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2015 年 第 6 期Pipeline Technique and Equipment 2015 No． 6 收稿日期2015-03-06 收修改稿日期2015-06-01 杭甬线东段天然气管道清管作业实践与分析 岳铭亮1,2 1.中国石油大学北京,北京 102200;2.浙江浙能天然气运行有限公司,浙江杭州 310000 摘要杭甬线天然气管道自投产以来尚未进行过清管,随着年输气量逐年增加,从管道运行状况来 看有必要对其进行清管作业,清除管道内长期积存的杂质,检测管道内部通过能力以及自身缺陷。 合 理的输气方案和有效的控制清管器速度的措施保障了此次清管作业顺利实施。 文中详细介绍了杭甬 线东段春晓-余姚天然气管道清管作业的工艺方案及过程,结合自身运行特点和国内外长输管道清 管作业经验,总结清管作业中存在的问题,提出改进措施和建议,为天然气管道安全高效的清管作业提 供参考。 关键词天然气管道;清管作业;安全高效 中图分类号TE8 文献标识码B 文章编号1004-9614201506-0040-03 Pigging Operation Practice and Analysis of East Line of Hang-Yong Natural Gas Pipeline YUE Ming-liang1,2 1.China University of PetroleumBeijing,Beijing 102200,China; 2. Zhejiang Zhenergy Gas Operation Co.,Ltd.,Hangzhou 310000,China Abstract Hang-Yong natural gas pipeline had not yet been pigging since it was put into production. With the natural gas transmission volume increasing year by year, it was necessary to carry on the pigging operation considering the condition of pipe- line. The pigging operation removed the long-term impurities in the pipeline and check the internal capacity and defect of pipe- line. The reasonable gas transmission scheme and the effective measures to control the pigging velocity ensured the smooth imple- mentation of the pigging operation. The pigging scheme and process of east line of Hang-Yong natural gas pipeline Chunxiao- Yuyao was introduced in this paper. Combined with its own characteristics and the experience of long-distance pigging opera- tion, the problems in pigging operation were summarized in this paper and the improvement measures and suggestions were put forward,thus providing references for the safe and efficient pigging operation. Key words natural gas pipeline; pigging operation; safe and efficient 0 引言 清管是天然气管道运行管理中一项重要而极具 风险性的作业,已投运的天然气管道需根据实际运行 状况定期进行清管[1]。 常规清管主要是清扫管线内 存积的水、杂质、硫化铁粉末等[2],提高管道的输送效 率,延长管道使用寿命;智能内检测主要是通过测径 清管和漏磁检测来了解管道变形、内外腐蚀、制造安 装缺陷、机械损伤以及管道金属异常等方面的情况, 分析检测数据,对管道进行完整性、安全性评估。 杭甬线天然气管道起于东海天然气终端处理厂, 终点位于杭州市余杭区的崇贤末站,全长约 243 km, 设计压力 6.3 MPa,管径 813 mm。 自投产以来,承担 着将天然气输往浙北地区的重要任务。 2012 年,有新 气源接入杭甬线,使管道输气工况更加复杂。 为保障 天然气管道输送安全、高效,必须定期对管线进行清 扫和检测。 文中从清管设备、清管工艺方案以及清管 过程分析等几个方面介绍了杭甬线东段天然气管道 清管作业,并对存在的问题提出改进与建议。 1 清管设备 传统清管器从简单到复杂,已发展到 300 多个种 类[3]。 其主要分为三大类清管球、机械清管器、用于 管道检测的清管器。 常用的清管器有皮碗清管球、直 板清管器、测径清管器、漏磁检测清管器等[1]。 本次 作业中,常规清管采用钢刷清管器和磁力清管器,智 第 6 期岳铭亮杭甬线东段天然气管道清管作业实践与分析41 能内检测采用测径清管器和漏磁检测清管器。 2 工艺方案 杭甬线东段管线全长约 98 km,沿线大多为堆积 平原和丘陵,地形相对平坦,起伏较小,途经 2 座分输 站、7 座阀室、1 座清管站。 根据作业方案,计划实施 9 次清管作业,共持续 9 天,作业从春晓站开始逐段进 行,最终到达余姚清管站。 春晓站至余姚清管站全程 参数见表 1 和图 1。 表 1 春晓站至余姚清管站各站里程 序号站点 里程/ km序号站点里程/ km 1春晓站06半江王阀室58.78 2北仑阀室18.337江北 2阀室63.82 3钟家沙阀室26.248江北 1阀室72.8 4龙山阀室34.919官路沿阀室88.64 5镇海站43.7810余姚清管站98.16 图 1 春晓站至余姚清管站示意图 2.1 运行压力 考虑清管器前后压差在 0.10.2 MPa 范围内,兼 顾下游用户用气需要,春晓站-余姚清管站段清管作 业期间,控制春晓站出站压力在 3.84.0 MPa 之间。 2.2 运行速度 根据春晓首站所发清管器不同,制定相应的计划 速度控制表。 其中,钢刷清管器和磁力清管器速度宜 为 2.53.5 m/ s[4],测径清管器和漏磁检测清管器速 度宜为 1.52.0 m/ s。 2.3 输气安排 此次作业需利用东气与 LNG 气进行推球清管,而 东海气田的小时外输量有限,所以需要大量的 LNG 气 作为推球动力。 根据推球速度和推球压力估算每天 需 LNG 约3． 03． 2106m3。 为保障清管期间管网 压力稳定,管网其余段需以进供平衡为原则组织输 气。 2.4 特殊措施 1为避免清管期间沿线气液联动阀异常关闭影 响清管作业和下游用户用气,提前取消了沿线阀室气 液联动阀切断保护功能。 2在支线三通处设置挡板,防止清管器卡堵和 撞击。 3若清管器进入末站前速度较快,可适当开启 干线气液联动阀旁路,减小清管器对收球筒的冲击。 4在满足下游用户基本用气需求的基础上,为 保障清管作业质量,可适当增减对沿线城市用户的小 时供气流量。 5考虑清管作业段可能出现大量的粉尘、淤泥 等污物,作业期间该段管线上不安排电厂机组运行。 6沿途各站、各阀室安排监听人员,及时监听、 汇报清管器运行位置,以便计算清管器的速度。 7预计清管器到达余姚清管站前 5 km 左右时, 关闭余姚清管站供门站出站阀门,利用余姚支线管存 气对下游用户供气,防止杂质进入城市用户管道中。 3 清管过程 3.1 过程概述 2013 年 9 月 1627 日完成了杭甬线东段 9 次清 管作业。 清管作业详细运行参数见表 2。 表 2 清管作业运行参数 日期 月-日 清管器 类型 发球 时间 收球 时间 总计耗时 /h 平均速度 /ms -1 压力范围 /MPa 最大压差 /MPa 9-16钢刷0810184310.552.583.63.90.12 9-17钢刷081018039.882.763.794.090.13 9-21磁力080217509.82.783.724.000.13 9-22磁力074516569.182.973.723.970.25 9-23磁力073716589.352.923.773.970.15 9-24磁力0738174510.122.703.854.150.40 9-25磁力073317019.472.883.934.200.13 9-26测径07202120141.953.804.380.13 9-27漏磁1208 次日 0712 19.071.433.794.290.19 3.2 典型工况分析 3.2.1 发球过程 工作人员在确认清管器已经装入发球筒和终点 余姚清管站切为收球流程后,将工艺流程切至发球流 程,采用“自然憋压”的方式发球。 发球压差主要与清管器的质量、所在发球筒的位 置、推球流量、漏球流量以及皮碗的过盈量等因素相 关,在满足对应清管器需要的最小启动压差后,清管 器在发球筒内经过一段时间“憋压”后被推出。 由于 测径清管器和漏磁检测清管器比钢刷清管器、磁力清 管器重,而且要求的运行速度较慢,发球时给予的推 42 Pipeline Technique and EquipmentNov． 2015 球流量相对小,所以憋压时间较长,如表 3 所示。 表 3 4 种清管器发球压差和憋压时间 清管器类型 发球压差/ MPa憋压时间/ min推球流量/ 104m3h -1 钢刷0.14151618 磁力0.12151416 测径0.092112 漏磁0.07299 3.2.2 途经输气站和阀室 清管器到达输气站或阀室前,该站点压力保持清 管器前压力。 当清管器经过输气站和阀室后,该站点 压力立刻升高约 0.15 MPa。 3.2.3 清管器卡堵 在管道内运行一段时间后,清管器前会堆积污 物,到末站时,堆积的污物达到最大量,由污物产生的 阻力达到最大,若清管器前牵引力不够或推球流量太 小,很容易在进站弯头处发生卡堵。 9 月 24 日清管器 到达末站时发生卡堵,前后压差最大至 0.4 MPa。 现 场人员取出清管器后,共清出约 150 kg 粉尘。 3.3 清管器速度控制 推球流量已知时,清管器平均运行速度为[5] v Qd 240 000Fp 1 式中v 为清管器平均运行速度,km/ h;Qd为推球流 量,m3/ d;F 为管道内径横截面积,m2;p 为清管器后管 段内气体平均压力,MPa。 假设清管器的漏球流量恒定,气流速度与清管器 运行速度近似相等,清管器后的推球流量可以通过式 2估算 [6]。 QQJ -Q c -Q L 2 式中Q 为推球流量,m3/ s; QJ为清管器后气源进气 流量总和,m3/ s;Qc为清管器后用户用气流量总和, m3/ s;QL为漏球流量,m3/ s。 清管器实际速度 v1通过已知的距离和时间计算, 计划速度 v2则通过式1计算得出。 理想条件下,推 球流量与计划速度 v2正相关,计算已通过站间的 Δv Δvv1 -v 2来调整推球流量 Q 是控制速度最直接有 效的方法。 但实际作业中,由于气体是非刚性流体, 清管器前后段管存气状态的变化会影响清管器速度。 以 9 月 22 日磁力清管作业为例,根据计划要求,需将 球速控制在 2.53.5 m/ s 内。 春晓站至镇海站段推球 流量维持 2． 0105m3/ h 左右,速度控制较好;因镇海 站是向下游供气的分输站,经过镇海站后,清管器后 段管存气被镇海站下游用户大量消耗,产生“反抽”效 果,使速度迅速下降。 为避免发生停球危险,在清管 器到达镇海站前 10 km 时,调度中心指令适当增加推 球流量。 当清管器经过镇海站时,速度最低降至约 1.4 m/ s,之后随着“反抽”作用减弱,速度逐渐恢复;在 接近终点站时,由于终点站分输流量较大,清管器受 到牵引的作用逐渐增强,为避免球速过快发生危险, 调度中心提前发出指令,逐步减小推球流量,使速度 最终控制在 3.03.5 m/ s。 图 2 为各站间推球流量与 对应计划速度、实际速度的关系。 可以看出推球流量 并非与实际速度正相关,越接近分输站点,清管器前 后管存气的状态变化越剧烈,成为影响实际速度的关 键因素。 图 2 各站间推球流量与对应计划速度、实际速度的关系 4 改进措施 1调整推球流量时,应考虑清管器前后管存气 的状态变化,建议接近分输站点前适当降低推球流 量,远离分输站点后适当增大推球流量,可避免清管 器速度波动过大。 2发球过程中,清管器在发球筒内倾斜或与管 壁间存在较大的缝隙,憋压发球时可能导致前后压差 升至临近卡堵事故压差也未必能将清管器发出。 因 此,装球完毕时应做好清管器位置的检查与确认,使 发球压差在合理范围内。 3及时更新、核对站间距离等关键性数据,可提 高计算速度和预测时间的准确性。 4若发生清管器跟丢的情况,可利用 SCADA 系 统中途经点压变趋势线进行判断,寻找相邻压变趋势 线变化相反的区间,“丢失”的清管器极有可能在该区 间内。 下转第 46 页 46 Pipeline Technique and EquipmentNov． 2015 图 10 直板皮碗接触应力分布 图 11 锥形皮碗接触应力分布 2锥形皮碗和碟形皮碗,最大接触应力在较大 过盈量时增加缓慢,但接触长度明显增加,为控制接 触压力,应选择较小的过盈量。 这样,不仅可以提供 足够的接触应力,而且接触压力小。 3圆形皮碗最大接触应力小,接触长度大,而且 总接触应力相对较小。 可以采用较大的过盈量保证 接触长度,主要作为密封皮碗使用。 4通过有限元分析可以得到清管器 4 种典型皮 碗在不同过盈量下的最大接触应力、接触长度、接触 应力随接触长度的分布情况,以及随着过盈量增加的 变化规律。 可用于清管器皮碗过盈量和皮碗组合使 用的选择依据,从而使清管器各皮碗之间相互匹配。 同时,可根据相关数据优化设计皮碗,得到皮碗厚度、 唇部长度以及结构尺寸等方面的最优值。 参考文献 [1] HILTSCHER G,MHLTHALER W,SMITS J.工业清管技 术.李红旗,等译. 北京化学工业出版社,2004. 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