關于清管器對管道沖擊應力探討

楊智麟（中海福建天然氣有限責任公司,福建莆田351100）

關于清管器對管道沖擊應力探討

楊智麟
（中海福建天然氣有限責任公司,福建莆田351100）

清管是油氣管道的常規(guī)作業(yè)之一，也是油氣管道安全高效輸送的重要保證。我國西南片區(qū)的大部分油氣管道都屬于高差較大的地方，原先的清管模型沒有考慮管道的高程起伏，所以忽略了由于清管器對管道造成的沖擊載荷，本文通過建立起伏管清管器受力模型，計算了一定高程下清管器對管道的作用力，有利于更好的指導清管作業(yè)。

起伏管道；清管器；受力分析

0　引言

油氣管道清管是保證管道安全高效運行的重要手段，在清管工況時對清管器的運行跟蹤一直是熱點研究問題，而目前國內(nèi)外的經(jīng)典清管器瞬態(tài)研究模型基本上是基于水平管線研究，而我國大部分油氣管道都分布于丘陵、山區(qū)地形起伏較大，有必要研究清管器對管道的沖擊力，保證油氣管道的安全運行[1-3]。

1　模型建立

清管器的運行軌跡分為5個區(qū)域，如圖1所示。

2　受力分析

如圖2所示，清管器在4區(qū)做加速運動，其運動規(guī)律應滿足連續(xù)性方程、動量守恒方程和能量方程。在4區(qū)和5區(qū)的彎管交接處速度達到最大，假設在4區(qū)和5區(qū)的交接處的清管器產(chǎn)生卡堵，則清管器的動量完全損失。

根據(jù)SY/T6383-1999《長輸天然氣管道作業(yè)規(guī)程》，清管器運行速度一般控制在12～18Km/h，在計算中V0取最大值18Km/h，即V0=5m/s。

清管器在傾斜管段的瞬時速度：

目前國內(nèi)外在清管器對管壁的沖擊研究方面幾乎空白，基本依賴于一些半經(jīng)驗半理論的算法，本文借鑒《鐵路工程設計技術手冊隧道（修訂版）》所推薦的方法，從理論上看為基于沖量定理，近似為落石沖擊的算法，沖擊的基本參數(shù)選取也參考落石沖擊中推薦的參數(shù)[4]。

3　算例分析

以L290(X42)材料的管道，設計壓力6MPa，管道外徑406.4mm，壁厚11.1mm，選取377型號的清管球，質(zhì)量40Kg，傾斜管段長125m，傾角20度為例，將上述公式編制為VB程序計算：

4　結(jié)論

油氣管道清管工況是輸油管道常規(guī)作業(yè)中的特殊工況之一，本文通過建立起伏管道清管模型，計算清管器在管道最低點對管壁的沖擊應力，以便在油氣管道結(jié)構(gòu)應力分析時考慮清管的特殊工況，保證油氣管道的安全運行。

[1]朱喜平.天然氣長輸管道清管技術[J].石油工程建設,2005,12(05):12-16.

[2]徐孝軒，宮敬，鄧道明.多相流管道清管模型研究概況[J].中國海上油氣（工程）,2003，15(04):21-24.

[3]李天太，方明,董悅等.輸氣管線清管通球運行規(guī)律及計算方法.[J].天然氣工業(yè),1997,17(02):63-65.

[4]葉四橋，陳洪凱，唐紅梅.落石沖擊力計算方法的比較研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2010,37(02):60-64.

楊智麟（1991—），本科，西南石油大學，研究方向:天然氣管道輸送。