天然氣管線清管收球作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對

唐 勇，鄭海波

（斯倫貝謝長和油田工程有限公司，陜西延安 716000）

天然氣作為清潔能源，需求量與日俱增，目前國內(nèi)高產(chǎn)量天然氣單井普遍較少，大部分天然氣開發(fā)都是通過多個(gè)單一井場將天然氣從井下引出，使用管道匯集至區(qū)域天然氣集氣站，天然氣集氣站通過干網(wǎng)輸送至天然氣凈化廠經(jīng)重力分離增壓后，進(jìn)行天然氣脫水、脫碳、脫硫等相關(guān)凈化處理。由于天然氣進(jìn)入凈化廠前均為原料氣，并未進(jìn)行相關(guān)凈化處理，在長距離的輸送過程中，由于原料氣本身含有少量固體雜質(zhì)和水分，加之管道多經(jīng)地形起伏山區(qū)，以及氣溫、工藝條件等原因，管線內(nèi)部積水、泥沙、固體顆粒物、輕質(zhì)油、甲烷水合物等物質(zhì)會造成天然氣管道輸氣阻力增大影響傳輸效率、管道腐蝕等危害，因此需要根據(jù)天然氣管道的實(shí)際運(yùn)行情況不定期進(jìn)行清管作業(yè)。陳福林等總結(jié)了在管線清管作業(yè)過程中，管道積水靜壓阻力、地形起伏誘發(fā)段塞流和強(qiáng)烈段塞流對清管作業(yè)的影響，如圖1所示。

圖1 地形起伏誘發(fā)段塞流形成機(jī)理

氣液在下坡段呈分層流型，下坡段的液體到達(dá)管道底部，上坡段的部分液體倒流，使管道底部聚集液體，氣體流速增大，帶液能力增強(qiáng)，上坡段含液率大幅增加，在上坡段形成段塞流。管內(nèi)流體呈段塞流時(shí)，管道壓力和管道出口氣液瞬時(shí)流量波動(dòng)較大，并伴隨強(qiáng)烈振動(dòng)。為保證清管收球作業(yè)的安全開展，提前對清管收球作業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，對相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)做出應(yīng)對措施。

1 清管收球作業(yè)流程

正常的清管收球作業(yè)流程為：上游發(fā)球后，下游將工藝切換至收球流程，首先打開閥門①、②進(jìn)行收球筒前后均壓，均壓完成后稍開閥門③、④，聽到氣流聲后關(guān)閉排污閥，確保排污管線暢通；打開閥門⑤、⑦，緩慢關(guān)閉閥門⑥，切換至正常收球流程。劉健等對此收球工藝進(jìn)行了優(yōu)化，采用間接收球的方法當(dāng)清管器快要進(jìn)站時(shí)，稍開閥門⑥，以控制清管器速度和減緩沖擊，在實(shí)踐中起到了較好的效果。當(dāng)確認(rèn)清管器進(jìn)入收球筒后，打開閥門⑥，關(guān)閉閥門⑤、⑦，打開閥門⑧進(jìn)行收球筒泄壓，具體工藝流程如圖2所示。

圖2 收球裝置工藝流程圖

2 清管作業(yè)主要風(fēng)險(xiǎn)及原因分析

2.1 清管器不能進(jìn)入收球筒

進(jìn)入收球筒的主管線閥門沒有完全打開；清管器經(jīng)過收球端的三通，球閥沒有關(guān)閉，造成清管器運(yùn)行姿態(tài)發(fā)生改變，卡堵在三通位置等。

2.2 清管器停球或卡堵

主要原因有推力不足、磨損過大、管道變形、清管器竄氣、異物卡堵等。

2.3 收球作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)

可能因閥門故障失靈造成天然氣泄漏；收球筒未泄壓、置換完成，快開盲板打開造成人身傷害等風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 收球筒排污管線堵塞

在清管過程中管線中大量固體雜質(zhì)和污水在即將到達(dá)收球筒時(shí)，可能會因水量大雜質(zhì)多，造成排污不及時(shí)，進(jìn)而堵塞排污管線。

3 清管作業(yè)主要風(fēng)險(xiǎn)的控制措施

3.1 收球前檢查確認(rèn)收球筒前的球閥是否處于完全開啟狀態(tài)，收球端三通閥處于關(guān)閉狀態(tài)，檢查收球筒上的閥門是否完全開啟

3.2 清管器停球或卡堵主要控制措施

（1）“增加管輸壓差”：通過增大上游壓力，降低下游壓力的方式實(shí)現(xiàn)。在這一操作過程中，應(yīng)保證卡堵點(diǎn)上游裝置及管道壓力不能超過最高允許工作壓力。

（2）再發(fā)送一個(gè)清管器將其頂出，如清管器卡死，由于管內(nèi)氣流中斷或氣流極小，一般不建議繼續(xù)發(fā)送第二只清管器進(jìn)行解卡。

（3）如果變形量在可通過范圍內(nèi)，提高上下游壓力差，嘗試通過停球點(diǎn)；或調(diào)整流程，“反向反推”；或降低上游壓力，反向作用于清管器，將清管器從上游取出。

（4）增大球后進(jìn)氣量、降低球前天然氣壓力，增大壓差重新使清管器啟動(dòng)；清管器停止運(yùn)行20h，整個(gè)生產(chǎn)管線未出現(xiàn)憋壓情況，再發(fā)送一個(gè)過盈量稍大的泡沫清管器，將上一個(gè)清管器頂出。

（5）如變形量在可通過范圍內(nèi)，提高上下游壓力差，嘗試通過卡堵點(diǎn)；或調(diào)整流程，反向輸送天然氣，推動(dòng)清管器返回發(fā)球筒；或斷管、取球。

3.3 收球作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)主要控制措施

（1）收球裝置閥門要進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題閥門及時(shí)更換，切勿帶病上崗。

（2）收球前對收球裝置提前進(jìn)行檢查，操作人員嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，對閥門及盲板密封面進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

（3）清管器到達(dá)收球筒后，導(dǎo)通天然氣主流程，關(guān)閉收球流程，打開收球筒放空閥進(jìn)行泄壓。當(dāng)收球筒內(nèi)壓力泄至0時(shí)，接入氮?dú)夤芫€對清管器進(jìn)行氮?dú)庵脫Q；置換合格后，操作人員穿戴好個(gè)人勞保用品，釋放個(gè)人靜電，使用防爆工具進(jìn)行操作。

3.4 排污管線堵塞風(fēng)險(xiǎn)的措施

（1）提前檢查排污管線是否通暢，如有堵塞現(xiàn)象，收球前疏通排污管線，保證收球過程中排污系統(tǒng)通暢。

（2）提前降低集氣分離器、污水罐等容器液位，防止來液量大造成污水罐液位過高，甚至液相進(jìn)入放空管線。

（3）提前準(zhǔn)備臨時(shí)排污管線、排污裝置或者污水罐車。在收球筒入口管線前設(shè)置監(jiān)聽站，當(dāng)監(jiān)聽到管線內(nèi)有水聲通過時(shí)，及時(shí)打開排污管線進(jìn)行排污，如發(fā)現(xiàn)污水排污系統(tǒng)堵塞，立即將排污流程導(dǎo)入臨時(shí)排污管線，以便及時(shí)收集及處理污染物，防止大量污染物流入下游天然氣凈化裝置，造成凈化裝置溶液污染，甚至造成產(chǎn)品天然氣不合格。

4 清管過程中壓縮機(jī)組的控制

4.1 流程簡述

上游來原料氣（3.4MPag）經(jīng)集氣分離器進(jìn)行氣液分離，原料氣進(jìn)行壓縮機(jī)入口聚結(jié)過濾器進(jìn)行精過濾（過濾精度10μm）后，進(jìn)入壓縮機(jī)組進(jìn)行增壓（5.2MPag），增壓后的原料氣經(jīng)壓縮機(jī)后過濾器將凝析液過濾，原料氣進(jìn)入下游天然氣凈化裝置，集氣增壓裝置工藝流程如圖3所示。

圖3 集氣增壓裝置工藝流程圖

4.2 正常生產(chǎn)時(shí)清管作業(yè)對壓縮機(jī)組的影響

當(dāng)原料氣大量帶液進(jìn)入集氣分離器，分離器液位升高，在集氣分離器氣相出口垂直管線易形成霧狀流，氣相是連續(xù)相，液體是分散相，液體沿著管壁成為一個(gè)流動(dòng)的液環(huán)，這時(shí)管壁上有一層液膜，通常總有一些液體被夾帶，以小液滴形式分布在氣相；氣體以很高的速度攜帶液滴進(jìn)入壓縮機(jī)入口，對壓縮機(jī)入口過濾器造成沖擊，嚴(yán)重時(shí)液滴會跟隨氣相進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸，帶液量較大時(shí)，會造成活塞桿斷裂。

4.3 清管過程中壓縮機(jī)組的調(diào)控

當(dāng)大量液體在清管器的推動(dòng)下順著管線向下游流動(dòng)時(shí)，清管器即將到達(dá)收球筒前，會伴隨著管線振動(dòng)、異常聲音等現(xiàn)象，需要及時(shí)打開收球筒排液閥進(jìn)行排液，加強(qiáng)對壓縮機(jī)入口過濾器的排液和壓差變化、壓縮機(jī)振動(dòng)值、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控；當(dāng)判斷清管器達(dá)到前約15min，運(yùn)行的壓縮機(jī)組開始減負(fù)荷，并觀察來氣壓力的升高趨勢，防止上游壓力過高造成安全閥起跳。此舉既可以通過減小清管器前后壓差來控制球速和降低氣體流速，也可以延長管線內(nèi)積水的流動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而為充分排液和防止壓縮機(jī)帶液贏得了工藝操作的時(shí)間和空間；當(dāng)確定清管器已順利進(jìn)入收球筒后，將流程切換為正常流程，并迅速進(jìn)行壓縮機(jī)加負(fù)荷，使生產(chǎn)快速恢復(fù)正常。清管作業(yè)過程中壓縮機(jī)的上述調(diào)控方式，通過2020年的兩次清管作業(yè)驗(yàn)證了其良好的實(shí)際效果，將清管收球作業(yè)對生產(chǎn)的影響降低到可控范圍。

5 結(jié)束語

清管作業(yè)過程中本身具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，需要提前制定好完備的清管方案，提前檢查閥門的開關(guān)靈活性和密封性，氣液分離器的排污是否暢通以及液位指示是否準(zhǔn)確。在關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置監(jiān)聽點(diǎn)來監(jiān)控清管器的運(yùn)行狀態(tài)和掌握管道的內(nèi)部情況，對所有參與清管作業(yè)的人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)和明確分工，并且需要制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案來防范清管作業(yè)過程中的突發(fā)情況，將各種風(fēng)險(xiǎn)對清管作業(yè)造成的影響降到最低。而且含硫天然氣管道清管收球時(shí)，要嚴(yán)防硫化亞鐵遇空氣自燃，打開球筒前應(yīng)使用氮?dú)膺M(jìn)行置換，在氮?dú)馕⒄龎罕Ｗo(hù)下打開收球筒快開盲板，然后用水將收球筒內(nèi)部和硫化亞鐵固體雜質(zhì)潤濕，將硫化亞鐵自燃風(fēng)險(xiǎn)降到最低。