天然气高压管道带气通球清管的分析

第 23卷 第 5期 2003年 5月 煤气与热力 Gas& Heat V01．23 No．5 Mav 2003 文章编号：1000—4416(2003)05—0296—03 天然气高压管道带气通球清管的 李莉萍 ，王卫红 ，曲伟国 (1．陕津天然气集输有限公司，天津 300112；2．中国市政工程华北设计研究院，天津 300074) 摘要：介绍了陕京天然气高压管线天津支线清管过程，分析了出现的问题及其解决措施。 关键词：天然气输气管道；清管；清管器 中图分类号：TU996．8 文献标识码：B Analysis of Online Purging of High Pressure Natural Gas Pipeline U Li—ping1，WANG Wei—hong1，QU Wei—guo2 (1．Tianjin Shanjin Natural Gas Transmission Limit Company，Tianjin 300112，China； 2．North China 胁砒 Engineering O~sign and Research Institute，Tianjin 300074，China) Abstract：The online purging process of Tianjin branch pipeline of Shanjin high pressure natural pipeline is introduced，and occurring problems and solving megtsilre8 are analyzed ． Key words：natural gas transmission pipeline；purging；swabbing PIG 1 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 62 km，公称管径400 mln，设计压力为4．0 MPa。 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 J，为此，我公司 于 1999年 1O月进行了首次带气通球清管作业。 2 通球清管 2．1 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。 清管球外层为耐磨耐油的氯丁橡胶，公称 直径不超过 100 lain的清管球一般采用实心球，大于 100 mm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 · 收稿日期：2002一ll—lO 作者简介：李莉萍(1964一)，女，天津人，工程师，大学，从事燃气输配技术工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 5期 李莉萍等：天然气高压管道带气通球清管的分析 ·297· (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6～7 h，清管器的运行速度为 10 km／h。清管作业时，天津支线清管器后的压力： P0qo／To= Zpq／T (1) 式中：P0——工程大气压力，0．103 3 MPa； g0——工程状况(0．103 3 MPa，293 K)下的供 气量 ，nl3／h； — — 工程状态下的温度 ，293 K； z——气体压缩系数；一般清管作业时的压力 P <1．2 MPa，Z =1．0； P——清管器后的绝对压力，MPa； 口——清管作业时的工作状态下的燃气流量， nl3／h； — — 发送站的天然气温度，K。 若近似认为 = ，式(1)简化为 p=p。g。／g= (2) 式中：d——管道 内径 ，0．414 m； 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×lO4 nl3／d，则 q。= 8 333 m3／h。代入式(2)得，P=0．77 MPa。 由此确定清管作业时清管球后天津支线的压力 (表压)为0．7 MPa左右。 (2)清管器前后压差的确定 清管器前后压差△p可利用“组合圆筒”原理按 下式计算确定： Ap = ‘ 4arc胁 2 n an 2 ) √ 一8 ＼ √ 一8} 1一 1 式中：△p——清管器前后压差，MPa； ． 厂——橡胶球与钢管的滑动摩擦因数，0．12； E——橡胶球的弹性模量，8．0 MPa； — — 清管器的相对过盈量，过盈量与半径的 比值 ；G=8／20／=0．038 6； ，——橡胶球的泊松比，0．48。 经计算得出Ap=0．05 MPa。考虑污物的阻力， 确定清管器的前后压差 △p为0．06 MPa。 2．3 清管器运行距离 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。 = 4p0 Z／(rtd pTo) (3) 式中： ——清管球与起点的运行距离，m； — — 发球后累计进气体积(状态为0．103 3 MPa，293 K)，nl3。 将有关数值代人式(3)，可得 L=0．743 Vo／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。 蒜 H H王庆坨阀室H京福阀室 (设发球装置)I l阀室I l⋯⋯～I l⋯⋯’一 器 H阀组H ——]广](设收球装置)r卜1 嘲班r]厂阀室 些苎 卜卜—一 图 1 天津支线全程 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 0．5 MPa，以便控制清管器的运行速度。 清管当天上午 8：0o，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 450 kg。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 0．003 MPa。8：08开始清管作 业时，为了克服清管器与管道的摩擦力，使 △p升高 至 0．07 MPa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，△p缓慢 升高至 0．154 MPa。 维普资讯 http://www.cqvip.com · 298· 煤气与热力 2003仨 表 1 清管器运行状况 清管器后 清管器前 压差 时刻 备 注 压力，Ⅶ)a 压力／MPa △p／MPa (永清站) (天津站) 8iO0 O．003 无清管器时 0．465 0．4I62 8i08 O．56l O．5o0 O．o6l 清管器发出 8i25 O．60l O．53O O．o7l 9iO0 O．543 O．500 O．o43 9i40 0．579 O．550 O．029 9i55 O．57O O．528 O．O42 清管器通过赵家楼阀室 10i30 O．6l1 0．533 O．O78 10：55 O．669 O．60o O．069 l1：10 O．676 0．613 O．O63 l1i30 0．701 O．636 O．O65 通知永清站加大流量 l1：37 0．710 O．639 O．o7l 12iO0 0．721 0．647 0．074 清管器通过王庆坨阀室 12i25 O．78O 0．67 O．11O 12-57 O．806 O．679 O．127 清管器通过京福阀室 13i30 O．84l O．69l 0．150 13：13 O．845 O．69l O．154 清管器通过电厂 O．700 按照计算，清管器应到 13：40 O．895 0．195 达天津配气站，而实际 (开始下降) 未到。 0．537 发出硬物撞击管道声， 13：46 O．900 O．363 清管器已到天津站前 (继续下降) 阀组。 13：59 O．920 O．092 O．828 14：30 O．950 O．08 0．870 15iO0 0．970 O．O76 0．894 打开越站阀，使下游气 16：O0 O．9印 O．o72 O．888 反输，进行反吹，同时 打开京福阀室放散阀。 16：30 O．900 O．246 O．654 17iO0 O．350 O．岱Io —O．350 17：48 1．500 O．784 0．716 关闭京福阀室放散阀 清管器到达天津站收 19：12 1．5o0 O．995 O．505 球筒 (3)13：40清管器前压力(天津站压力)由0．7 MPa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，到 13：59天津站压力降为 0．092 MPa， 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，△p不断升高。当△p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 15：0o至 16：0o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 16：0o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 0．690 MPa。 其次，打开京福阀室的放散阀，使清管器的后压由 0．90 MPa降至0．35 MPa(此时清管器前压力为0．69 MPa)，△p=一0．35 MPa，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0．35 MPa升至 1．5 MPa。天津站压力开始升高，升至 0．995 MPa，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， 应提高清管器后压。克服摩擦阻力。 (3)在设计施工中，应注意长输管道上连续两 个弯头间距不能太小，弯头弯曲半径不能过小。 参考文献： [1] 赵先勤，曹 阳，张合平．城市燃气输配管道的清管吹 扫[J]．煤气与热力，2OOO，(2)：l53一l54． [2] 高娟萍．输气管道工程的通球扫线[J]．煤气与热力， 1999，(5)：3㈣ ，39． 维普资讯 http://www.cqvip.com