俄羅斯清管技術標準先進性研究

馬偉平 ，劉忠昊，董 博，廖葉光

1.中國石油管道科技研究中心 （河北 廊坊 065000）

2.中國石油天然氣管道局設計院 （河北 廊坊 065000）

3.中國石油天然氣股份有限公司管道建設項目經理部 （北京 100101）

4.中國石油西南管道南寧輸油氣分公司 （廣西 南寧 541899)

中俄原油管道是我國第一條通過永凍土地區(qū)的大口徑、高壓力、長距離原油管道，沿線地質復雜、氣候惡劣，深入研究俄羅斯管道標準在高寒凍土區(qū)的理念和作法，借鑒俄羅斯管道標準中先進條款和技術指標，對于保障中俄原油管道安全運行具有重要的意義。俄羅斯標準化文件與管道行業(yè)密切相關的是指導性文件PД、BH、OP、CO等企業(yè)標準，以及OCT、BCH、ПБ和СНиП等部門標準。限于篇幅，本研究從上千項俄羅斯管道標準中重點篩選了管道清管技術標準，力求在一定程度上代表俄羅斯管道清管的技術水平和發(fā)展趨勢（表1）。

中國管道清管技術標準有3類：國家標準GB 50251-2003《輸氣管道設計規(guī)范》[1]、GB 50253-2006《輸油管道設計規(guī)范》、GB 50369-2006《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》；行業(yè)標準SY/T 5922-2003《天然氣管道運行規(guī)范》、SY/T 5536-2004《原油管道運行規(guī)程》和SY/T 6695-2007《成品油管道運行規(guī)范》；企業(yè)標準Q/SY 1059-2009《油氣輸送管道線路工程施工技術規(guī)范》等。

表1 俄羅斯管道清管技術標準

1 清管方式

表1中前3項標準規(guī)定管道清管有4種方式：可分離式清管器、不使用可分離式清管器(高速液流沖洗/高速氣流吹掃)、拉伸式清管裝置和液體置換。直徑大于219mm管道應使用可分離式清管器；直徑小于219mm管道，當曲率半徑小于5倍管徑或者清管長度小于1km可不使用可分離式清管器，但采用高速氣流吹掃的管段長度不超過5km；拉伸式清管裝置是指借助拖動推桿移動清管器以及利用內部或外部定心進行清管；液體置換是指管道試壓后通過高速液流排出污染物的方式進行清管。為提高清管質量，減少油-水混合懸浮液體積，還使用凝膠-溶劑式機械分離清管器，溶劑是汽油或二乙烯乙醇（圖1）。相對我國管道清管使用清管球(器)，俄羅斯管道清管裝置和清管方式更為多樣化。

關于清管器允許通過的曲率半徑，中國和俄羅斯標準基本相近。GB 50369規(guī)定清管器應適用管線彎管的曲率半徑；Q/SY 1059規(guī)定清管器應可以通過曲率半徑5倍的彎管。俄羅斯標準Ⅱ規(guī)定當曲率半徑小于5倍管徑時，可不使用可分離式清管器。

圖1 凝膠-溶劑式機械分離清管器示意圖

2 清管器運行速度

表1中第1、2、5項標準規(guī)定可分離式清管器運行速度不應小于1km/h，不使用可分離式清管器，由液體流動速度保證清管質量，液體流動速度不應小于5km/h。Q/SY 1059規(guī)定原油清管器運行速度宜控制在3～6km/h；SY/T 5922規(guī)定天然氣管道清管器運行速度一般宜控制在3.5～5m/s(12～18km/h)。關于清管器運行速度和管道吹掃速度，中國標準更為嚴格。

3 清管周期

中國標準針對“清管周期”比較簡略，缺乏定量要求，不能完全指導生產實際，主要表現在以下3個方面。

1）SY/T 5922規(guī)定輸氣管道應根據氣質組成、管道輸送效率和輸送壓差確定合理的清管周期，當管道輸送效率小于0.95時宜進行清管。管道輸送效率為實際輸氣量與設計輸氣量的比值，由于氣源不穩(wěn)定性、用戶調峰和支線分輸等原因，該參數不能真正反應管道實際情況，作為清管周期的依據，具有一定片面性和局限性。

2）SY/T 5536規(guī)定原油管道首次和不定期清管，應制定清管方案。目前熱油管道結蠟預測技術較為成熟[2-4]，由于輸量較低、結蠟層的保溫作用，管道在較長時間內可能不清管，應綜合考慮管道結蠟不均勻性、能耗經濟性和低輸量運行安全性等因素，進而確定最優(yōu)結蠟厚度和清管周期[5]。

3）SY/T 6695規(guī)定根據管道運行和油品質量檢測情況安排成品油管道清管作業(yè)。由于雜質過多堵塞過濾器導致成品油管道頻繁停輸較為常見，但管道內腐蝕機理有待進一步研究，例如微生物腐蝕、管材氧化腐蝕、水溶性和酸性腐蝕等。

表1中第1項標準規(guī)定新建管道要求具備連續(xù)通信能力時，才可以進行清管作業(yè)和壓力試驗，我國標準缺少此類規(guī)定。表1中第6項標準規(guī)定應編制輸油管道清管年度作業(yè)計劃，應根據輸油管道實際情況和油品物性確定清管周期，但每季度不少于一次。定期清管周期內管道輸送能力下降3%及以上時，應進行緊急清管。俄羅斯標準針對“清管周期”既有原則性規(guī)定，也有最低要求，具有借鑒意義。

4 管道有效直徑計算

根據管道歷史運行參數，計算管道有效直徑，掌握管道結蠟狀況，是確定原油管道是否進行清管的重要依據和有效方法，但國內標準無相關規(guī)定。表1中第6項標準規(guī)定原油管道流速低于1m/s或者未進行周期性清管。根據管道運行參數，每個月抽取5～10 個時間段，周期 8～24h，周期內輸油參數（流量、壓力）無較大變化。

每個時間段管道有效直徑按下式計算：

式中：D為管段有效直徑，m；L為管段長度，m；Q為管段平均體積流量，m3/s；v為原油運動黏度，m2/s；ΔP 為管段壓差，m；ΔZ 為管段高程差，m；m 為水力摩阻系數,對于層流，m=1,水力光滑區(qū)，m=0.25。

5 清管質量控制措施

針對“清管質量控制措施”，國內標準比較簡略，例如GB 50251和GB 50369規(guī)定油氣管道試壓前清管應不少于2次；GB 50369和Q/SY 1059規(guī)定清管應分段進行。表1中第2項標準規(guī)定清管前應向管道注入其容量10%～15%的水，以便濕潤和沖刷污染物，清管必須通過過濾器進行注水，防止泥沙、異物進入管道；表1中第5項標準規(guī)定管道分段清管，管段長度不應超過40km。俄羅斯標準具有借鑒意義。

針對“管道清管合格條件”，中國和俄羅斯標準基本相近，GB 50369規(guī)定管道清管以開口端不再排出雜物為合格。表1中第2項標準規(guī)定可分離式清管器從管道中穿過沒有任何損壞時認為清管質量合格；不使用可分離式清管器，由液體流動速度保證清洗質量，當排放管排出液流不含污染物時認為清管質量合格。

6 清管器跟蹤

針對“清管器跟蹤”，國內標準是非強制性要求，俄羅斯標準是強制性要求，例如SY/T 5922規(guī)定清管器宜安裝發(fā)訊裝置，便于跟蹤定位；SY/T 5536規(guī)定首次進行清管、不定期清管或清管器破損需發(fā)送機械清管器推出破損的清管器時，機械清管器應安裝跟蹤設備，沿線應進行跟蹤。表1中第6項標準規(guī)定清管器應配備防爆構型的低頻傳送器，與地面便攜式定位儀監(jiān)測清管器通過管段的情況，檢驗清管器卡阻的情況。

針對“清管器跟蹤監(jiān)測設置地點”，國內標準較為簡略，俄羅斯標準更為細化，具有借鑒意義，例如SY/T 5922規(guī)定根據管道全面調查資料和實際情況設置清管器監(jiān)聽點，在中間閥室、支線、穿跨越、高程差較大管道等特殊地點應設監(jiān)聽點，并配備信號接收裝置和通過指示儀；SY/T 5536規(guī)定清管器發(fā)送前，根據管道線路情況，以適宜的距離選擇放置接收機的地點，特殊地段應加密跟蹤點。表1中第5項標準規(guī)定清管器跟蹤由配備低頻聲學測位器的專業(yè)承包商負責，專業(yè)承包商數量取決于管段長度(2km以內，1 支；2～12km，2 支；12～24km，3 支；24～40km，4支)。用于監(jiān)測清管器發(fā)送信號的檢測點應設置在管道軸線上方，間距不超過1km，以下位置應設置監(jiān)測點：①線路截斷閥；②干線管道與等徑或支線管道的節(jié)點；③干線管道與不小于70%干線管道直徑的支線管道的節(jié)點；④與水平方向夾角45°的干線管道彎管處。

7 清管安全措施

針對“清管安全措施”，國內標準為原則性規(guī)定，例如GB 50369規(guī)定管道清管施工前，應編制施工方案，制定安全措施，并充分考慮施工人員及附近公眾與設施安全。清管作業(yè)應統一指揮，并配備必要的交通工具、通信及醫(yī)療救護設備。SY/T 6695規(guī)定清管作業(yè)應制定相應的清管方案，明確清管作業(yè)組織機構、清管器的選用、清管步驟、流程操作、運行控制、事故預案等事宜。表1中第5項標準規(guī)定原油管道清管作業(yè)危險區(qū)域為從管道軸線至兩側25m范圍，天然氣管道清管作業(yè)危險區(qū)域為：管道管徑100～300mm，從管道軸線至兩側40m范圍；管道管徑300～800mm，從管道軸線至兩側60m范圍；管道管徑800～1 400mm，從管道軸線至兩側100m范圍，具有借鑒意義。

8 結論和建議

通過借鑒俄羅斯標準，針對提高我國油氣管道運行標準水平，以及加強標準制修訂工作，提出如下建議：

1）建議進一步研究不使用可分離式清管器(高速液流沖洗/高速氣流吹掃)、拉伸式清管裝置和液體置換等清管方式的可靠性，特別是上述清管技術對于中、小管徑管道的適用性。

2）借鑒俄羅斯標準 СНиП III-42-1980，建議GB 50251和GB 50253規(guī)定新建管道要求具備連續(xù)通信能力時，才可以進行清管作業(yè)和壓力試驗。

3）借鑒俄羅斯標準РД 39-30-598-1981，建議SY/T 5536規(guī)定根據原油管道歷史運行參數，計算管道有效直徑，掌握管道結蠟狀況，進而確定清管的周期。

4）借鑒俄羅斯標準 ВСН 011-1988和 ОР-16.01-60.30.00-КТН-2004， 建議 GB 50251和 GB 50253規(guī)定清管作業(yè)應利用過濾器進行注水以及分段清管長度，以保證清管質量。

5）借鑒俄羅斯標準 ОР-16.01-60.30.00-КТН-2004，建議SY/T 5536和SY/T 5922針對“清管器跟蹤”進行強制性要求，以及規(guī)定清管器跟蹤監(jiān)測設置地點。

6）借鑒俄羅斯標準 ОР-16.01-60.30.00-КТН-2004，建議SY/T 5536和SY/T 5922規(guī)定原油清管作業(yè)危險區(qū)域范圍。

[1]GB 50251-2003輸氣管道設計規(guī)范[S].

[2]黃啟玉，李瑜仙，張勁軍.普適性結蠟模型研究[J].石油學報，2008，29(3)：459-462.

[3]王曉梅，陳國群，艾慕陽.用雙曲正切結蠟模型計算含蠟原油管道的結蠟分布[J].油氣儲運，2008，27(12)：24-27.

[4]苗青,石蕾.加劑大慶原油結蠟規(guī)律研究[J].油氣儲運,2004,23(7)：53-58.

[5]馬偉平，王艦，王禹欽.任京線正反輸運行長期不清管條件下的結蠟規(guī)律[J].石油工程建設，2011,37(6)：7-11.