油氣管道清管技術(shù)探析

趙 寧，馬 爽

（盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油工程系，遼寧 盤錦124000）

0 引言

管道投產(chǎn)前，為排除管線的隱患和缺陷，取得較大的安全度，保證管線輸油輸氣運(yùn)行的安全，需對(duì)管道進(jìn)行清掃、測(cè)徑、試壓、干燥作業(yè).據(jù)資料顯示，管道清掃不僅能實(shí)現(xiàn)清掃管腔內(nèi)雜物從而保持管道清潔的目的，利用清管器裝置結(jié)構(gòu)，完成管道測(cè)徑，判斷管道內(nèi)徑是否存在變形也是清管重要作用的體現(xiàn)［1］.管道水段試壓應(yīng)在干線管道進(jìn)水管前端裝清管器，以排盡管道內(nèi)空氣，確保試壓段全部注滿水.嚴(yán)密性試驗(yàn)后，進(jìn)行通球掃水，設(shè)計(jì)合理的管段長(zhǎng)度，計(jì)算干空氣排量，確定發(fā)送泡沫清管器的間歇時(shí)間，達(dá)到管內(nèi)空氣干燥的目的［2］.管道投產(chǎn)時(shí)，利用隔離器完成輸氣管道投產(chǎn)置換，順序輸送時(shí)利用隔離器分隔多種產(chǎn)品介質(zhì)［3］；管道運(yùn)行維護(hù)管理過程中，清管器獲取管線腐蝕、管道變形信息，為管道維護(hù)與維修工作提供指導(dǎo)依據(jù)，使管道能夠安全、高效的運(yùn)行［4］；清管器清蠟保障原油結(jié)蠟管道正常運(yùn)行［5］.管道停輸前，清管器完成液體置換.管道停輸再啟動(dòng)，定期對(duì)管道清蠟，提高管輸能力［6］.因此，自管道建設(shè)起，到管道投產(chǎn)運(yùn)行，直至管道停輸，清管作業(yè)貫穿始終，是保障管道正常投產(chǎn)及運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于保證管道安全，降低管道能耗具有重要意義.而清管器則是這一保障作用得以實(shí)現(xiàn)的重要工具.

1 清管器工作原理

清管器是以氣體、水或管道輸送介質(zhì)作為動(dòng)力源，運(yùn)移通過管道內(nèi)部，清除管道內(nèi)部雜質(zhì)的專用器具.氣體、水或輸送介質(zhì)在管道內(nèi)將自身壓力傳遞給清管器，清管器在動(dòng)力作用下沿管道內(nèi)壁順管輸方向移動(dòng)，通過刮、刷、頂推作用，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)污物雜質(zhì)的清理效果［7］.

2 清管器主要分類

使用清管器的目的大概分為4種情況：排水/清洗、分批/隔離不同產(chǎn)品、管道測(cè)量/檢測(cè)、管道維護(hù)［8］.清管器主要包括清管球、皮碗清管器、帶刷清管器、泡沫清管器和智能清管器幾種類型（表1）.

表1 不同類型清管器特點(diǎn)

3 清管器的定位方法

清管過程中，因管道內(nèi)污物雜質(zhì)類型多樣，質(zhì)地不同，不可避免發(fā)生清管器卡堵現(xiàn)象.一旦發(fā)生清管器卡堵，及時(shí)取出清管器及其重要，因此，快速準(zhǔn)確確定清管器位置關(guān)系到油氣管道是否能夠正常運(yùn)行，事關(guān)管道輸送效率，是管道安全生產(chǎn)的重要保證［10］.根據(jù)定位原理，清管器定位方法主要包括以下幾種.

3.1 壓力法

站場(chǎng)和閥室是長(zhǎng)輸管道的重要組成部分，基于站場(chǎng)和閥室通球特點(diǎn)，利用壓力法跟蹤定位清管器.清管器未運(yùn)移至站場(chǎng)和閥室管道內(nèi)時(shí)，壓差式壓力變送器壓差為零；對(duì)比清管器通過時(shí)，變送器顯示壓差值作為判斷清管器通過的依據(jù)［11］.

該方法定位依據(jù)簡(jiǎn)單，干擾因素少，壓差示值明顯.當(dāng)清管器高速通過時(shí)，壓力法定位易行，并且在發(fā)生清管器卡堵情況時(shí)提供粗略位置.

3.2 電磁定位法

電磁定位法通過安裝在清管器內(nèi)部的通電線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)透過管道壁面在管道周圍形成磁場(chǎng)，探測(cè)裝置進(jìn)入該磁場(chǎng)區(qū)域后，將產(chǎn)生電壓感應(yīng)，完成對(duì)磁場(chǎng)位置的捕捉，從而探查并確定清管器的位置.定位過程中，清管器始終處于通電狀態(tài)，跟蹤裝置在磁場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，確定清管器設(shè)備的位置［12］.

3.3 超聲波定位法

超聲波定位法指的是利用超聲波的空間傳播特性，來確定清管器設(shè)備的目標(biāo)位置.定位過程中，安裝在清管器上的超聲波發(fā)射器按照一定時(shí)間間隔發(fā)射超聲波信號(hào)，接收裝置接收脈沖信號(hào)，計(jì)算出發(fā)射器的位置，實(shí)現(xiàn)定位清管器作用.清管器設(shè)備移動(dòng)過程中，接收裝置可以通過不間斷測(cè)量器發(fā)射的脈沖信號(hào)，描出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡.判斷清管的準(zhǔn)確位置.但該方法對(duì)應(yīng)用條件要求較高，除管道內(nèi)需要聲波傳播介質(zhì)外，易受管道埋設(shè)位置介質(zhì)及周圍設(shè)備影響，誤差較大.應(yīng)根據(jù)油氣管道輸送介質(zhì)及埋設(shè)環(huán)境選擇定位方法［12］.

3.4 噪音定位法

清管器在管道中移動(dòng)運(yùn)行時(shí)，清管器密封盤或直板不可避免得與管道內(nèi)壁面摩擦，考慮到長(zhǎng)輸管道是由鋼管借助焊接工藝連接而成，且管道途經(jīng)地勢(shì)復(fù)雜，長(zhǎng)輸管道中存在大量的彎曲段，這樣管壁內(nèi)部包含焊縫及彎管管件位置，清管器與這些位置接觸時(shí)所產(chǎn)生的聲音異于管道運(yùn)行時(shí)的正常聲音，專業(yè)聲音監(jiān)測(cè)裝置能夠完成對(duì)這類噪音的捕捉，對(duì)比無清管器運(yùn)移時(shí)產(chǎn)生的聲波特征，實(shí)現(xiàn)清管器的跟蹤與檢測(cè)定位功能.該方法優(yōu)點(diǎn)是定位工作量小，但獲得未清管時(shí)長(zhǎng)輸管道聲波信號(hào)特征工作復(fù)雜，所以，為實(shí)現(xiàn)更好的定位效果，削弱或消除周圍介質(zhì)對(duì)聲音傳播的影響，可為清管器設(shè)計(jì)發(fā)聲裝置，使傳播的聲音更加有辨識(shí)度，達(dá)到對(duì)清管器進(jìn)行定位的目的［13］.

3.5 放射性同位素法

該定位法工作原理是作為接收器的蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管探測(cè)安裝于清管器上的放射性同位素示蹤物，追蹤清管器位置［13］.這種方法定位精度高，受管道周圍埋設(shè)介質(zhì)影響小，但由于放射性射線具有較大的危險(xiǎn)性，因此，除對(duì)安裝工作人員的資質(zhì)要求較高外，對(duì)工作人員人身安全的保障也成為該方法應(yīng)用過程中的一大難題.同時(shí)，保證裝配操作的穩(wěn)定性，以防清管作業(yè)過程中，放射源遺落在管道中，給管道安全運(yùn)行帶來隱患.

4 清管技術(shù)應(yīng)用

4.1 管道建設(shè)時(shí)期

管道投產(chǎn)前，為保證清管作業(yè)過程中，清管器順利通過彎曲管段，彎頭的曲率半徑設(shè)計(jì)參數(shù)值應(yīng)大于等于5倍管道直徑；通過在清管器前進(jìn)方向建立“背壓”提高清管效率，最大壓力宜小于等于2.0 MPa［14］.

清管器清管活塞的內(nèi)徑應(yīng)大于所清掃管線直徑，密封皮碗可以大3%～7%；清掃直板的直徑可以大2%～5%.清管器使用前，應(yīng)檢查清管器的骨架強(qiáng)度和螺栓的緊固度［14］.

用清潔水清掃管道時(shí)，為了沖洗污物，可在清管活塞器的前方注入相當(dāng)于10%～15%管線容積的水，清管時(shí)清管活塞移動(dòng)的速度不應(yīng)小于2 km/h［14］.

選擇不損傷內(nèi)涂層的通用皮碗清管器，皮碗清管器能夠通過干線熱煨彎頭處.在活塞清管器的中部安裝測(cè)徑鋁制板.活塞式清管器的“皮碗”與“直板圓盤”組裝搭配，實(shí)現(xiàn)較好密封性和清渣效果［13］.

4.2 管道運(yùn)行期

高凝高黏原油管道清蠟工作尤為重要，相對(duì)其它方法，清管器清蠟效果良好.依據(jù)管道實(shí)際運(yùn)行及結(jié)蠟情況，正確選擇清管器類型，其中，機(jī)械清管器和泡沫塑料清管器是最常用清管器.常用的機(jī)械隔離器有橡膠隔離球（器）和皮碗形機(jī)械隔離器兩種.把隔離器置于兩種油品的界面處與管內(nèi)壁緊密接觸，從而減少混油.橡膠隔離球?yàn)橐缓癖谥锌盏南鹉z球體.使用前在球內(nèi)充以一定壓力的水或所輸油品，目前隔離球一般僅用于管道投運(yùn)時(shí)的油水隔離.必須進(jìn)行隔離輸送時(shí)，選用哪種隔離措施，需根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳方案，特別時(shí)固體隔離器應(yīng)慎重選擇［15，16］.

適時(shí)組織實(shí)施清蠟工作是有效操做管道、實(shí)現(xiàn)管道安全運(yùn)行的重要保障.因此一項(xiàng)重要的工作就是確定清管周期.清管周期長(zhǎng)，則動(dòng)力消耗大，熱損失小，清管費(fèi)用也??；而清管周期短，動(dòng)力消耗小，但熱損失和清管費(fèi)用大，因此存在一個(gè)使總費(fèi)用最小的最優(yōu)清管周期.

5 結(jié)論

隨著油氣管道建設(shè)規(guī)模的發(fā)展，清管器的作用已經(jīng)不局限于清理管道，從清管器的類型發(fā)展可以看出，智能清管器雖然功能強(qiáng)大，但造價(jià)高，對(duì)安裝條件要求高，定位方法尚未完全擺脫人工跟蹤的制約，傳統(tǒng)清管器雖可利用自身結(jié)構(gòu)完成攜帶檢測(cè)儀器獲得除清管效果以外的檢測(cè)信息，但受管道自身和埋設(shè)環(huán)境因素制約明顯，因此，如何降低成本，優(yōu)化跟蹤定位方法，進(jìn)一步發(fā)展完善智能清管器，保障管道和工作人員的安全性，提高管輸效率成為未來發(fā)展的重要方向，此外，清管器技術(shù)應(yīng)用過程中，如何確定清管周期、為清管器跟蹤定位提供更為準(zhǔn)確的理論模型支撐等難題還有待研究人員解決.