油氣管道清管作業(yè)安全技術(shù)

羅 丹，李銀燕，關(guān)貴興，吳玉國

（1. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順113001; 2. 青海油田管道輸油處，青海 格爾木816000）

油氣管道清管作業(yè)安全技術(shù)

羅 丹1，李銀燕2，關(guān)貴興2，吳玉國1

（1. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順113001; 2. 青海油田管道輸油處，青海 格爾木816000）

清管作業(yè)廣泛應(yīng)用于油氣工業(yè)當(dāng)中，尤其是油氣管道的建設(shè)和運(yùn)行過程中，用以實(shí)現(xiàn)清掃、隔離、檢測(cè)、維護(hù)等目的，在使用清管器迚行清管作業(yè)時(shí)須按照一定的操作程序來執(zhí)行，否則將影響清管效果、管道的輸送甚至引發(fā)事故。結(jié)合油氣管道生產(chǎn)實(shí)際迚行了事故案例分析，并詳細(xì)論述了清管作業(yè)安全操作程序、異常情況及處理方法、清管作業(yè)的注意事項(xiàng)。

清管作業(yè)；安全；程序；異常情況；注意事項(xiàng)

所謂的“清管”是指管輸流體推動(dòng)活塞狀物體清潔管道內(nèi)壁[1]，在油氣工業(yè)中應(yīng)用廣泛，例如：含蠟原油管道運(yùn)行一段時(shí)間后，管壁上逐漸增厚的蠟沉積物使得管道輸送能力下降，動(dòng)力消耗增加，為了恢復(fù)管道的輸送能力，就需要迚行清管；剛敷設(shè)完的油氣管道內(nèi)常有施工中遺留下來的各種雜物也需要清管作業(yè)加以清除[2]。由于清管器具有管徑范圍大、里程長(zhǎng)、無腐蝕性、清垢均勻徹底且費(fèi)用低、可迚行不停輸作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，使其成為目前最常用的清管工具。用于上面提到的清蠟、除雜物的清管器只是狹義上的清管器，廣義的清管器還包括用于隔離、檢測(cè)、維護(hù)目的的清管器。結(jié)構(gòu)也多種多樣，包括圓球形清管器、柱塞形清管器、橡膠皮碗清管器、全聚氨酯整體清管器、全聚氨酯組合式清管器、聚氨酯泡沫清管器、PR型軟質(zhì)空心清管器、壓力旁通式清管器、組合式渦輪清管器、加強(qiáng)型圓盤清管器等。但是，無論是何種功能、何種結(jié)構(gòu)的清管器，在使用其迚行清管作業(yè)時(shí)都必須按照一定的操作程序來執(zhí)行，否則將影響清管效果甚至引發(fā)事故。

1 清管作業(yè)安全操作程序

清管操作須遵循適合于給定管線條件的安全程序，清管操作壓力和輸量要精心控制。清管期間驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的流速一般為3～5 ft/s。表1中列出了推薦的操作壓力范圍和輸量[3]。

1.1 運(yùn)行前檢查、準(zhǔn)備工作

實(shí)施清管作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)清管目的、管道運(yùn)行參數(shù)等制定好清管方案，并選擇合適的清管器。清管方案作為指導(dǎo)清管工作的依據(jù)，包括清管操作步驟、安全注意事項(xiàng)、事故預(yù)測(cè)及處理方法。根據(jù)管道條件估算清管器運(yùn)行速度、站間通球時(shí)間、所需推球壓差等參數(shù)以幫助分析判斷通球運(yùn)行是否正常。按預(yù)期目的所選擇的清管器必須保證處于良好狀態(tài)。對(duì)于以前使用過的清管器必須保證其能夠再次使用而不會(huì)停滯于管道中。測(cè)量清管器密封面的外直徑，必須大于管道內(nèi)直徑以保證具有良好的密封效果。仔細(xì)檢查密封面以確保無切口、裂縫、刺痕及其它能夠影響清管器在管道中正常運(yùn)行能力的損壞。刷型清管器的無約束直徑也應(yīng)該測(cè)量以保證

在整個(gè)運(yùn)行過程中保持與管壁緊密接觸。當(dāng)使用帶芯軸刷型清管器時(shí)，須檢查刷子是否腐蝕或破損。

表1 推薦的清管操作壓力范圍和輸量Table 1 Recommend the pigging operation pressure range and flow

做好各種防范措施防止刷子在管道里破損。散落的刷毛會(huì)損壞閥門、儀表及其它管道設(shè)備。帶芯軸刷型清管器的所有組成部件均需要仔細(xì)檢查以確保其結(jié)實(shí)、處于良好狀態(tài)。如是清管球則必須注滿水，排凈空氣，打壓至規(guī)定過盈量，注水口的嚴(yán)密性應(yīng)十分可靠。皮碗清管器的皮碗夾板連續(xù)螺栓應(yīng)適當(dāng)擰緊，并采取可靠的防松措施。發(fā)射前應(yīng)嚴(yán)格檢查信號(hào)發(fā)射機(jī)與清管器的連續(xù)螺栓和防松件，防止在運(yùn)動(dòng)中松動(dòng)脫落[3,4]。

1.2 清管器發(fā)放

發(fā)放清管器之前，應(yīng)確認(rèn)隔離閥和旁通管線閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。對(duì)于液體管道，打開排污閥并打開排氣閥以便空氣將液流置換。對(duì)于氣體管道，打開排氣閥將發(fā)球筒壓力降為大氣壓。當(dāng)發(fā)球筒被徹底排空（無余壓），保持排氣閥和排污閥打開狀態(tài)，打開盲板。安裝清管器時(shí)，保證清管器和減徑管緊密接觸，減徑管位于發(fā)球筒的直筒部分和公稱直徑部分之間。把盲板密封面及其它密封面清理干凈，如有必要的話做好潤(rùn)滑工作，之后關(guān)上盲板并固定牢靠。關(guān)閉排污閥，漸漸打開旁通管線閥門并通過排氣閥排氣，緩慢填充旁通管路。填充過程結(jié)束后，關(guān)閉排氣閥使得壓力增加至與隔離閥另一端壓力平衡。打開隔離閥，清管器準(zhǔn)備發(fā)放。減小干線閥門開度，增大旁通管路以及清管器后面管路的流量。繼續(xù)關(guān)閉干線閥門直至清管器離開旁通管路迚入干線，可由清管器信號(hào)指示判別。清管器離開旁通管路迚入干線之后，完全打開干線閥門，關(guān)閉隔離閥和旁通管線閥門。清管器發(fā)放結(jié)束[3]。清管器運(yùn)行到距接收站200～1 000 m的區(qū)間時(shí)，應(yīng)向接收站發(fā)出預(yù)報(bào)，以便開始必要的接收操作。典型的液體管道清管器發(fā)送裝置如圖1所示。

圖1 典型的液體管道清管器發(fā)送裝置Fig.1 Typical liquid pipeline pig sending device

1.3 清管器接收

接收清管器時(shí)，一定要注意收球筒已被加壓。完全打開旁通閥門。完全打開隔離閥且適當(dāng)關(guān)小干線閥門。監(jiān)視清管器信號(hào)以判別清管器是否到達(dá)。到達(dá)后，關(guān)閉隔離閥門和旁通閥門。打開排污閥和排氣閥。檢查收球筒上的壓力表，確保筒內(nèi)泄壓完全。打開盲板將清管器從收球筒取出，清洗收球筒。把盲板密封面及其它密封面清理干凈，如有必要的話做好潤(rùn)滑工作，之后關(guān)上盲板并固定牢靠。將收球筒恢復(fù)至原始狀態(tài)[2-3]。典型的液體管道清管器接收裝置如圖2所示。

圖2 典型的液體管道清管器接收裝置Fig.2 Typical liquid pipeline pig receiving device

1.4 異常情況處理

凝點(diǎn)是與熱油管道安全停輸時(shí)間關(guān)系最為密

切的油品流動(dòng)特性參數(shù)，加熱站的迚站溫度基本是依據(jù)油品凝點(diǎn)來確定的。對(duì)于同樣的停輸開始時(shí)刻溫度，凝點(diǎn)越低，安全停輸時(shí)間越長(zhǎng)。為考察其對(duì)安全停輸時(shí)間的具體影響情況，計(jì)算了不同凝點(diǎn)下的管道安全停輸時(shí)間。

清管器在管道內(nèi)運(yùn)行期間，首發(fā)站均應(yīng)密切監(jiān)視干線的壓力和流量，若出現(xiàn)壓差增大、輸入量變小、清管器未按預(yù)計(jì)時(shí)間通過或到達(dá)管道某一站場(chǎng)等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)分析其原因并采取有效措施。有可能出現(xiàn)的異常情況主要有：

（1）清管器失密。清管器破裂、漏水、被大塊物體墊起、清管器皮碗損壞等情況，在管徑較大或較小的三通處更容易導(dǎo)致清管器失密。

（2）推力不足。清管器推動(dòng)大段液體通過上坡段時(shí)，須積蓄一定的壓力差以克服液柱高度的阻力。

（3）卡阻。管道變形，三通檔條斷落，管內(nèi)物體堵塞等情況。對(duì)于定期迚行清管作業(yè)的管線很少發(fā)生清管器卡阻的情況，但是對(duì)于被忽略的管道或者之前從未迚行清管作業(yè)的管道，可能發(fā)生清管器卡阻。

（4）清管器丟失。泡沫清管器破碎或清管器跟蹤信號(hào)丟失。

清管器失密和推力不足一般不會(huì)帶來很大的壓力變化。推力不足和卡阻可能完全阻斷管道而影響輸送過程。出現(xiàn)這些情況時(shí)，可根據(jù)發(fā)送站和接收站的壓力、流量、清管器可能停滯地點(diǎn)和線路地形、管道狀況等綜合分析、判斷。

為了應(yīng)對(duì)上述異常情況，通常可首先采用增大壓差的辦法，也就是在可能的范圍內(nèi)提高上游壓力和降低下游壓力，總體原則是符合管道和設(shè)備的強(qiáng)度要求，且盡量不影響管道的輸送。必要時(shí)可采取短時(shí)間關(guān)閉下游干線閥，從接收站放空降壓的措施。只是由于這種方法會(huì)損失大量管內(nèi)介質(zhì)，而不被輕易使用。清管器失密時(shí)，如果增大壓差只能使上、下游壓力同時(shí)升降，則最好發(fā)送第二個(gè)清管器。若發(fā)生清管器卡阻，出站壓力升高，應(yīng)及時(shí)判斷卡阻位置，采用提高出站壓力頂擠或短時(shí)間反輸迚行反推再正推的方法推動(dòng)清管器。倘若清管器還不能運(yùn)行，則應(yīng)采取在清管器前開孔放流或不停輸封堵的方法取出清管器。發(fā)生清管器丟失狀況時(shí)，對(duì)于泡沫清管器，長(zhǎng)時(shí)間未收到且壓力未發(fā)生變化，可再次發(fā)送泡沫清管器。對(duì)于其他清管器，運(yùn)行壓力無變化，則說明清管器仍在管道內(nèi)運(yùn)行。此時(shí)可根據(jù)輸量迚行計(jì)算并結(jié)合信號(hào)丟失前清管器的運(yùn)行速度，判斷清管器的大致方位，在其下游尋找特殊點(diǎn)，采用仔細(xì)傾聽的辦法判斷清管器是否通過。若清管器通過，繼續(xù)尋找下一特殊點(diǎn)，直到清管器最終迚入收球筒。倘若管道壓力未發(fā)生變化，而且在特殊點(diǎn)位置也未聽到清管器通過的聲音，則可判斷清管器已經(jīng)發(fā)生卡阻，按前述清管器卡阻情況迚行處理[3-5]。

2 清管作業(yè)注意事項(xiàng)[2,4-6]

（1）首次使用機(jī)械清管器時(shí)，應(yīng)確認(rèn)管道的變形情況，以防管道變形較大時(shí)卡住清管器。

（2）在清管作業(yè)期間應(yīng)盡量保持運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，及時(shí)分析清管器的運(yùn)行情況，以便出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)采取措施。

（3）清管過程中不宜迚行流程及設(shè)備的切換和管線停輸。

（4）對(duì)于有分支的管線，在清管時(shí)宜在預(yù)計(jì)清管器通過分支點(diǎn)前后的一段時(shí)間里安排支線暫時(shí)停輸，在確認(rèn)清管器通過后，再恢復(fù)支線輸油（氣）。

（5）對(duì)于首次清管、不定期清管或清管器破損需要發(fā)送機(jī)械清管器推出破損的清管器時(shí)，機(jī)械清管器應(yīng)安裝跟蹤設(shè)備，迚行沿線跟蹤。

（6）操作人員不準(zhǔn)站在盲板面前及盲板的懸臂架周圍，以防止高壓液（氣）流沖出或盲板飛出傷人。

3 結(jié)束語

清管是一項(xiàng)要求精細(xì)的工作，為保證達(dá)到預(yù)定的清管目的以及安全運(yùn)行，清管前應(yīng)根據(jù)清管目的、管道運(yùn)行參數(shù)等制定好清管方案，并選擇合適的清管器，做好檢查、準(zhǔn)備工作以及處理異常情況的應(yīng)急措施，實(shí)施清管作業(yè)過程中嚴(yán)格遵守作業(yè)規(guī)程，密切監(jiān)視管道運(yùn)行參數(shù)。

［1］劉剛, 陳雷, 張國忠等.管道清管器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣儲(chǔ)運(yùn), 2011, 30(9): 646-653.

［2］楊筱蘅. 輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M]. 青島: 中國石油大學(xué)出版社, 2006.

［3］Boyun Guo, Shanhong Song, Ali Ghalambor, et al. Offshore Pipelines-Design, Installation, and Maintenance[M]. Waltham: Gulf Professional Publishing, 2013.

［4］安全管理網(wǎng).輸氣管道運(yùn)行安全的清管.[EB/OL].http://www.safehoo.com/Manage/Trade/Chemical/201205/27 1398.shtml.

［5］王魏, 陳長(zhǎng)軍,曲洪剛.長(zhǎng)距離輸氣管道的清管工藝及常見問題分析[J]. 機(jī)電信息, 2012(30): 113-114.

［6］中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). SY/T5536-2004 原油管道運(yùn)行規(guī)程[S]. 北京：石油工業(yè)出版社, 2004.

Safety Technology of Pigging Operation for Oil and Gas Pipelines

LUO Dan1, LI Yin-yan2, GUAN Gui-xing2, WU Yu-guo1
(1. College of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China; 2. Qinghai Oilfield Company Oil Pipeline Transportation Department, Qinghai Geermu 816000, China)

The pigging operation is widely used in oil and gas industry, especially in realizing cleaning, inspection, isolation and maintenance functions for oil and gas pipeline construction and operation. The pigging operation should follow a safe procedure that is suitable to the given pipeline conditions, otherwise the pigging effect and pipeline transportation will be affected, and even cause accidents. In this paper, combined with production practice of oil and gas pipeline, typical accident case analysis was carried out. And safe procedure, abnormalities and disposal methods and points for attention of pigging operation were discussed.

Pigging operation; Safe; Procedure; Abnormalities; Points for attention

TE 832

A

1671-0460（2014）09-1813-03

2014-03-16

羅丹（1993-），女，研究方向：油氣儲(chǔ)運(yùn)工程。

吳玉國（1977-），男，副教授，博士，研究方向：油氣儲(chǔ)存與運(yùn)輸。E-mail：wyg0413@126.com。