中緬天然氣管道大落差管段清管過程仿真研究

賈彥杰，許　娟，周　彬，陳崎奇，陳　鵬，鄭　強(qiáng)，付海龍中國(guó)石油集團(tuán)西南管道有限公司，四川成都 610000

中緬天然氣管道大落差管段清管過程仿真研究

賈彥杰，許娟，周彬，陳崎奇，陳鵬，鄭強(qiáng)，付海龍
中國(guó)石油集團(tuán)西南管道有限公司，四川成都 610000

為掌握中緬天然氣管道大落差管段清管器的運(yùn)行規(guī)律，以龍陵輸氣站至彌渡輸氣站間總長(zhǎng)度為250 km、最大相對(duì)高差為1 654 m的管段為研究對(duì)象，采用SPTOLGA軟件建立了管道的清管過程仿真模型。分析了不同輸量下清管器的運(yùn)行速度。結(jié)果表明，清管器最大速度與平均速度之間的最大相對(duì)偏差可達(dá)36.84%；當(dāng)管道輸量超過3 000萬m3/d時(shí)，清管器的平均速度會(huì)超過5 m/s，超過了標(biāo)準(zhǔn)中推薦的最大清管速度。

天然氣管道；大落差；清管；仿真

中緬天然氣管道是我國(guó)西南部的戰(zhàn)略能源通道，設(shè)計(jì)承壓能力為10 MPa、輸量為120億m3/a。管道起自緬甸西海岸馬德島，從云南省進(jìn)入中國(guó)境內(nèi)。在云南省境內(nèi)途經(jīng)瑞麗市、保山市、大理市、楚雄市、昆明市等地，沿線高黎貢山等山脈連綿起伏，管道依地勢(shì)而建，形成了很多大落差，在部分地區(qū)，相對(duì)高差甚至超過了1 000 m。

清管是天然氣管道在日常運(yùn)行管理中提高天然氣管道輸送效率的重要措施。清管過程中，清管器的運(yùn)行速度是影響清管效果的關(guān)鍵因素［1-2］。我國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［3］規(guī)定，天然氣管道中清管器的運(yùn)行速度一般宜控制為3～5 m/s。然而，在大落差地區(qū)，受地形起伏影響，清管器的運(yùn)行速度會(huì)不斷地發(fā)生變化。因此，準(zhǔn)確地掌握清管器的運(yùn)行速度及其變化規(guī)律是進(jìn)行天然氣管道安全清管的基礎(chǔ)和前提。

為此，以中緬天然氣管道龍陵輸氣站至彌渡輸氣站間的大落差管段為研究對(duì)象，采用SPT OLGA軟件建立管道清管過程仿真模型，分析不同輸量下清管器運(yùn)行速度的變化規(guī)律，為制訂合理的清管技術(shù)方案提供依據(jù)。

1　大落差管道清管仿真模型

中緬天然氣管道龍陵站至彌渡站間的管道總長(zhǎng)為250km，管材采用X80鋼，管道規(guī)格為D1016 mm× 17.5mm。管道沿線高程如圖1所示，從圖1可以看出，在28.1～42.3km處，管道的相對(duì)高差達(dá)到了1 654 m。

圖1　大落差管段沿線高程

采用SPT OLGA 7.1軟件建立該管段的仿真模型。根據(jù)管道在冬季的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，設(shè)定管道的入口邊界條件為流量溫度邊界，入口溫度為21℃，流量為1 333萬m3/d；出口邊界條件為壓力邊界，壓力值為6.5 MPa；管壁粗糙度為0.016 mm，沿線地溫為17℃，管道總傳熱系數(shù)為1.2 W/（m2·K）。

模擬得到管道沿線壓力、溫度曲線如圖2、圖3所示。由圖2、3可知，模擬計(jì)算得到的管道入口壓力為6.93 MPa，出口溫度16.9℃。實(shí)測(cè)的管道入口壓力為6.92 MPa，溫度為17.30℃。這表明建立的仿真模型具有較高的精度。

圖2　　管道沿線的壓力分布

圖3　　管道沿線的溫度分布

在此基礎(chǔ)上，通過在SPT OLGA軟件中加入FA-Models Pig模塊，進(jìn)一步建立了清管過程仿真模型。采用橡膠清管球進(jìn)行清管，清管器的過盈量取3%，即清管球外徑為1 010 mm，清管器質(zhì)量為1 000 kg。根據(jù)文獻(xiàn)［4］，清管球和管壁間的阻尼系數(shù)為9 500 Ns/m；泄漏因數(shù)取值為0，表明清管球和管壁之間密封良好，沒有氣體泄漏。

2　大落差管道清管器運(yùn)行速度變化規(guī)律分析

對(duì)于大落差管段，在管道終點(diǎn)出口壓力一定的情況下，影響清管器運(yùn)行速度的主要因素為管道輸量。中緬天然氣管道的輸量為1 000萬～3 500萬m3/d。為此，本研究采用所建立的模型分別分析了輸量為1 000萬、1 500萬、2 000萬、2500萬、3 000萬、3500萬m3/d共六種工況下清管器的運(yùn)行速度。

當(dāng)輸量為1 000萬m3/d時(shí)，整個(gè)清管過程中，清管器的運(yùn)行速度變化如圖4所示。

圖4　　清管器運(yùn)行速度的變化

由圖4可知，清管器從1 h時(shí)進(jìn)入管道至34.5 h時(shí)移出管道，整個(gè)清管過程持續(xù)了33.5 h。清管過程中，清管器的運(yùn)行速度在2.1 m/s左右波動(dòng)，清管器運(yùn)行最小速度為1.58 m/s，最大速度為2.53 m/s；特別是經(jīng)歷大落差管段時(shí)，清管器運(yùn)行速度的波動(dòng)尤為明顯。

在不同輸量下，清管器的平均速度、最大速度和最小速度如表1所示。

表1　　不同輸量下的清管器運(yùn)行速度

從表1可以看出，在以上工況中，地形起伏對(duì)清管器運(yùn)行速度均有較大的影響；清管器最大速度與平均速度之間的最大相對(duì)偏差可達(dá)36.84%。當(dāng)管道輸量超過3 000萬m3/d時(shí)，清管器的平均速度會(huì)超過5 m/s，最大速度可達(dá)到6.76 m/s，超過了標(biāo)準(zhǔn)中推薦的最大清管速度。在此情況下清管時(shí)，可考慮適當(dāng)降低清管器的過盈量，以達(dá)到增大清管器的泄漏因數(shù)，降低清管器速度的目的。

3　結(jié)束語

本文以中緬天然氣管道龍陵站—彌渡站間總長(zhǎng)為250 km、最大相對(duì)高差達(dá)1 654 m的大落差管段為研究對(duì)象，采用SPT OLGA軟件建立了清管過程仿真模型。根據(jù)管道的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和設(shè)計(jì)工況，分析了不同輸量下清管器運(yùn)行速度。結(jié)果表明，在中緬天然氣管道的大落差管段中，清管器最大速度與平均速度之間的最大相對(duì)偏差可達(dá)36.84%。當(dāng)管道輸量超過3 000萬m3/d時(shí)，清管器平均速度會(huì)超過5 m/s，超過了標(biāo)準(zhǔn)中推薦的最大清管速度。在此情況下清管時(shí)，可考慮適當(dāng)降低清管器的過盈量，以達(dá)到增大清管器的泄漏因數(shù)，降低清管器速度的目的。

［1］朱喜平.天然氣長(zhǎng)輸管道清管技術(shù)［J］.石油工程建設(shè)，2005，31（3）：12-16.

［2］麻建軍，謝焜，許明飛，等.清管工藝在天然氣管道工程中的應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2013，32（12）：92-93.

［3］SY/T6383-1999，長(zhǎng)輸天然氣管道清管作業(yè)規(guī)程［S］.

［4］李國(guó)華，蒲家寧，楊玉利.柔軸組合式清管器的結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計(jì)［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，1995，14（4）：37-40.

Pigging Simulation for Pipeline Sections with Large Elevation Difference in China-Myanmar NaturalGas Pipeline

JIAYanjie，XU Juan，ZHOU Bin，CHEN Qiqi，CHEN Peng，ZHENG Qiang，F(xiàn)U Hailong
CNPC Southwest Pipeline Co.，Ltd.，Chengdu 610500，China

In order to predict the pig moving in the pipeline sections with large elevation difference in China-Myanmar Natural Gas Pipeline，the SPT OLGA software package is utilized to build the pipeline pigging simulation model.The target pipeline section is located from Longling station to Midu station.Its totallength is 250 km，and the largest relative elevation difference is 1 654 m.Then，the model is applied to analyze the variation of pig velocity with different gas transmission amounts.The results show that the maximum relative difference between the average pig velocity and the maximum pig velocity can even reach 36.84%.Especially，if the transmission amount beyond 3 000×104m3/d，the average pig velocity willbe beyond 5 m/s that exceeds the maximum pigging velocity recommended by the standard.

naturalgas pipeline；large elevation difference；pigging；simulation

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.006

賈彥杰（1983-），男，河北石家莊人，工程師，2012年畢業(yè)于西南石油大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，博士，現(xiàn)主要從事天然氣管道運(yùn)行和管理方面的工作。Email：jiayj007@foxmail.com

2015-07-07；

2015-11-08