江西一期管網(wǎng)支線清管內(nèi)檢測作業(yè)實施過程分析

揭志群 (江西省天然氣管道有限公司，江西 南昌 330000)

0 引言

輸氣管道是一個連續(xù)密閉運(yùn)輸系統(tǒng)，管道輸送效率取決于管道內(nèi)壁清潔程度。在管網(wǎng)實際運(yùn)行過程中，因工程建設(shè)期施工期的殘留污水，以及管道運(yùn)行過程中產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物，這些都會減小管道的流通面積，進(jìn)而影響管道的輸送效率。因此，在管道投產(chǎn)后，要求三年內(nèi)完成管道清管和內(nèi)檢測。

目前國內(nèi)清管作業(yè)采用的清管器種類主要有：直板型、碟型、直碟混合型、直板測徑、碟碗測徑、直板鋼刷、碟碗鋼刷和軟質(zhì)泡沫球、磁性清管器以及漏磁檢測器、測徑清管器、幾何變形清管器、內(nèi)檢測器等[1-4]。在實際清管作業(yè)過程中會依據(jù)清管目的而選擇不同的清管器，目前使用較多的是直板清管器和皮碗清管器。

對天然氣管輸支線清管作業(yè)面臨的問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)支線管道內(nèi)天然氣流速偏低，存在較大的停球風(fēng)險；(2)支線管道清管作業(yè)中一旦出現(xiàn)停球、卡球，可能會對下游用戶正常供氣造成很大影響；(3)如因管道內(nèi)存在較多污物或管道存在嚴(yán)重變形，造成嚴(yán)重卡球，就需要采取斷管取球。目前關(guān)于省級管網(wǎng)支線低輸量下清管內(nèi)檢測作業(yè)方面的研究較少。王子涵等[5]通過分析泰青威管道清管作業(yè)過程，總結(jié)低輸量支線管道清管作業(yè)期間流速控制方法。張國強(qiáng)等[6]通過選取石家莊站—邢臺站管段，利用PSIGanesi仿真模型的清管器追蹤功能實時模擬了皮碗、直板、鋼刷3種清管器的清管作業(yè)，將現(xiàn)場實際的清管時間與仿真模型實時追蹤時間進(jìn)行對比，分析了造成偏差的原因，并提出了修正方法。王會坤等[7]通過對川氣東送管道清管作業(yè)工況進(jìn)行分析，從設(shè)備選型、參數(shù)確定、收球流程調(diào)整、清管器的監(jiān)聽、速度預(yù)測等方面入手，開展了大口徑管道清管研究實踐，總結(jié)相關(guān)工作經(jīng)驗和提出了改進(jìn)建議。

以上針對理論研究較多，但對于支線管道實際清管作業(yè)開展研究較少，比較缺乏實踐經(jīng)驗驗證。江西省一期管網(wǎng)余江至鷹潭支線和新建至南昌支線作為省級管網(wǎng)重要組成部分，投產(chǎn)運(yùn)行已經(jīng)達(dá)到三年時間，需要進(jìn)行清管和內(nèi)檢測作業(yè)。但兩條支線日均輸氣瞬時較低，在低流速情況下，開展清管作業(yè)安全風(fēng)險較大。通過對這兩次清管內(nèi)檢測作業(yè)實施過程進(jìn)行分析總結(jié)，為以后其他支線清管作業(yè)提供參考和借鑒。

1 管網(wǎng)簡介

江西天然氣一期管網(wǎng)主要承接川氣東送入贛天然氣，覆蓋南昌、九江、新建、鷹潭、撫州、宜春、上饒、新余等8個設(shè)區(qū)市、42個縣(市、區(qū))。目前在運(yùn)管網(wǎng)總長度1 087 km，包括九高線、九景線、高余線、景余線4條干線以及20條支線。江西省天然氣一期管網(wǎng)當(dāng)前共有三處氣源接入點(diǎn)，一處氣源調(diào)峰點(diǎn)，分別為川氣東送九江末站、西氣東輸二線安義接收站、西氣東輸二線新余分輸站、湖口LNG儲備庫接收站。

1.1 余江-鷹潭支線

余江至鷹潭段管線，起于余江分輸站，止于鷹潭站，線路全長40.2 km，管道規(guī)格D508×7.1，材質(zhì)為L415M直縫埋弧焊管道。線路采用三層PE外防腐聯(lián)合強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。鷹潭站下游用戶最低供氣壓力1.2 MPa，計量調(diào)壓支路一備一用。鷹潭站下游用戶80%氣量為工業(yè)用戶。鷹潭支線管道清管作業(yè)前平均輸氣量為32.7×104Nm3/d，平均運(yùn)行壓力為4.1 MPa，天然氣平均流速約為0.5 m/s。

1.2 新建-南昌支線

新建至南昌段管線，起于新建站，止于南昌站，線路全長8.6 km，管道規(guī)格D406×7.1，材質(zhì)為L415M直縫埋弧焊管道。線路采用三層PE外防腐聯(lián)合強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。新建站無下游用戶，天然氣經(jīng)分離過濾計量后分輸至南昌和高安方向。新建站設(shè)計壓力6.3 MPa。南昌站下游用戶南昌燃?xì)庾畹凸鈮毫?.2 MPa。新建至南昌管道清管作業(yè)前平均輸氣量為3.85×105Nm3/d，平均運(yùn)行壓力為4.5 MPa，天然氣平均流速為約為0.85 m/s。

2 清管過程控制與分析

2.1 流速計算

現(xiàn)場調(diào)度人員根據(jù)GB/T 35068—2018 《油氣管道運(yùn)行規(guī)范規(guī)范》[8]計算清管器運(yùn)行速度，下達(dá)切換收發(fā)清管器流程操作指令，實現(xiàn)清管器運(yùn)行速度的控制。

管道內(nèi)天然氣的平均壓力為[8]：

式中：P為清管器后平均壓力 (MPa)；Pq、Pz分別為管道計算段內(nèi)起點(diǎn)、終點(diǎn)的氣體絕對壓力(MPa)。

清管器運(yùn)行速度近似計算公式為[8]：

式中：V為清管器運(yùn)行速度(km/h)；Q為標(biāo)況下日輸氣流量(m3/d)；F為管道內(nèi)徑橫截面積(m2)；P為清管器后平均壓力(MPa)。

清管器所需總運(yùn)行時間為[8]：

式中：t為清管器運(yùn)行時間(h)；L為清管器運(yùn)行距離(km)；V為清管器運(yùn)行平均速度(km/h)。

在實際清管過程中清管器后壓力不斷變化，由式(1)計算得到的平均壓力在實時變化。同時，由式(2)計算得到的清管器運(yùn)行速度也實時變化。因管道的橫截面積一定，可知在實際清管作業(yè)中，清管器運(yùn)行速度由管道內(nèi)輸氣量和平均壓力決定。管道輸氣量的調(diào)節(jié)可以通過在清管上游場站切換流程，控制管線內(nèi)供氣流量實現(xiàn)對管道內(nèi)輸氣量的調(diào)節(jié)。另外，在下游場站也可以通過調(diào)節(jié)用戶用氣瞬時來調(diào)節(jié)。對于管道平均壓力的調(diào)節(jié)，可以在清管作業(yè)前調(diào)整工藝流程，對支線管道進(jìn)行降壓，從而調(diào)節(jié)清管器運(yùn)行速度。

2.2 流速調(diào)節(jié)

余江至鷹潭支線管道清管期間平均輸氣量為3.27×105Nm3/d，平均運(yùn)行壓力為4.1 MPa，根據(jù)公式(2)計算天然氣平均流速約為0.5 m/s。該流速低于清管內(nèi)檢測要求，現(xiàn)場通過流程切換進(jìn)行氣體流速調(diào)節(jié)。清管作業(yè)前將余江站去往鷹潭方向供氣流程切換至發(fā)球筒方向供氣流程。先將球閥05、截止閥06、球閥08打開，關(guān)閉球閥09，并控制截止閥06開度，將鷹潭支線壓力降至2.5 MPa平穩(wěn)運(yùn)行。同時與下游用戶貴溪華潤、貴溪天然氣進(jìn)行協(xié)商，在清管作業(yè)期間提高用氣瞬時至2萬立方米每小時，根據(jù)公式(2)計算得到的氣體流速為0.9～1.3 m/s，基本符合清管內(nèi)檢測作業(yè)要求。

新建至南昌支線管道清管作業(yè)期間平均輸氣量為3.85×105Nm3/d，平均運(yùn)行壓力為4.5 MPa，天然氣平均流速約為0.85 m/s。在清管作業(yè)前通過TGNET軟件仿真當(dāng)前工況下的管道氣體流速，根據(jù)新建至南昌段管道里程并結(jié)合下游用戶可以調(diào)整的供氣流量，選定清管期間最佳的供氣瞬時流量。做到既保證下游用戶正常供氣，同時使管道內(nèi)氣體流速符合清管內(nèi)檢測作業(yè)要求。在與下游用戶南昌燃?xì)膺M(jìn)行充分溝通協(xié)商后，采用間歇性供氣，將清管作業(yè)期間瞬時流量調(diào)整至4～5萬立方米每小時，根據(jù)公式(2)計算得到的氣體流速在1.5～2.5 m/s，符合清管內(nèi)檢測作業(yè)要求。

圖1 余江站發(fā)球工藝流程

2.3 數(shù)據(jù)分析

2021年10月19日至11月6日期間，余江至鷹潭支線共進(jìn)行了9次清管內(nèi)檢測作業(yè)，期間運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 余江至鷹潭支線清管內(nèi)檢測數(shù)據(jù)表

2022年6月8日至6月14日期間，新建至南昌支線共進(jìn)行了7次清管內(nèi)檢測作業(yè)，期間運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 新建至南昌支線清管內(nèi)檢測數(shù)據(jù)表

在余江至鷹潭段和新建至南昌段支線清管作業(yè)過程中，通過對管道平均壓力和氣體流量的調(diào)節(jié)，控制清管期間的氣體流速，清管器整體運(yùn)行平穩(wěn)。

(1)在余江至鷹潭段清管期間，通過TGNET軟件模擬計算管道內(nèi)氣體流速，并在各監(jiān)聽點(diǎn)通過清管器之后，根據(jù)達(dá)到時間計算站間速度，并預(yù)測下一監(jiān)聽點(diǎn)的到達(dá)時間。清管器實際到達(dá)的時間點(diǎn)基本與測算吻合，但在期間因兩次漏聽影響調(diào)度人員對球速的計算和預(yù)判。

(2)在余江至鷹潭段清管期間，在通過一段幾字形拐彎管段時，清管器出現(xiàn)過短暫的卡頓，停球最長時間6 min，清管器前后啟動壓差0.16 MPa。

(3)在清管期間主要通過調(diào)節(jié)余江站去往鷹潭站方向發(fā)球筒前的截止閥開度，來控制輸入余江至鷹潭段的氣體流量。在實際操作過程中，因該方向未安裝流量計，無法準(zhǔn)確判斷瞬時流量大小，通過截止閥的開度圈數(shù)與流量關(guān)系的經(jīng)驗值，調(diào)節(jié)截止閥開度不夠準(zhǔn)確，也無法實時監(jiān)控流量。

(4)清管期間通過觀察清管器上下游監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置的壓力趨勢變化，以及清管器前后壓差值的改變，可以判斷清管器運(yùn)行的情況，如果監(jiān)控點(diǎn)壓力趨勢平穩(wěn)或前后壓差至無明顯變化，則可以推斷清管器運(yùn)行平穩(wěn)。如果清管器前后方監(jiān)控點(diǎn)壓力出現(xiàn)較大的突變，并且改變持續(xù)了一段時間，則可以判斷清管器出現(xiàn)卡阻或停頓。通過壓力趨勢突變的時間點(diǎn)，以及之前清管器運(yùn)行的速度可以大致推測清管器卡阻位置。

(5)在新建至南昌段清管期間，清管器整體運(yùn)行情況良好，未見明顯卡頓，清管期間供氣瞬時穩(wěn)定在4～5萬立方米每小時。

3 結(jié)果與討論

(1)對于支線清管作業(yè)面臨氣體流速偏低時，通過與下游用戶積極協(xié)商氣量，對低流量管道采取降壓提速，或在清管器發(fā)出前限制用氣，在清管作業(yè)時加大用氣瞬時，使管道內(nèi)氣體流速變大達(dá)到清管內(nèi)檢測要求，同時保障用戶供氣平穩(wěn)。

(2)清管作業(yè)前通過TGNET軟件進(jìn)行管道模擬，計算相應(yīng)工況下的氣體流速，在實際清管過程中進(jìn)行了驗證，誤差均在合理范圍之內(nèi)。

(3)因支線清管作業(yè)經(jīng)常面臨作業(yè)時間不能太長，需要及時保證下游供氣等問題，在清管作業(yè)前需要與下游用戶充分的溝通，商定正常作業(yè)允許時間、最低供氣壓力、緊急情況下用戶的應(yīng)急氣源準(zhǔn)備，只有這些才能保證作業(yè)的正常進(jìn)行。

(4)余江至鷹潭清管期間存在兩次漏聽，在清管前監(jiān)聽點(diǎn)選擇上，可以有所側(cè)重，對于有可能出現(xiàn)卡阻位置，如大拐彎或交叉穿越位置需要重點(diǎn)設(shè)置監(jiān)聽點(diǎn)，以防漏聽對清管器運(yùn)行速度估算產(chǎn)生影響。對于監(jiān)聽比較困難，容易造成漏聽的點(diǎn)位需要多種手段同步監(jiān)聽。

(5)在清管收球過程中，防止污物過多，直接堵塞進(jìn)站至收球筒管道，可以在清管器即將達(dá)到接收點(diǎn)之前，通過短時間開啟收球筒放空閥，檢查收球時管道內(nèi)部粉塵量，提前做好預(yù)判。

(6)在清管器發(fā)球和收球過程中，為防止干線截斷閥誤關(guān)斷，可以在作業(yè)前對氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣瓶進(jìn)行放空，防止誤關(guān)斷。同時，對球筒前后電動球閥的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行下電，防止誤動作，影響正常的收發(fā)球，并在作業(yè)結(jié)束后及時恢復(fù)上電。

(7)在清管作業(yè)中因粉塵雜質(zhì)可能會損壞閥門密封面的有效密封，因此在清管作業(yè)前后，都應(yīng)進(jìn)行閥門的清洗注脂維保，保證清管作業(yè)期間閥門的良好密封。

(8)本次清管作業(yè)期間均采用的是干式作業(yè)，但在收球清灰過程仍存在硫化亞鐵粉末自燃的風(fēng)險，因此在作業(yè)前需要準(zhǔn)備好充足的水源，應(yīng)對突發(fā)火災(zāi)爆炸事故。同時，在開盲板清灰前應(yīng)進(jìn)行充分的氮?dú)庵脫Q，完全排除球筒內(nèi)天然氣。

4 結(jié)語

通過對江西一期管網(wǎng)余江至鷹潭段和新建至南昌段支線清管作業(yè)的過程分析，總結(jié)探討針對支線低流速情況下的清管作業(yè)的控制方法。主要通過工藝流程的調(diào)整降低支線管段內(nèi)的運(yùn)行壓力、與下游用戶協(xié)調(diào)增大清管期間的瞬時流量從而提高管道內(nèi)氣流流速。對支線清管過程中的清管器速度測算、監(jiān)聽點(diǎn)的設(shè)置、監(jiān)聽方法的改進(jìn)及收發(fā)球作業(yè)期間的安全保障等進(jìn)行分析總結(jié)，對于以后的支線清管有借鑒意義和參考價值。同時，在其他各級管網(wǎng)支線清管過程中，也可根據(jù)實際情況對以上方法進(jìn)行推廣或改進(jìn)。