淺談成品油管道清管作業(yè)工藝中的潛在問(wèn)題和對(duì)策分析

摘?要：為保障成品油長(zhǎng)輸管道的平穩(wěn)、安全運(yùn)行，成品油管道應(yīng)開展周期性清管工作，清除成品油管道內(nèi)的泥沙、鐵屑、管道存水等雜質(zhì)，以達(dá)到防止油品質(zhì)量受到影響、提高管輸效率、保障安全運(yùn)行的作用。在成品油管道清管的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)清管器發(fā)送失敗、清管器在管道中卡阻或滯留等問(wèn)題，存在潛在的清管污油大面積增加或管道局部停車的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要針對(duì)清管工藝過(guò)程中潛在的問(wèn)題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決方案。本文將系統(tǒng)地介紹成品油管道清管作業(yè)的基本工藝流程，并分析清管過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。針對(duì)潛在的問(wèn)題，提出相應(yīng)解決方案，為未來(lái)我國(guó)成品油輸送業(yè)務(wù)中的清管工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：成品油管道;清管作業(yè);清管存在的問(wèn)題

1 緒論

成品油管道作為輸送成品油的通道，其管道鋼材的抗腐蝕性、管道內(nèi)流體的流通性是成品油安全運(yùn)輸?shù)闹匾Ｕ稀Ｔ诔善酚偷倪\(yùn)輸過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各類閥門的開關(guān)控制，可以調(diào)節(jié)整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中的壓力以控制成品油的流動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)度成品油輸送的目的。在此過(guò)程中，由于成品油管道運(yùn)行過(guò)程中整個(gè)管道輸送過(guò)程壓力、流量的不斷變化，同時(shí)管道長(zhǎng)期的運(yùn)行，也存在不同油品的成品油順序輸送等混輸現(xiàn)象的存在，因此會(huì)導(dǎo)致潛在的腐蝕、堵塞或管道存水等現(xiàn)象。為保證管道清潔干凈、檢查管道完好性情況，成品油管道一般均需要進(jìn)行周期性的清管作業(yè)。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者針對(duì)油氣輸送管道的清管技術(shù)展開了研究，如董爽[1]認(rèn)為，通過(guò)使用清管器，對(duì)成品油管道進(jìn)行清管通球操作，可以有效解決油氣管道的腐蝕、堵塞等問(wèn)題。趙寧等[2]介紹了清管器的基本工作原理，清管器主要是在動(dòng)力的作用下沿管道內(nèi)壁順管輸方向移動(dòng)，通過(guò)刮、刷、頂推作用，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)污物雜質(zhì)的清理效果。宋殷俊等[3]針對(duì)天然氣輸送管道清管作業(yè)中存在的常見(jiàn)故障展開研究，認(rèn)為在清管器運(yùn)行和故障處置過(guò)程中，應(yīng)合理控制壓差，防止因清管器突然啟動(dòng)或運(yùn)行速度過(guò)快導(dǎo)致的潛在風(fēng)險(xiǎn)。鄒航宇[4]認(rèn)為清管作業(yè)應(yīng)制定標(biāo)準(zhǔn)化的清管作業(yè)方案和操作卡，以應(yīng)對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)。蔡亮等[5]以俄羅斯清管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為研究對(duì)象，通過(guò)借鑒俄羅斯的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和做法，為我國(guó)清管技術(shù)的發(fā)展提供了建議。綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)對(duì)油氣行業(yè)清管作業(yè)的工藝和潛在問(wèn)題已經(jīng)有了一定的積累，但針對(duì)成品油管道清管工藝和潛在的問(wèn)題尚無(wú)系統(tǒng)性的論述，也缺乏完整的應(yīng)對(duì)方案措施。本文將從清管器選擇、操作流程等方面介紹成品油管道清管工作的具體內(nèi)容，分析清管工作中潛在的問(wèn)題，并有針對(duì)性地提出解決方案，為成品油管道輸送過(guò)中清管工作提供借鑒。

2 清管器選擇及清管工藝流程

成品油管道清管一般采用泡沫清管器、機(jī)械清管器等清管設(shè)備。其基本工作原理是：當(dāng)管道中充滿油品后，通過(guò)管道的壓差推動(dòng)清管器在管道中運(yùn)行，通過(guò)清管器上的清理設(shè)備，對(duì)管道內(nèi)部附著的或游離的雜質(zhì)進(jìn)行擊碎和清理，以達(dá)到清潔管壁的作用。成品油管道清管一般在柴油介質(zhì)中進(jìn)行清管，可以有效地降低清管的安全風(fēng)險(xiǎn)[6]。

泡沫清管器，又稱聚氨酯清管器，是目前廣泛應(yīng)用的清管器類型，具有質(zhì)地較輕、硬度較低、通過(guò)能力較強(qiáng)、易磨損的特點(diǎn)，常用于成品油管道日常清管及管道投產(chǎn)前期使用。軟體清管器與管壁接觸面積較大，能夠有效地清除管壁上的水等成分。

機(jī)械清管器主要材質(zhì)為鋼質(zhì)骨架安裝橡膠皮碗，并根據(jù)清管需求不同安裝不同配件，如皮碗、直板、測(cè)徑板、鋼刷、磁體等。組成的皮碗清管器可用于清掃管道中的雜質(zhì);直板清管器密封性較好，常用于管道投產(chǎn)使用，用于隔絕油水或其他介質(zhì);帶測(cè)徑板清管器常用于管道內(nèi)檢測(cè)前的清管工作，鋁制測(cè)徑板用于確認(rèn)管道變形情況;磁性清管器可利用磁體的磁性，吸附管道內(nèi)壁的鐵屑等金屬雜質(zhì)。根據(jù)目標(biāo)管道的實(shí)際情況，選取不同類型的清管器，可實(shí)現(xiàn)不同方式的管道清潔。

除清管器外，清管工藝還需要清管發(fā)送裝置、接收裝置等設(shè)備，整個(gè)清管工藝可以分為清管器發(fā)送和接收兩部分。

清管器發(fā)送步驟主要包括：

（1）發(fā)球筒排油，確認(rèn)壓力儀表盤歸零后，將清管器推入發(fā)球筒;

（2）通過(guò)發(fā)球筒旁路閥門，引入柴油，然后打開排氣閥進(jìn)行發(fā)球筒排氣，直至壓力平衡、柴油充滿管道，關(guān)閉旁路閥門;

（3）記錄上述工作完成時(shí)間，并記錄清管器發(fā)送時(shí)間，同時(shí)通知下游接收點(diǎn);

（4）時(shí)刻關(guān)注管內(nèi)壓力變化，有異常及時(shí)停止，確保安全。

清管器接收步驟主要包括：

（1）確認(rèn)清管器已經(jīng)到達(dá)下游站場(chǎng)收球筒后，關(guān)閉收球流程;

（2）打開收球筒排污閥進(jìn)行排油泄壓，待壓力歸零后，打開收球筒;

（3）清除收球筒內(nèi)雜質(zhì)，并取出清管器，關(guān)閉收球筒;

（4）判斷管道的清潔程度，確定是否繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)清管工作。

3 清管過(guò)程中的潛在問(wèn)題及解決方案

根據(jù)在實(shí)際工程運(yùn)行過(guò)程中的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，清管過(guò)程普遍存在清管器破損、清管器發(fā)射失敗、清管器卡阻或滯留、清管器接收失敗等問(wèn)題。其中，清管器卡阻或滯留問(wèn)題又可細(xì)分為多種情況下的具體問(wèn)題，包括清管器過(guò)盈量過(guò)大、外管道變形、清管器過(guò)彎卡阻等問(wèn)題。

3.1 清管器破損

清管器的選擇應(yīng)參照管道承壓等級(jí)能力，根據(jù)實(shí)際壓力設(shè)備的承壓等級(jí)選取合適的清管器。當(dāng)清管器在管道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，假如清管器無(wú)法承受管道運(yùn)行壓力，清管器將發(fā)生破裂。與此同時(shí)，在清管器通過(guò)截?cái)嚅y室時(shí)，由于閥門沒(méi)有保持全開或部分管道發(fā)生較大變形，容易造成清管器受到擠壓而導(dǎo)致破損。

針對(duì)上述問(wèn)題，一般性的解決方案為：應(yīng)在設(shè)計(jì)階段按照標(biāo)準(zhǔn)制作清管器;清管器的強(qiáng)度應(yīng)不低于管道設(shè)計(jì)壓力;清管器通過(guò)能力應(yīng)不低于1.5倍管道內(nèi)徑;清管前對(duì)清管器需通過(guò)的閥門進(jìn)行確認(rèn)，確保閥門處于全開狀態(tài)。

在清管器的選擇過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注一個(gè)關(guān)鍵概念——過(guò)盈量。過(guò)盈量是指基本尺寸相同的相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系，即過(guò)盈量的大小將決定清管器與管道結(jié)合的松緊程度。在選用清管器時(shí)，過(guò)盈量不宜過(guò)大或過(guò)小。過(guò)盈量越大，清管器與管壁之間的阻力過(guò)大，當(dāng)摩擦阻力過(guò)大于驅(qū)動(dòng)力時(shí)，可能造成清管器卡阻在管道內(nèi)部。過(guò)盈量過(guò)小，造成清管器與管道內(nèi)壁的密封性較差，造成無(wú)法有效清除管壁雜質(zhì)的情況。對(duì)于成品油管道，一般采用3%-8%過(guò)盈量的清管器，對(duì)于日常成品油管道清管，采用3%-5%過(guò)盈量的清管器;對(duì)于新投產(chǎn)管道或管道投產(chǎn)期間等雜質(zhì)量、污油量較大的管道，選用5%-7%的清管器，達(dá)到更好的清潔效果。因此，在清管作業(yè)實(shí)施前，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選取合適的清管器過(guò)盈量。

3.2 清管器發(fā)射失敗

清管器發(fā)射失敗問(wèn)題的主要原因一般是人為操作原因?qū)е?。例如在清管流程中的?dǎo)通發(fā)球流程或引油排氣階段，由于清管流程閥門未開關(guān)到位，管內(nèi)壓力未泄完，導(dǎo)致管道并未完全導(dǎo)通，清管器無(wú)法通過(guò)閥門進(jìn)入管道中?；蚴前l(fā)球操作過(guò)程中，清管器啟動(dòng)壓力過(guò)小或啟動(dòng)流速過(guò)低，造成清管器缺少動(dòng)力運(yùn)行，無(wú)法克服與管道之間的阻力。

解決方案：清管前對(duì)清管相應(yīng)流程及設(shè)備進(jìn)行測(cè)試及調(diào)試，確認(rèn)清管流程相關(guān)設(shè)備具備通球的條件;加強(qiáng)操作實(shí)施管理標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，嚴(yán)格制定操作流程。

3.3 清管器卡阻或滯留

當(dāng)清管器到達(dá)閥室及下游站場(chǎng)時(shí)間晚于計(jì)算時(shí)間或者長(zhǎng)時(shí)間未到達(dá)下游站場(chǎng)，清管器可能出現(xiàn)卡阻或者滯留的情況。具體而言，可分為以下幾種原因?qū)е略擃悊?wèn)題的發(fā)生。

3.3.1 清管器過(guò)盈量過(guò)大

為達(dá)到清管器對(duì)管道的清管作用，清管器對(duì)于管道內(nèi)壁存在一定的過(guò)盈量。清管器的過(guò)盈部分將對(duì)管道產(chǎn)生徑向上的壓力，清管器與管壁之間的接觸會(huì)產(chǎn)生管壁上的摩擦力。因此，過(guò)盈量是決定清管器與管壁摩擦力的關(guān)鍵參數(shù)，合理的過(guò)盈量選取是清管工作能否如期進(jìn)行的關(guān)鍵?；诖鞅蟮萚7]的研究，清管器在成品油管道中的運(yùn)行過(guò)程中主要會(huì)受到兩個(gè)方向的受力，即上游站場(chǎng)主輸泵等設(shè)備提供的推動(dòng)力和清管器與管道的摩擦力，以皮碗清管器為例，對(duì)清管器在運(yùn)行中的受力分析可得：

其中：

P—清管所需的下游推動(dòng)力，Pa;

S—管道的截面積，m2;

P0—清管器上游壓力，Pa;

f—清管器與管道內(nèi)壁的摩擦力，N;

μ—摩擦系數(shù);

m—清管器的質(zhì)量，kg;

g—重力加速度，m/s2;

ε—皮碗過(guò)盈量，%;

E—皮碗的彈性模量，N;

A—皮碗與管壁的接觸面積，m2。

由公式（4）可知，當(dāng)皮碗的過(guò)盈量選取過(guò)大時(shí)，對(duì)清管所需的推動(dòng)力要求就越高。由于一般現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的選型都是固定的，推動(dòng)力有上限，不能高于管道的承受的壓力等級(jí)，也導(dǎo)致了過(guò)盈量的選取有一定的限制，當(dāng)超過(guò)限制值時(shí)，可能會(huì)由于推動(dòng)力的不足導(dǎo)致清管器卡阻或滯留。因此，在選取清管器的過(guò)盈量時(shí)，應(yīng)參照公式（4）進(jìn)行計(jì)算。

3.3.2 外管道變形

因管道所處區(qū)域局部的地質(zhì)條件發(fā)生變化，導(dǎo)致管道產(chǎn)生重大變形，清管器無(wú)法通過(guò)該變形點(diǎn)，造成清管器滯留或卡阻。對(duì)于外管道變形情況不明的管道，可以先發(fā)送泡沫清管器或帶測(cè)徑板的泡沫清管器等材質(zhì)變形率較大、通過(guò)能力較強(qiáng)的清管器，根據(jù)實(shí)際清管效果及測(cè)徑板變形情況，可以進(jìn)一步使用皮碗清管器或帶皮碗的清管器;當(dāng)清管出的清管雜質(zhì)量較少、污油量相對(duì)較少時(shí)，可以采用鋼刷或磁力鋼刷清管器。

3.3.3 清管器過(guò)彎失敗

當(dāng)清管器通過(guò)管道的彎頭點(diǎn)或變徑點(diǎn)時(shí)，有可能出現(xiàn)清管器卡阻。該問(wèn)題主要是由于清管器的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)未參考管線中彎頭點(diǎn)的尺寸，因此在選用清管器時(shí)，清管器的長(zhǎng)度選擇應(yīng)滿足可以通過(guò)曲率半徑1.5倍的清管器，避免因長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致清管器卡阻在管線中。

3.4 清管器接收失敗

在清管作業(yè)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生下游站場(chǎng)無(wú)法在預(yù)計(jì)時(shí)間內(nèi)接收到清管器的現(xiàn)象，此時(shí)管道內(nèi)部也未見(jiàn)壓力異常，油品輸送正常，無(wú)法通過(guò)壓力和輸送狀態(tài)來(lái)判斷是否出現(xiàn)卡阻。發(fā)生此類情況時(shí)，可能的原因主要包括：清管器在運(yùn)行過(guò)程中解體，隨下游流程的排油、清洗過(guò)濾器等操作被排出;清管器被擠入管線支線位置，而清管器的停滯并未對(duì)整個(gè)管線運(yùn)行造成影響。

發(fā)生清管器解體的原因也有很多，包括清管中前后壓差過(guò)大、運(yùn)行速度過(guò)快、管道內(nèi)有突出的硬性異物或清管器本身的質(zhì)量存在問(wèn)題等。發(fā)生此類事件時(shí)，應(yīng)及時(shí)制定清管作業(yè)方案，及時(shí)將殘余清管器設(shè)備排出，防止破損的清管器進(jìn)入其他管路造成堵塞，確保管道暢通。

當(dāng)發(fā)生清管器被擠入管線支線位置時(shí)，應(yīng)盡早開展第二次清管，調(diào)整過(guò)盈量，將被卡的清管器排出，同時(shí)，針對(duì)發(fā)生該問(wèn)題的管線，應(yīng)在以后的作業(yè)中管線中的三通處應(yīng)安裝適合的格柵三通，避免清管器吸入進(jìn)站管線或發(fā)生停滯。

4 結(jié)論

本文針對(duì)成品油管道清管作業(yè)的工藝流程進(jìn)行了介紹，分析了清管作業(yè)中可能出現(xiàn)的主要問(wèn)題，并針對(duì)各類問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案。研究發(fā)現(xiàn)，在清管作業(yè)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題包括清管器破損、清管器發(fā)射失敗、清管器卡阻或滯留、清管器接收失敗等問(wèn)題。其中，清管器卡阻或滯留問(wèn)題又可細(xì)分為多種情況下的具體問(wèn)題，包括清管器過(guò)盈量多大、外管道變形、清管器過(guò)彎卡阻等問(wèn)題。解決上述問(wèn)題的整體思路和主要關(guān)注點(diǎn)為：

（1）在清管作業(yè)前，應(yīng)做好清管作業(yè)方案，相關(guān)操作人員應(yīng)按照清管作業(yè)方案進(jìn)行宣貫學(xué)習(xí)并做好安全分析分析工作。

（2）清管作業(yè)前應(yīng)對(duì)根據(jù)管道前期清管情況及外管道檢查情況，并對(duì)管道前期清管情況進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)管道的雜質(zhì)堆積情況、管壁變形情況進(jìn)行初步了解，并根據(jù)分析結(jié)果選擇清管器類型，對(duì)于管線內(nèi)部情況不明的管道，可采用變形率較大的軟體球進(jìn)行清管。

（3）收發(fā)球作業(yè)過(guò)程中應(yīng)確認(rèn)收發(fā)球流程及閥門暢通，避免清管器發(fā)送失敗或造成擠壓破裂。

（4）清管作業(yè)過(guò)程中應(yīng)保持管道壓力監(jiān)控，若出現(xiàn)清管器卡阻或滯留的情況，應(yīng)及時(shí)定位清管器所在位置，利用提高管道壓力、追加發(fā)送清管器等方式，將清管器推出，若采取以上方式無(wú)效，應(yīng)利用管道封堵等方式，將清管器取出。

（5）尤其注重清管作業(yè)流速設(shè)計(jì)，流速過(guò)快使清管器與成品油管道管壁磨損過(guò)大，破壞管道內(nèi)壁，同時(shí)還有可能造成對(duì)站場(chǎng)設(shè)備的沖擊，產(chǎn)生靜電或?qū)υO(shè)備損傷較大。

（6）成品油管道清管是存在一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的，為降低成品油管道清管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)清管器結(jié)構(gòu)、管道基本參數(shù)、管道輸送壓力、流量等進(jìn)行全面了解，根據(jù)對(duì)管道分析內(nèi)容，制定詳細(xì)的清管計(jì)劃，做出應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容，對(duì)可能發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)想和推演。

（7）隨著成品油管道輸送自動(dòng)化程度越來(lái)越高，在制定操作程序時(shí)，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)關(guān)聯(lián)設(shè)備的聯(lián)鎖或自控動(dòng)作，避免因其他設(shè)備的聯(lián)鎖或自控動(dòng)作導(dǎo)致意外發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：肖茗月（1993—?），女，漢族，遼寧盤錦人，碩士，助理工程師，研究方向：成品油工藝技術(shù)管理。