淺談在役燃氣管道內檢測前的清管實施

深圳市燃氣集團股份有限公司 馬文婷

淺談在役燃氣管道內檢測前的清管實施

深圳市燃氣集團股份有限公司 馬文婷

為確保在役燃氣管道內檢測數據的精確度，在內檢測前需對管道進行清管作業(yè)。文章闡述了適用于燃氣管道內檢測前清管作業(yè)的清管器類型及其實施順序，分析了通球管道的條件、通球前的準備和通球操作中的技術要點，介紹了在役燃氣管道中清管的效果，并結合實踐經驗研究了清管過程中卡堵的處置方式。

在役燃氣管道 清管 清管器 卡堵

為掌握在役燃氣管道的缺陷狀況，獲取管道本體可靠、準確的基礎特征數據，進而制定維修計劃，保證在役燃氣管道的安全穩(wěn)定運行，《鋼質管道內檢測技術規(guī)范》(GB/T 27699—2011)規(guī)定管道內檢測周期不應超過8年，新建管道應當在投產3年內進行首次管道內檢測，確保智能清管器在管道內的通過能力及檢測精度，需在內檢測前對燃氣管道實施專門的清管作業(yè)，清除管內的泥沙、銹渣、硫化亞鐵粉末、泡沫以及施工遺留的其他雜質，而燃氣管道運行壓力低、管線分輸支線多，清管作業(yè)難度大，為確保燃氣管道清管作業(yè)期間的安全穩(wěn)定供氣，有必要對內檢測前的清管實施進行研究。

1 內檢測前清管器

在役燃氣管道內檢測前的清管作業(yè)，需達到良好的管道清潔程度，并對管道的通過能力進行驗證，因此應選擇清污效果好，通過能力高的心軸清管器，其結構特點是由剛性骨架主體和其上安裝的各種清管工具組成，如皮碗、測徑鋁板、鋼刷和磁性鋼刷等，其特點是密封性能好，運行距離長，清污效果好。

對于燃氣管道的一般清管，采用皮碗清管器即可；對于清除管內壁凝結的殘留物，釆用鋼刷清管器比較合適，且鋼刷的厚度越大，清管能力越強，有內涂層的管道則應選擇尼龍刷清管器，以避免造成內涂層的破壞；對于清除管道內部存在的鐵銹或其他施工雜物如焊渣悍條等鐵磁性雜質，可選擇帶磁性鋼刷的清管器。清管器均安裝信號發(fā)射機，通過信號接收儀確認清管器離開發(fā)球筒、通過設標點、進入收球筒以及卡球點具體位置。

在內檢測前，為進一步驗證管道的通過能力，常在心軸清管器的中間或者尾部位置安裝一個鋁質測徑板。通球后，可通過測徑板的變形或褶皺程度，判斷管道的缺陷及其變形程度，但不能確定管段變形的具體位置和變形性狀，同時，測徑清管器能有效清除管道內的懸浮污物。

為確保管道清管時安全穩(wěn)定供氣，按照清管器通過能力由強到弱、清管能力由弱到強的原則分批次將管道內雜質清除，以達到內檢測智能檢測器運行的管道潔凈程度。建議采用以下順序進行清管：

(1)先采用皮碗清管器，通過皮碗的磨損情況或破裂程度、清出雜物的情況大致判斷管道有無變形，初步驗證管道的通過能力，通過清出物的情況，判斷管道內的清潔程度。在此清管過程中，應重點監(jiān)控壓力的變化，記錄清管器通過每個監(jiān)聽點的準確時間，通過壓力和清管器運行時間來大致判斷清管器在管道的運行狀態(tài)，是否存在阻滯現象。

(2)采用碟形皮碗清管器+測徑板，進一步清除管道內污物，測徑板進一步檢測管道變形情況，通過測徑板前后的變形情況,判斷管道的變形或者內部有無其他尖銳物。測徑板也可按照直徑(如85%、90%、95%內徑)分多次與鋼刷清管器穿插使用。

(3)采用碟形皮碗+鋼刷或尼龍刷清管器，清除管道內壁上附著的其他清管器不能去除的污物，進一步清除管道內殘余污物。

(4)采用碟形皮碗+磁性鋼刷清管器，清除管道內的鐵銹，施工過程中遺留的細小金屬物體，進一步清除管道內殘余污物，保證管道潔凈程度符合內檢測的要求。

2 管網設施條件

通球管道的管徑必須相同，管道彎頭曲率半徑應滿足相應規(guī)格清管器的通過性能指標，相鄰彎頭間的直管段長度應大于等于500 mm。開孔直徑大于30%管道正常外徑的三通設置擋條，兩相鄰三通中心間距應大于管道外徑的2.5倍。管道閥門為全通徑，且全線閥門開啟靈活，通球期間處于全開狀態(tài)。管道沿線的管道樁、里程樁、測試樁應基本齊全。收、發(fā)球門站安裝了符合規(guī)范要求的收發(fā)球筒，且具備壓力調節(jié)的工藝條件。在通球前組織對沿線調壓站模擬通球工況進行停供測試，通過對其供氣周邊的中壓管網壓力監(jiān)控點的監(jiān)控確定其停供后管網系統(tǒng)的最長供氣時間，為通球過程中該調壓站的提前關閉時間的確定以及發(fā)生卡堵、堵塞狀況下的應急搶修時間提供參考。

3 清管實施

3.1 氣量平衡

清管過程中管內氣體始終保持由發(fā)球門站流向收球門站，管段內的壓力、流量需穩(wěn)定，為保證穩(wěn)定的氣流，檢測器經過分輸支線前后0.5 h的時間區(qū)間內，需進行支線的停供。管段內氣體的流速(即球速)控制在0.5~3 m/s，所需理論推球流量可按照式(1)計算：

式中：Q——推球流量，km3/h；

F——管道的內橫截面積，m2；

v——清管器運行平均速度，km/h；

p——清管器后平均壓力(清管器上游最近的閥室壓力或調壓站進站壓力的SCADA讀數)，MPa。

發(fā)球門站的理論流量除滿足推球流量外，還需滿足清管器上游分輸支線實時變化的調壓站的供氣需求總和，當供氣高峰期門站的流量不能滿足推球及清管器上游調壓站的需求時，在條件具備的情況下可考慮開啟清管器上游的LNG應急氣化站。收球門站向檢測管段的理論供氣流量為檢測器下游各調壓站的供氣需求總和減去理論推球流量。通過對發(fā)球時間和球速的控制，盡量避開在用氣晚高峰收球。

3.2 設標點跟蹤

在實際通球過程中，清管器的運行速度受到管道敷設條件、內壁摩擦力、清管器泄流孔面積等因素影響，其速度難以進行精確的控制，為確定檢測過程中清管球的位置，判斷其運行情況，需對清管器進行跟蹤。跟蹤方法為檢測之前根據管道周邊的環(huán)境、埋深等設立位置固定的設標點(如閥室或標志樁)，在檢測過程中跟蹤記錄檢測球通過每個設標點的時間來確定清管器的位置及運行速度。設標點的跟蹤方式包括人工跟蹤、AMG盒記錄兩種，依據車輛可到達設標點的難易程度確定其跟蹤方式，在人員難以到達的設標點處預埋 AMG盒，記錄清管器或檢測器的經過時間；在人員方便到達的設標點，由人工采用接收儀接收清管器或上發(fā)射機發(fā)出的信號。根據人員情況可設置3~4個跟球小組，采用滾動式跟蹤的模式，當監(jiān)聽到過球信息后當前跟蹤小組即向前移動至最前的設標點進行監(jiān)聽。

3.3 場站操作

站內人員負責在收發(fā)球門站進行收發(fā)清管器的操作，沿線用氣調壓站的人員在清管器通過支線前0.5 h停止調壓站的供氣操作，通過支線后0.5 h恢復調壓站的供氣，并負責用氣調壓站堵塞濾芯的更換及清洗，站內人員按照調度指令調整門站和調壓站的供氣工況。

4 清管效果

某城鎮(zhèn)燃氣次高壓管網系統(tǒng)，由東線和西線組成，其中東線于2006年投產，長68.8 km；西線于2007年開始投產，長76.3 km，東線和西線通過一個門站連接，次高壓管道的設計壓力為1.6 MPa，實際運行壓力為 1.5 MPa，主線管道規(guī)格為D508×7.9，材質為L360(X52)，采用3PE外防腐層，無內涂層。東線沿線共有主線線路截斷閥門13座，分輸支線9條；西線沿線共有主線線路截斷閥門16座，分輸支線11條。

2013年和2014年計劃對東線和西線實施內檢測，在此之前對兩條管線進行內檢測前的清管作業(yè)，按清管器通過能力由強到弱、清管能力由弱到強的原則，按順序分批次采用皮碗清管器、鋼刷清管器、磁力清管器的進行清管。在鋼刷清管器清出雜質較少時，采用90%內徑的測徑清管器，驗證管道的通過能力。

東線和西線分別清出3 156和2 785 kg的雜質，清出的雜質主要以鐵銹和粉塵為主，并有少量的沙粒、泥塊、焊渣和清管泡沫球外皮等，清管效果良好，表1和表2為兩條管線清管的情況。

表1 東線內檢測前清管情況統(tǒng)計

表2 西線內檢測前清管情況統(tǒng)計

兩條管線清出雜質的數量總體呈現先升后降的趨勢，為確保內檢測前管道的清潔程度，須進行多次清管。東線在第4次采用測徑清管器(90%內徑)進行清管時出現了卡堵，建議在實施了少次清管后采用測徑清管器時盡量選擇直徑較小(如 85%內徑)的測徑板，待實施了多次清管使管道的清潔程度提高后，可適當增加測徑板的直徑。

5 卡堵處置

在清管過程中，最易出現的是卡堵，清管過程中發(fā)生卡堵可能會造成管輸能力不足，嚴重時造成供氣中斷，影響下游用戶的正常用氣，并損壞清管器。

判斷是否發(fā)生卡堵，可按清管器的實際運行速度預測清管器應該在某一時間到達某點處，而實際上超過較長時間仍未到達，再結合SCADA對管網運行工況的監(jiān)控，若疑似卡堵點下游管道壓力持續(xù)下降，上游管道壓力持續(xù)上升則可判斷管道發(fā)生卡堵。另外，還可以根據管道內氣流的聲音來判斷是否發(fā)生卡堵，若清管器正常行進，在距離清管球運行最近的管道裸露點(如閥室或站內地上管等)，可聽到其經過管道每一道焊縫時發(fā)出的有規(guī)律的聲音，若無法聽到便可初步判定清管器出現了異常狀況。

5.1 處置原則

在發(fā)生卡堵時，確定了卡堵位置后，可加大清管器前后壓差，或加強推力等，消除或減弱其前進阻力，使清管球繼續(xù)運動至收球筒內。主要包括以下幾種處理方法：

(1)通過提高發(fā)球門站的出站壓力增加清管器上游的壓力，降低收球門站的出站壓力使清管器后的壓力減小，以達到增大清管器前后壓差驅動其運動。

(2)提高發(fā)球門站出站壓力，短時間關閉清管器下游的第一個線路截斷閥，暫時將卡堵管段與下游管段隔離，同時設法降低已關閉線路截斷閥下游管道的壓力或清管球后的壓力：一種方式是在保證下游各用戶用氣需求的情況下，關閉或降低可向已關閉線路截斷閥下游管道供氣的場站，待被關閉線路截斷閥后壓力下降至一定值時再打開該線路截斷閥瞬時引發(fā)清管器動作；另外一種方式是通過放散或加大清管器與已關閉的線路截斷閥間用氣調壓站的流量以降低該段的壓力，利用前后壓差的增大驅動清管器運動；待清管器運動至正常速度后，在到達下游已關閉線路截斷閥之前緩慢平衡閥門兩端壓力，并恢復閥門至全開位置。

(3)發(fā)送泡沫清管器。若以上措施無效，可考慮則從發(fā)球站場發(fā)送泡沫清管器或其它清管器將卡堵清管器推出。

(4)反推。緩慢提高清管器后(收球門站)管道壓力直至與清管器前壓力平衡；然后緩慢降低清管器前(發(fā)球門站)管道壓力，驅動清管器反向運動倒回至發(fā)球點，并在發(fā)球門站按收球工藝流程回收清管器。

(5)斷管取球。如采取以上處置方案無法驅動清管器動作，則應在確定清管器、檢測器卡堵的具體位置后進行斷管取球。如清管器在管道內未完全卡死，可小范圍移動，則應將清管器驅動至較易開挖施工處實施斷管取球。

5.2 處置案例

上述某城市次高壓燃氣管道東線在第4次采用測徑清管器進行清管時，清管器運行了44 km后卡在AE8東側335 m的B1處，管道運行單位嘗試降低清管器下游壓力以驅動清管器運動，關閉了線路截斷閥AE10以使卡球管段與下游管段隔開，通過調壓站T7的用氣使下游管段壓力降至1.2 MPa，但未能驅動清管器。于是決定進行反推，恢復線路截斷閥AE10的全開狀態(tài)，關閉線路截斷閥AE8，通過控制門站2提高線路截斷閥AE10西側壓力至1.5 MPa，控制門站1的壓力以降低清管球東側的壓力至1.2 MPa，形成了0.3 MPa的反向壓差，至第2日早上8：00用氣低峰期，關閉調壓站T6所在支線閥，開啟線路截斷閥AE8進行反推，清管器通過線路截斷閥AE7后將其關閉，待清管球停止于B2處后，關閉其東側線路截斷閥AE6，之后再通過控制門站1、門站2的出站壓力以在清管球兩側建立0.4 MPa的正向壓差，先后開啟線路截斷閥AE7、AE6，繼續(xù)清管作業(yè)。

圖1 次高壓管網清管作業(yè)示意

6 數據管理

在清管作業(yè)前，應將設標點的編號、位置描述(采用閥室或樁編號加偏移量的形式)、坐標、里程、埋深等信息錄入GIS系統(tǒng)或管道完整性管理信息系統(tǒng)中；每次清管作業(yè)時，除記錄日期、清管器的類型數量等信息之外，還需實時記錄清管球經過每個設標點時通過SCADA系統(tǒng)檢測的上下游閥門監(jiān)測的壓力值、上下游門站的流量，以及現場上報的時間、監(jiān)測人等信息，便于清管過程中實時計算清管器運行的速度；清管結束后，記錄其運行時間和清出的雜質重量，這些信息最終由數據管理員錄入完整性管理系統(tǒng)中便于后期查看，并為下一階段的發(fā)送變形檢測器和腐蝕檢測器提供通過依據和工況調整依據。

Discussion on Application of Pigging before Inline Inspection of Live Pipelines

Shenzhen Gas Group CO., Ltd. Ma Wenting

It is necessary to conduct pigging before in-line inspection of live pipelines to ensure high-quality testing data. The paper describes pig types suitable for in-line inspection of live pipelines , analyzing the technical points in pigging process, introducing the results of the pigging in live pipelines, and discuss the treatment methods of pig blockage as well.

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