天然气高压管道带气通球清管的分析.doc

天然气高压管道带气通球清管的分析 l　前言陕京天然气高压管道天津支线北起永清站，南至西青区汪庄子南的天津配气站管道全长62km，公称管径400mm，设计压力为4.OMPa在施工过程中残留下来的污物（水、土、砂、石块、焊渣等杂物）和管道投产运行中积存的凝析液及腐蚀物，会影响气质和输气能力，堵塞仪表，降低计量精度，加剧管道内壁腐蚀利用清管器清除管内污物是解决上述问题的有效措施[1，2]，为此，我公司于1999年10月进行了首次带气通球清管作业 2　通球清管方案 2.l　清管器的选择 清管器品种较多，可分为清管球普通型皮碗清管器和智能型皮碗清管器3类　 清管球外层材料为耐磨耐油的氯丁橡胶，公称直径不超过100mm的清管球一般采用实心球，大于100mm时采用内腔注水的空心球清管球在注水不足或管道内污物较多的情况下容易出现卡阻或破损鉴于该管道的施工单位较多，作业面较广，在管道内遗留的施工残余物较多，为了确保首次带气清管的顺利进行，决定不采用清管球普通型皮碗清管器与智能型皮碗清管器在结构与材料上完全相同，均为3层皮碗结构，皮碗材料为耐油耐磨的氯丁橡胶，具有良好的密封性与耐磨性。

两者不同点是智能型皮碗清管器带有精度较高且抗干扰能力强的电子定位系统，在清管过程中一旦出现卡阻现象，智能型皮碗清管器能及时确定卡阻位置，以便采取必要的应急措施因此，本次清管作业采用智能型皮碗清管器 2.2　压力控制 (1)清管器后压力的控制 清管器的运行速度应适宜，过快容易使管道产生振动，并且清管器容易磨损另外，清管作业从上午开始，一般要求在下午供气高峰前完成，由此确定清管器的运行时间为6～7h，清管器的运行速度为10km/h清管作业时，天津支线清管器后的压力： 　p0q0/T0＝Zpq/T　　　　　　　　(1) 式中：p0——工程大气压力，0.103 3 MPa； q0——工程状况(0.103 3 MPa，293 K)下的供气量，m3/h； T0——工程状态下的温度，293K； Z——气体压缩系数；一般清管作业时的压力p＜1.2MPa，Z＝1.0； p——清管器后的绝对压力，MPa； q——清管作业时的工作状态下的燃气流量，m3/h； T——发送站的天然气温度，K 若近似认为了：T＝T0，式(1)简化为 式中：d——管道内径，0.414m； 　v——清管器在管道内的运动速度，km/h。

当天要求的供气量为20×104m3/d，则q0＝8 333m3/h代入式(2)得，p＝0.77MPa由此确定清管作业时清管球后天津支线的压力(表压)为0.7MPa左右 (2)清管器前后压差的确定 清管器前后压差Δp可利用“组合圆筒”原理按下式计算确定： 式中：Δp——清管器前后压差，MPa； 　　　f——橡胶球与钢管的滑动摩擦因数，0.12； 　　　E——橡胶球的弹性模量，8.0MPa； 　　　β——清管器的相对过盈量，过盈量与半径的比值；β＝8/207＝0.038 6； 　　　μ1——橡胶球的泊松比，0.48 　　经计算得出Δp＝0.05MPa考虑污物的阻力，确定清管器的前后压差Δp为0.06MPa 2.3　清管器运行距离乙的确定 　　清管球的运行距离根据进入清管器后管道内的气体量用体积法计算 　　L＝4p0TV0Z/(πd2pT0) (3) 　　式中：L——清管球与起点的运行距离，m； 　　　　　V0——发球后累计进气体积(状态为0.103 3MPa，293K)，m3。

　　将有关数值代人式(3)，可得 　　L＝0.743V0/p (4) 3　清管作业 3.1　清管过程 　　陕京天然气长输管道天津支线全程见图1 　　天津支线全程设6个观测点——永清站、赵家楼阀室、王庆坨阀室、京福阀室、杨柳青电厂阀室、天津配气站(以下简称天津站)，观测压力及清管器通过与否清管前一天，将天津支线压力(表压)降至0.5MPa，以便控制清管器的运行速度 　　清管当天上午8∶00，清管作业正式开始清管作业的全过程见表1由清管器清出的污物为深褐色粉状体，并伴有少量的水，污物质量约450kg经化验含有碳、铁等元素 3.2　分析 　　(1)在清管器未进入管道系统时，永清站与天津站的压差很小，为0.003MPa8∶08开始清管作业时，为了克服清管器与管道的摩擦力，使Δp升高至0.07MPa左右，说明选用的清管器较为合理。

　　(2)随着清管作业的进行，清管器前会堆积一定量的污物，增加了阻力，于是在11∶30开始加大流量提高清管器前后的压差从11∶30开始，Δp缓慢升高至0.154MPa 表l 清管器运行状况 时刻清管器后压力/MPa清管器前压力/MPa压差Δp/MPa备　　注 8∶00(永清站) 0.465 (天津站) 0.4620.003无清管器时 8∶080.5610.5000.061清管器发出 8∶250.6010.5300.071 9∶000.5430.5000.043 9∶400.5790.5500.029 9∶550.5700.5280.042清管器通过赵家楼阀室 10∶300.6110.5330.078 10∶550.6690.6000.069 11∶100.6760.6130.063 11∶300.7010.6360.065通知永清站加大流量 11∶370.7100.6390.071 12∶000.7210.6470.074清管器通过王庆坨阀室 12∶250.7800.670.110 12∶570.8060.6790.127清管器通过京福阀室 13∶300.8410.6910.150 13∶130.8450.6910.154清管器通过电厂 13∶400.8950.700 (开始下降)0.195按照计算，清管器应到达天津配气站，而实际未到。

13∶460.9000.537 (继续下降) 0.363发出硬物撞击管道声，清管器已到天津站前阀组 13∶590.9200.0920.828 14∶300.9500.080.870 15∶000.9700.0760.894 16∶000.9600.0720.888打开越站阀，使下游气反输，进行反吹，同时打开京福阀室放散阀 16∶300.9000.2460.654 17∶000.3500.690－0.350 17∶481.5000.7840.716关闭京福阀室放散阀 19∶121.5000.9950.505清管器到达天津站收球筒 　　(3)13∶40清管器前压力(天津站压力) 由0.7MPa开始突然下降，说明出现了卡阻现象。

13∶46站前管道发出撞击声，表明清管器通过了第一个卡阻部位随后清管器前压力由0.537 MPa再次出现急速下降现象倒13∶59天津站压力降为0.092MPa，表明清管器又出现了卡阻天津站支线进天津站拐了一个弯，在站围墙内外各有一个弯头根据天津站压力和撞击声的来源，我们判断出现第一次卡阻在站外弯头处，由于出现了卡阻现象，使天津站压力突然下降，Δp不断升高当Δp升高到能克服清管器与管道的摩擦阻力时，清管器被突然冲开，并在站内弯头处再次被卡住(站外弯头与站内弯头两者距离较短)在15∶00至16∶00之间，曾多次提高清管器后压，但均无济于事经分析出现卡阻的原因可能是：①清管作业在接近尾声时，沉积的污物增多，在经过弯头处增加了阻力；②热煨弯头在制造中存在误差(如椭圆度超标等)为此，我们决定采用反吹方法，迫使清管器退出卡阻位置，具体操作如下： 　　首先，在16∶00左右，打开越站阀，使下游气反输，清管器前压力由 0.072 MPa提高到 0.690MPa其次，打开京福阀室的放散阀，使清管器的后压由0.90MPa降至0.35MPa(此时清管器前压力为0.69MPa)，Δp＝－0.35MPa，此时管道处于反向清管。

最后，在17∶48关闭京福阀室放散阀，提高永清站流量，进行正向清管，使清管器后压由 0.35MPa升至1.5MPa天津站压力开始升高，升至0.995MPa，说明清管器在运行，到19∶12清管器到收球筒，清管作业顺利结束 4　结语 　　(1)选用智能型皮碗清管器，可及时准确找到清管器位置，以便采取应急措施，对长输管道清管作业是非常必要的 　　(2)在清管作业中，要根据管段特点严格控制清管器的速度，尤其是在长输管道末端管道弯头处，应提高清管器。