清管閥在原油輸送管線中的應(yīng)用

焦海亮

(河北省石油化工設(shè)計(jì)院有限公司天津分公司，天津 300380)

清管閥在原油輸送管線中的應(yīng)用

焦海亮

(河北省石油化工設(shè)計(jì)院有限公司天津分公司，天津 300380)

傳統(tǒng)的清管系統(tǒng)存在著設(shè)備多，占地面積大，操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。近年來(lái)，清管閥的出現(xiàn)改善了清管工藝，并逐漸被廣泛應(yīng)用。本文對(duì)清管閥進(jìn)行了詳細(xì)介紹，闡述了清管閥的優(yōu)點(diǎn)，并從四個(gè)方面論述了清管閥新技術(shù)的發(fā)展。

原油運(yùn)輸；清管閥；清管工藝；收發(fā)球筒；智能清管器

我國(guó)是一個(gè)人口及經(jīng)濟(jì)大國(guó)，隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)原油的需求日益增加。但因自身原油儲(chǔ)備的不足，近年來(lái)我國(guó)有將近半數(shù)的原油資源需要進(jìn)口。在這個(gè)過(guò)程中原油輸送成了重要的環(huán)節(jié)，應(yīng)用越來(lái)越多。管道輸送因具有效率高、成本低、安全可靠、污染小等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于原油輸送行業(yè)。為了確保管道運(yùn)輸?shù)母咝?、暢通，必須?duì)管道進(jìn)行定期的清管作業(yè)。傳統(tǒng)的清管系統(tǒng)存在著所需設(shè)備多，占地面積大，操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。近年來(lái)，清管閥的出現(xiàn)改善了清管工藝，并逐漸被廣泛應(yīng)用[1]。

1 清管閥的特性及種類

清管器(PIG)是管道輸送中必不可少的工具，1962年由美國(guó)Knapp公司和Grard公司首次開(kāi)發(fā)并用成功應(yīng)用于管道清洗作業(yè)[2]。清管閥也稱PIC閥，是發(fā)射和接收清管器的新型閥門，并具有通用兩位式截?cái)嗲蜷y的功能。清管閥和清管器配合應(yīng)用，可以輕松完成管道清洗、檢測(cè)、排凈等作業(yè)。

常見(jiàn)的清管閥有標(biāo)準(zhǔn)型清管閥、旁通型清管閥、隔離型清管閥。它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用功能有所不同。標(biāo)準(zhǔn)型清管閥是清掃管道用的最多的一種清管閥。清管閥通球孔面積比相連管道流通面積大約25%，這樣能更好地保證清管器的方便進(jìn)出。通球孔的一端安裝有格柵棒條，可以在不影響輸送介質(zhì)流動(dòng)的情況下有效阻止清管器的通過(guò)。

旁通型清管閥是在球體上垂直于通球孔方向開(kāi)設(shè)的兩個(gè)橢圓形通道，流通面積約為相連管道的25%。這種設(shè)計(jì)能保證清管閥在整個(gè)清管操作過(guò)程中不會(huì)發(fā)生斷流，適用于不允許介質(zhì)斷流的工況。

隔離型清管閥是隔離和按序輸送介質(zhì)用清管閥，它的通球孔面積比相連管道流通面積大約3%，并在清管閥通球孔內(nèi)格柵棒條上游側(cè)安裝有密封環(huán)，以保證清管器到達(dá)接收清管閥時(shí)形成密封，獲得較好的隔離效果，隔離型清管閥也能當(dāng)作截?cái)嚅y使用。

2 清管作業(yè)的功能

為了確保管道運(yùn)輸?shù)母咝?、暢通，必須?duì)管道進(jìn)行定期的清管作業(yè)。清管作業(yè)是各類油、氣輸送管道正常運(yùn)行的重要保證，在管道運(yùn)行的各個(gè)階段都發(fā)揮著極其重要的作用，概括起來(lái)主要有以下幾種功能[3]。一是管道建設(shè)功能，在管道施工完畢后通過(guò)清管作業(yè)能夠把施工期間的管道內(nèi)殘余污物、砂石以及焊接殘?jiān)裙虘B(tài)顆粒物清掃出去。此種清管器經(jīng)常采用刷式或刮板式，目的是打通管道為進(jìn)一步的管道試運(yùn)行打下基礎(chǔ)。二是管道檢測(cè)功能，在進(jìn)行清管作業(yè)的同時(shí)經(jīng)常利用清管器對(duì)管道的基本狀況進(jìn)行檢測(cè)記錄。現(xiàn)階段通常采用智能清管器，它能夠時(shí)時(shí)提供精準(zhǔn)的位置信息，并且無(wú)需接觸便可記錄管道壁厚、管徑等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行缺陷定位。三是管道運(yùn)行功能，在管道運(yùn)行期間，清管器可清除管內(nèi)積蠟。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，結(jié)蠟會(huì)減小管道實(shí)際流通面積，增加管道壓力，降低管道運(yùn)輸能力，運(yùn)行期間定期投放清管器，可以起到預(yù)防結(jié)蠟提高輸送效率的作用。四是管道維護(hù)功能，可以使用專門的清管器進(jìn)行管道維護(hù)工作，例如涂敷管道內(nèi)涂層等。五是產(chǎn)品更換及計(jì)量需求，這一點(diǎn)在商業(yè)碼頭體現(xiàn)線經(jīng)較多，卸船管常向不同的用戶輸送不同的產(chǎn)品，因此每次卸船完成后都需要對(duì)管道進(jìn)行清管作業(yè)，這樣既不影響本次輸送產(chǎn)品的精確計(jì)量又不影響下一次更換輸送產(chǎn)品。

3 清管工藝的優(yōu)化

傳統(tǒng)的清管裝置通常由清管器發(fā)射裝置（發(fā)球筒）、清管器接收裝置（收球筒）、格柵三通以及輔助的閥門管件等組成。整套裝置設(shè)備數(shù)量較多，需要專門的設(shè)計(jì)和制造。清管閥的出現(xiàn)使清管工藝得到了優(yōu)化，具體分為以下幾個(gè)方面[4]。

3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)化

收發(fā)球筒必須配備2臺(tái)截?cái)嚅y（如圖1所示），旁路管線等，而清管閥由于本身就具有截?cái)喙δ芩詿o(wú)需配備這2臺(tái)閥門；再者清管閥本身就安裝在主管線上，無(wú)需旁路管線。從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，節(jié)約了占地面積，也相應(yīng)降低了成本。

3.2 體積減小

以DN200的管路為例，收發(fā)球筒長(zhǎng)約2.2m（不同的廠家尺寸略有差別），而清管閥長(zhǎng)度僅為0.8m，約為收發(fā)球筒的三分之一，從而節(jié)約了占地面積及操作空間。這點(diǎn)在海洋平臺(tái)和港口等空間有限的地方尤為重要。

3.3 安裝簡(jiǎn)單

收發(fā)球筒需要專門的水泥安裝基礎(chǔ)，清管閥只需要按照普通閥門對(duì)待即可。

3.4 操作方便

收發(fā)球筒操作時(shí)需在2m多長(zhǎng)的空間里走動(dòng)，依次打開(kāi)（關(guān)閉）主截?cái)嚅y、排污閥、放空閥、快開(kāi)門等，再把清管器抬高取出（裝入），最熟練的操作也要8～10 min。清管閥操作只需在一個(gè)工位，3min便可完成全部工作。

3.5 維護(hù)簡(jiǎn)單

收發(fā)球筒屬于壓力容器，需在當(dāng)?shù)刭|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門辦理《壓力容器使用許可證》及《壓力容器使用登記手續(xù)》，并接受定期檢驗(yàn)，手續(xù)和維護(hù)繁雜。清管閥無(wú)特殊維護(hù)要求。

4 清管閥新技術(shù)的發(fā)展

隨著原油輸送行業(yè)的發(fā)展，以清管閥為代表的新型清管技術(shù)逐漸得到了廣泛應(yīng)用，這也推動(dòng)了清管閥技術(shù)的進(jìn)步。近年來(lái)，清管閥技術(shù)的發(fā)展方向是以提高在原油管線使用中的安全性和可靠性為主要目標(biāo)，主要取得了以下幾個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步[5]。

圖1 使用收發(fā)球筒工藝流程簡(jiǎn)圖

圖2 使用清管閥工藝流程簡(jiǎn)圖

4.1 防靜電技術(shù)

由于原油具有易燃易爆性，在原油輸送管線中要特別注意防止靜電火花的產(chǎn)生，以防爆炸。由于清管閥的球體處于氟塑料包裹中，當(dāng)發(fā)射和接收清管器時(shí)，球體轉(zhuǎn)動(dòng)與氟塑料摩擦容易產(chǎn)生靜電火花，所以，在新型清管閥中，加強(qiáng)了清管閥的閥桿和閥蓋處理，增加了抗靜電結(jié)構(gòu)，防止因靜電的產(chǎn)生而帶來(lái)的嚴(yán)重后果。

4.2 高密封技術(shù)

目前輸送原油管線用清管閥，多數(shù)采用注入油脂密封結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)不僅設(shè)置在球體閥座部位，還設(shè)置在閥桿動(dòng)密封處。通過(guò)注入密封油脂，可以快速的形成了二次輔助密封，同時(shí)還可以減少了閥座的摩擦和磨損，延長(zhǎng)清管閥的使用壽命，降低操作扭矩等。

4.3 防火技術(shù)

由于原油是易燃物質(zhì)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，要求清管閥必須具有防火性能，在密封件燒毀時(shí)，仍可以啟閉和密封，并可有效阻止介質(zhì)泄漏，防止災(zāi)情擴(kuò)大。為此在清管閥球體軟密封座上增加了金屬密封座，在快開(kāi)閥蓋與閥體配合端面和主副閥體法蘭面處均要求為零間隙，以便形成金屬密封面，這樣才能增強(qiáng)防火和耐火性能，順利通過(guò)耐火試驗(yàn)，提高安全使用系數(shù)。

4.4 多功能技術(shù)

隨著智能清管器的出現(xiàn)，可以通過(guò)發(fā)射和接收智能清管器，完成管線壁厚檢測(cè)、管徑測(cè)量、泄漏地點(diǎn)查找和管線無(wú)損檢測(cè)等操作。但是由于智能清管器軸向長(zhǎng)度比常規(guī)清管器大得多，通常要求清管閥的球體加大，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度加長(zhǎng)，以更好地適應(yīng)智能清管器發(fā)射和接收等許多新的要求，推動(dòng)清管閥向多功能的方向發(fā)展。

5 結(jié)論

原油輸送行業(yè)自上世紀(jì)中葉在我國(guó)出現(xiàn)以來(lái)經(jīng)歷了快速的發(fā)展過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中傳統(tǒng)的清管技術(shù)發(fā)揮了重要的作用。隨著清管閥、智能清管器等新型清管設(shè)備的出現(xiàn)，清管技術(shù)得到了不斷進(jìn)步。清管的目的也由單純的管道放凈向著管道檢測(cè)、管道維護(hù)等功能轉(zhuǎn)變。如今清管閥技術(shù)已經(jīng)向著更加安全、更加可靠、更加多功能的方向發(fā)展，相信它的發(fā)展勢(shì)必會(huì)給我國(guó)原油輸送行業(yè)帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。

［1］張清雙.清管閥在石油和天然氣運(yùn)輸管線上的應(yīng)用[J].閥門，2008，1.

［2］周子棟，徐娜，王榮敏，白劍峰.清管閥在姬-白輸油管道上的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2009.6.

［3］于濤.油品混合輸送在西部原油管道的應(yīng)用[J]，油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013,02.

［4］王浩.清管技術(shù)在長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012,09.

［5］李勇.RZD-RMBX型閥在長(zhǎng)輸油管道上的應(yīng)用，壓力管道技術(shù)研究進(jìn)展精選集——第四屆全國(guó)管道技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議[C].2010.

10.3969/j.issn.1008-1267.2015.03.003

TE974+.3

A

1008-1267（2015）03-0008-03

2015-02-09

焦新亮（1981～），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)榛ぜ笆O(shè)計(jì)。