长输天然气管道清管作业研究

时间:2022-10-05 09:12:08

长输天然气管道清管作业研究

[摘 要]清管是天然气管道投产前或运行中的一项重要工作,对于保障管道安全、高效运行非常关键。从清管器的种类和性能开始论述,重点分析清管作业过程存在的潜在风险,并结合长输天然气管道常见的杂质粉末积存情况,论述清管的原则、程序,对清管作业技术存在的问题和未来发展进行展望,为长输天然气管道清管作业提供借鉴。

[关键词]天然气管道 清管作业 安全分析

中图分类号:F407.22 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)40-0377-01

0 前言

在天然气长输管道建设和运行中,清管是一项非常重要、同时也是有很大风险的作业。对于新建管道来说,清管的主要目的是清除管道内的水以及诸如焊渣、泥土、石块等施工遗留物,对已经投产运行的管道,清管的主要目的是清除管内杂质粉尘,提高管道输送效率,另外,水的存在会加速管道腐蚀,在调压节流处易形成水合物,造成管道和设备的冰堵,对管道的安全运行造成威胁,也需要清除。

1 清管器的分类

常见的清管器主要有泡沫清管器、清管球、皮碗清管器、用于管道检测的智能清管器。

泡沫清管器内芯是泡沫材料,表面浇注聚氨酯,长度一般是管径的1.75~2倍。低密度泡沫清管器主要用来吸收液体,干燥管道;高密度泡沫清管器可以清除管内沉积的杂质。泡沫清管器可收缩,柔性好,对管道和阀门等设备的损伤小,通过能力强,一旦出现卡堵,加压即可将清管器打碎,不会对管线造成卡堵停输现象,但只能一次性使用,运行距离较短,并且清管不彻底。

清管球是中空橡胶球,壁厚根据直径的大小而不同,大约在40mm左右,球体上有注水排气孔,通过控制注入球内的水量,控制清管球相对管道的过盈量。清管球能够较好地清除管内的液态杂质,对于附着在管壁上的固体杂质清理效果不佳。

皮碗清管器结构相对简单,常用的皮碗按形状分为平面、锥面和球面。皮碗清管器是由一个刚性骨架和前后两节或多节皮碗构成。在管内运行时,能够保持着固定的方向,所以能够携带各种检测仪器和装置。为了保证清管器顺利通过大口径三通,前后皮碗的间距不应小于管道直径D,清管器的总长度保持在1.1D~1.5D之间,皮碗唇部对管道内径的过盈量为2%~5%。皮碗清管器密封性能好,能有效清除管道内的液态或固体杂质[1]。

磁力清管器可有效吸附管内铁锈等磁性物质,磁力清管器适合于那种里面有铁磁性杂质的管道,在清管器筒体中部位置全圆周带有强力磁块,能有效吸附管内的铁磁粉末杂质。

2 清管作业安全分析

整体而言清管作业是一项高风险作业,准确地识别出各类风险,并有针对性地进行消减控制,对于保证清管作业顺利进行,保障管道和操作人员的安全非常重要。清管作业分为发球、运行、收球三个阶段,下面分别进行风险分析。

2.1 发球过程风险分析

发球作业中的主要风险是清管器卡堵在发球筒内无法发出,以及发球筒内天然气未完全放空。在发球过程中,造成清管器卡堵潜在诱因包括以下几个方面:清管的压力不足,需要确保发球筒放空和排污管路处于关闭状态,同时缓慢增加清管压力;清管器位置不合适,需要停止清管作业,关闭进气管路,泄放发球筒内压力,打开快开盲板,检查清管器的姿态。发球过程的风险相对较小。

2.2 运行过程风险分析

清管器卡堵是天然气管道清管作业中的最大风险,容易造成卡堵的主要原因包括管道变形、管内脏物多,这就需要管道日常运行管理过程中,一方面尽量避免大型机械碾轧和违章占压管道,另一方面在管道建设或者改建期间,减少管内施工遗留物,另外在管道运行管理中定期清管。为了避免出现清管器卡堵问题,可以首先选用通过能力强的泡沫清管球验证管道的通过能力。如果清管器发生卡堵事故,可以增加清管器上游的压力、泄放下游压力,提高上下游压差,使清管器运行,也可以通过泄放清管器后的压力,反推解卡。

清管器失踪是天然气管道清管作业中常出现的事故。清管时,各监听点听不到清管球通过的声音,如果发送的是清管球,那么极有可能是清管器破烂,如果发送的是皮碗清管器,则有可能是清管器在三通处旁流,或者机械强度不够,皮碗脱硫、骨架散落[1]。

2.3 收球过程风险分析

收球作业中的主要风险包括清管器冲击快开盲板、火灾和中毒。清管器的质量较大,运动过程中对盲板的冲击力非常大,易造成盲板破坏事故,这就需要收球人员密切配合,在极短时间内完成收球流程切换[2]。在打开盲板收球过程中,会有一定量的天然气和粉尘杂质涌出,杂质中含有的FeS遇空气自然,会点燃天然气,从而引发火灾,因此收球作业人必须劳保着装、使用防爆工具外,现场配备消防器材外。收球过程风险较大。

3 长输管道清管流程

清管作业除了选用合适的清管器外,还需要根据实际情况讲究合理地清管流程和顺序。长输天然气管道内容易积存大量黑色粉末,研究表明黑色粉末的主要成分是灰尘、矿砂、轧屑、氧化铁、碳酸铁、硫化铁、焊接渣和飞溅物、腐蚀铁屑、阀门用脂和腐蚀抑制剂与其他杂物。针对这种存在大量黑色粉末的情况,在使用各种功能清管器进行清管时更加需要合理安排清管流程。由于不同的清管器其清扫功能不同,清扫出来的粉末量也不一样,所以在使用时必须循序渐进、多次清管,否则一旦清在进行完一个阶段的第一次清管后,要查看收球筒及过滤器等装置中清扫出来的粉末量多少,决定是否进入下一阶段的清管。

3.1第一阶段,投运泡沫清管器

第一阶段的清管的任务是试探管内杂质脏物多少,验证管道的椭圆度和清管器的能否顺利通过,因此要选择最安全的泡沫清管器,根据泡沫清管器能否顺利收出,以及清除的黑色粉末量的多少来决定是否进入下阶段的清管。

3.2 第二阶段,投运带喷射阀的碗清管器

这种清管器的前端设计有喷射装置,用于将清管器前端积攒的杂物搅动起来,防止清管器前端杂物聚集沉淀过多而导致清管器卡堵,无法前行,保障了清管的安全性。这一阶段主要是深入清理管道内的杂质粉末。一般需要多次反复清理,直到连续两次清扫出来的粉末量较少,才能进入下一阶段清管工作。

3.3 第三阶段,投运带支承轮系统的磁力清管器

磁力清管器运行时只有皮碗接触管道,不存在金属磨损管道,所以有效地保护了管道内涂层。由于该清管器携带有磁铁,质量会比常规的清管器重,所以该清管器上加装前后两排支承轮系统,不会出现清管器皮碗偏磨严重、泄漏停球等现象,提高了清管安全性。由于支承轮的轮子是由聚氨酯弹性体材料浇注而成的,所以它适用于任何管道的清管,不会对内涂层造成损伤[3]。

3.4 第四阶段,投运带支承轮系统的刷毛清管器

传统的带钢刷清管器是在筒体的两端安装环状钢刷,这样的清管器其通过能力受到很大的限制,而且对弯头部位的清扫效果并不理想;而另一种钢刷式清管器是在筒体中间的弹片上安装块状钢刷,钢刷安装在强力弹片上,可随管道内壁自由浮动,既保证了清扫效果,又大大增强了通过能力。但是,由于钢刷清管器对管壁内涂层造成损伤,需要根据实际情况用弹性较好的尼龙刷毛来替代钢制刷毛。

4 展望

清管器在管道中运行时振动较大,不但造成自身螺栓脱落甚至骨架断裂,同时造成管道裂纹急剧扩展甚至造成管道断裂、设备损坏、管道连接处泄漏。这些问题可以通过改变皮碗性能、减轻骨架自重、增加弹性导轮以及避开共振频率等手段加以解决。常用清管器偏磨现象严重,偏磨大大降低了清管器的密封性和清管效果,清管器的自重是造成偏磨的重要原因,目前清管器的骨架主要由铁材制成,可考虑在满足强度要求的情况下,采用合金以及有机聚合物等材料,以减轻清管器自重,也可以采用安装导轮的方式来支撑重力,减少偏磨,提高效率。

参考文献

[1] 朱喜平.天然气长输管道清管技术[J].石油工程建设,2005,31(3):12~16.

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