清管前的準(zhǔn)備工作

清管前應(yīng)清楚了解管線的規(guī)格、長度、使用年限、安全工作壓力、相對高差、穿越和跨越情況、彎頭、斜口、有無變形、閥室、閥井、支線、三通、地貌的特殊情況。還應(yīng)了解管線有無改造，及改造部位的壁厚等。值得注意的是，有的管線在改造時(shí)，所使用的短節(jié)、三通和原來的內(nèi)徑相差較大，而且這些三通和短節(jié)往往又距收發(fā)裝置的距離很近，這種情況給收球帶來很大的困難。主要表現(xiàn)在清管器運(yùn)行到這些地方的時(shí)候，由于管道內(nèi)徑變小而受阻，需要較高的壓差才能推動(dòng)，清管器一旦啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，速度很快，很容易對接收裝置形成沖擊，發(fā)生事故。所以，在對管線改造時(shí)選擇和原有的內(nèi)徑大致相同的管材，以免遺留后患。清管器收發(fā)裝置必須完好，相關(guān)閥門開關(guān)靈活無內(nèi)漏、儀表性能可靠，排污及放空符合清管要求，放空點(diǎn)火裝置完好，排污池容量滿足要求，干氣清管排污口建議被水淹沒300mm以上，確認(rèn)清管器、清管指示器、快開盲板完好，清管器跟蹤儀完好等。

根據(jù)清管作業(yè)前的現(xiàn)場調(diào)查與以往清管的經(jīng)驗(yàn)、資料、數(shù)據(jù)，按照天然氣管道工藝特性等，編制清管方案。

4 清管作業(yè)注意事項(xiàng)

根據(jù)西氣東輸2005年及2006年對干線清管經(jīng)驗(yàn)積累及總結(jié)以下注意事項(xiàng)：

為了在清管作業(yè)期間不影響長輸管線安全平穩(wěn)運(yùn)行及下游用戶的正常生產(chǎn)，合理銜接、協(xié)調(diào)跨區(qū)域的清管作業(yè)，保證長輸管線清管作業(yè)在統(tǒng)一協(xié)調(diào)、指揮下進(jìn)行。認(rèn)真履行具體清管作業(yè)程序，熟練掌握流程切換及收、發(fā)清管器作業(yè)，要求人員分工、物資工具、通訊配置、車輛安排、應(yīng)急措施、和安全措施到位。清管作業(yè)屬于天然氣長輸管道風(fēng)險(xiǎn)性較大的作業(yè)，易出現(xiàn)“卡止”、“清管器丟失”等，這些如不及時(shí)解除將造成全線停輸?shù)闹卮笊a(chǎn)事故。清管器在管道中運(yùn)行的速度不宜過快，如果速度太高，達(dá)不到既定的清管目的、清管器在高速?zèng)_洗下容易竄漏、高速的運(yùn)行清管器容易對清管器接收裝置產(chǎn)生巨大撞擊。防止清管出的硫化鐵粉末易自燃，并評估清管效果。協(xié)商下游用戶做出用氣量的調(diào)控，穩(wěn)定天然氣流速，減小因天然氣流速過快而造成的損失。清管器發(fā)送作業(yè)前，務(wù)必確定清管器送至大小頭處并塞實(shí)。防止串氣，清管器不能發(fā)出。清管器在管道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，沿途要有專職人員跟蹤，對清管器卡止等異常情況及時(shí)了解和分析，便于及時(shí)做出相應(yīng)處理措施。

5 清管作業(yè)中可能出現(xiàn)的故障及處理辦法

5.1 清管器竄漏

清管器在管道內(nèi)運(yùn)行時(shí)清管器被動(dòng)產(chǎn)生流體泄露現(xiàn)象。

可能現(xiàn)象：由于清管器皮碗磨損而漏氣會(huì)使清管器運(yùn)行緩慢或?qū)е滦羞M(jìn)停止。

解決方法：用增大壓差或再發(fā)一個(gè)過盈量較大的清管器推出前一個(gè)清管器。

5.2 清管器破裂

可能現(xiàn)象：清管器在行進(jìn)過程中磨損劃傷而導(dǎo)致破裂，進(jìn)而會(huì)使得清管器停止運(yùn)行。

解決方法：發(fā)一個(gè)清管器將遺留在管內(nèi)的清管器推出。

5.3 清管器被卡

可能原因：由于清管器在行進(jìn)中遇到較大障礙物或因管道變形、或管道不規(guī)則處而卡止。解決方法：增加清管器上游壓力，增大壓差，使之運(yùn)行。降低清管器前的壓力，以建立一定壓差，使之繼續(xù)運(yùn)行。排放清管器后天然氣，反推清管器解“卡”。以上方法均不能解“卡”時(shí)，采取割管取出清管器的辦法。

6 結(jié)論

清管作業(yè)在長輸管道上意義重大，保障管道安全平穩(wěn)運(yùn)行，提高管道輸送效率。本文介紹各類清管器的應(yīng)用以及清管時(shí)注意事項(xiàng)以及清管可能出現(xiàn)的故障及解決方法，在今后進(jìn)一步研究天然氣高速運(yùn)行下，如何安全有效的清管作業(yè)。

[1]西氣東輸清管作業(yè)指導(dǎo)書