清管器在特殊管线应用的可行性

摘 要 本文通过现场模拟试验，证明可以设计专门清管器，满足特殊管线管件清管的需求，解决了一般清管器不能对非设计专用管线清管的难题。

关键词 清管器；模拟试验；特殊管线

中图分类号U178 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）42-0077-02

近年，清管器在石化行业长输管线清扫领域已得到普遍应用。目前最常用的清管器为聚氨酯皮碗清管器和泡沫清管器，这两种清管器结构简单，使用方便，得到广泛应用。但清管器的使用也有一定的局限性，它通过管线有一定的条件：管线弯头大于1.5D、无变径、无特殊焊接点和特殊管件，且一般为单向清管。所以需清管作业管线在设计和施工时均考虑清管作业。而对于存在管线小变径、1D弯头、大拉杆波纹膨胀节、S弯等诸多特殊管件且需双向清管作业的管线，普通清管器无法通过。我们通过将专业设计的双向清管器改造并进行实物模拟试验，成功实现存在上述特殊点的管线的清管作业。

1 清管试验的目的

因业务需要考虑用汽油外管输送石脑油，为防止两种油品混合发生质量事故，决定用氮气作动力，用清管器对汽油外管进行清管作业。但外管设计时未考虑清管作业，管线存在多处特殊点，普通清管器不能通过。沈阳某公司依据管线特点量身制作了一个清管器，结果在现场第一个特殊焊缝处卡住。为避免此类情况再次发生，我们决定先依据现场所有特殊点预制一段试验管线，又与河北某管道技术公司合作，重新设计清管器，在电脑模拟试验通过后，进行实物模拟试验。

2 试验方案的确定

汽油外管为Φ406×8和Φ426×8两种规格，存在1D 90°弯头、不规则1.5D 90°弯头（施工过程中加工、切割处理）、斜焊缝、S弯、大拉杆膨胀节等。

针对管线特点，我们确定了试验方案，试验管线包括大拉杆膨胀节、Φ406和Φ426管线、1D弯头、不规则1.5D弯头、S弯等，预制管线尽量和现场特殊管件一致。管线下每隔5m设钢支架支撑管线，防止位移，管线两端设置DN25排气口，DN65注水、出水口，DN50进气、出气口，两端各加一盲板，清管器直接从一端顶入后用盲板封堵。

3 清管器的设计改造

清管器由河北某管道技术公司专门设计，出厂前先根据管线特点进行了电脑模拟试验，结果良好。清管器为聚氨酯材料，中间设7片外径426mm的红色聚氨酯皮碗，厚20mm，两片皮碗中间为厚25mm的耐油耐水橡胶片，清管器两端各一片外径388mm、厚25mm的黄色支撑压板。清管器在管线内运行时红色皮碗与管线内壁接触，达到清扫和隔离介质的目的，所以红色皮碗材料软，弹性大，容易变形以适应管壁变化；黄色支撑压板主要起支撑和固定作用，保持清管器整体性，材料硬，不易变形；清管器中心为钢骨架，内装发射机，外配接收机，以接收清管器信号。

因设计清管器时未明确大拉杆膨胀节内衬尺寸，造成黄色支撑压板外径（388mm）大于其内衬内径（380mm），因此将黄色支撑压板加工为外径378mm，重新组装后将清管器推入。由于没有发球筒，清管器顶入管线时阻力较大，故采用导链和千斤顶顶入。但红色皮碗只顶入一片时，与后边的红色皮碗相互挤压，无法继续顶入，现场讨论认为主要为两片皮碗的间距太小，皮碗外径较大，皮碗进入管线中相互挤压变形严重无变形空间，后我们将红色皮碗减为5片，清管器的总长度不变，利用耐油耐水橡胶片加工制成两片厚度为20mm的隔板以替代拆除的两片皮碗，组装完毕后再次将清管器顶入管线，结果最后一片皮碗未能推入。经分析认为是黄色支撑压板外径大，在红色皮碗相继推入管线后，挤压变形严重，致使黄色支撑板变形严重，无法继续推入，后将黄色支撑板再次加工为外径340mm，组装完毕后清管器顺利顶入管线。

4 试验过程

清管器顶入后开始模拟试验，第一次试验失败，第二次试验清管器顺利从正反方向通过试验管线。

4.1 第一次试验

试验用水代替汽油，用压缩空气代替氮气，压缩空气的额定供气压力为0.8MPa，出气量为9m3/min，清管器从一端推入，在压缩空气的动力下推向另一端，具体的试验步骤如下：

1）打开清管器端DN25排气阀，从管线另一端DN65口向管线内注满水；

2）关闭排气阀和注水阀，打开清管器前的DN50进气阀，用带压胶管将空压机入口与阀门连接并确保密封；

3）启动空压机，慢慢打开空压机供气阀，供气压力从0.1MPa上升到0.4MPa，并稳定在0.4MPa，用压缩空气顶清管器，并用接收机对清管器内发射机发出的信号进行接收，跟踪清管器的位置，发现清管器卡在大拉杆膨胀节附近。

拆开大拉杆膨胀节，发现清管器卡在膨胀节后与管线的法兰连接处。经分析讨论，有以下几点可能导致失败的原因：一是清管器推入时受力不均匀，造成清管器位置不正漏气；二是压缩空气开启时压力太小，风量和起始压力不足；最坏的可能就是清管器确实无法通过特殊管线。

4.2 第二次试验

总结失败的经验教训，我们进行了第二次试验。在顶进清管器时尽量用力均衡，使清管器均匀推入管线，并加大压缩空气的起始压力。

试验步骤的第1、2步同第一次试验，启动空压机待压力达0.8MPa时全开供气阀，用压缩空气顶清管器，并使供气压力稳定在0.4MPa，同时用接收机对清管器内发射机发出的信号进行接收，跟踪清管器的位置。1min后清管器顺利到达管线另一端，试验成功，但能看出清管器通过大拉杆膨胀节时膨胀节发生伸缩变形。随后，我们又马上进行了逆向试验（顺向逆向主要针对大拉杆膨胀节而言），试验步骤同上，结果清管器也顺利通过，但试验时也可以观察到清管器通过大拉杆膨胀节时膨胀节发生伸缩变形。

试验完毕后，将清管器从管线取出，对管线内部进行检查，管线内无存水和杂质，清扫效果良好。

5 试验结论

通过试验我们得出：通过专门的设计和改造，清管器可以实现在特殊管线进行清管作业且效果良好，证明了清管器在特殊管线应用的可行性，但若清管作业频繁，会对大拉杆膨胀节等产生磨损并影响其寿命，同时还存在一定的风险。建议各单位在管线设计时一定要考虑清管作业，避免后续的麻烦，减少不必要的风险。

参考文献

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