天然氣管道用清管球清理管道的分析

　　在施工過程中殘留下來的污物（水、土、砂、石塊、焊渣等雜物）和管道投產運行中積存的凝析液及腐蝕物，會影響氣質和輸氣能力，堵塞儀表，降低計量精度，加劇管道內壁腐蝕。利用清管球清除管內污物是解決上述問題的有效措施[1，2]，為此，我公司于2009年10月進行了清管球清管作業。

 2　清管球清管方案

　　p0q0/T0＝Zpq/T　　　　　　　　(1) 式中：p0——工程大氣壓力，0.103 3 MPa；
　　　q0——工程狀況(0.103 3 MPa，293 K)下的供氣量，m3/h；
　　　T0——工程狀態下的溫度，293K；
　　　Z——氣體壓縮系數；一般清管作業時的壓力p＜1.2MPa，Z＝1.0；
　　　p——清管球后的絕對壓力，MPa；
　　　q——清管作業時的工作狀態下的燃氣流量，m3/h；
　　　T——發送站的天然氣溫度，K。
　　若近似認為了：T＝T0，式(1)簡化為
式中：d——管道內徑，0.414m；
　　　v——清管球在管道內的運動速度，km/h。
　　
　　當天要求的供氣量為20×104m3/d，則q0＝8 333m3/h。代入式(2)得，p＝0.77MPa。

　　由此確定清管作業時清管球后天津支線的壓力(表壓)為0.7MPa左右。

　　(2)清管球前后壓差的確定
　　清管球前后壓差Δp可利用“組合圓筒”原理按下式計算確定：
式中：Δp——清管球前后壓差，MPa；
　　　f——橡膠球與鋼管的滑動摩擦因數，0.12；
　　　E——橡膠球的彈性模量，8.0MPa；
　　　β——清管球的相對過盈量，過盈量與半徑的比值；β＝8/207＝0.038 6；
　　　μ1——橡膠球的泊松比，0.48。

　　經計算得出Δp＝0.05MPa?？紤]污物的阻力，確定清管球的前后壓差Δp為0.06MPa。 2.3　清管球運行距離乙的確定
　　清管球的運行距離根據進入清管球后管道內的氣體量用體積法計算。

　　L＝4p0TV0Z/(πd2pT0) (3) 　　式中：L——清管球與起點的運行距離，m；
　　　　　V0——發球后累計進氣體積(狀態為0.103 3MPa，293K)，m3。
　　將有關數值代人式(3)，可得

　　L＝0.743V0/p (4)

3　清管作業

3.1　清管過程
　　重慶天然氣長輸管道天津支線全程見圖1。
　　充氣支線全程設6個觀測點——永清站、趙家樓閥室、王慶坨閥室、京福閥室、楊柳青電廠閥室、天津配氣站(以下簡稱天津站)，觀測壓力及清管球通過與否。清管前一天，將天津支線壓力(表壓)降至0.5MPa，以便控制清管球的運行速度。

　　清管當天上午8∶00，清管作業正式開始。清管作業的全過程見表1。由清管球清出的污物為深褐色粉狀體，并伴有少量的水，污物質量約450kg。經化驗含有碳、鐵等元素。 3.2　分析
　　(1)在清管球未進入管道系統時，永清站與天津站的壓差很小，為0.003MPa。8∶08開始清管作業時，為了克服清管球與管道的摩擦力，使Δp升高至0.07MPa左右，說明選用的清管球較為合理。

　　(2)隨著清管作業的進行，清管球前會堆積一定量的污物，增加了阻力，于是在11∶30開始加大流量提高清管球前后的壓差。從11∶30開始，Δp緩慢升高至0.154MPa。

表l 清管球運行狀況

　(3)13∶40清管球前壓力(天津站壓力) 由0.7MPa開始突然下降，說明出現了卡阻現象。13∶46站前管道發出撞擊聲，表明清管球通過了第一個卡阻部位。隨后清管球前壓力由0.537 MPa再次出現急速下降現象倒13∶59天津站壓力降為0.092MPa，表明清管球又出現了卡阻。天津站支線進天津站拐了一個彎，在站圍墻內外各有一個彎頭。根據天津站壓力和撞擊聲的來源，我們判斷出現第一次卡阻在站外彎頭處，由于出現了卡阻現象，使天津站壓力突然下降，Δp不斷升高。當Δp升高到能克服清管球與管道的摩擦阻力時，清管球被突然沖開，并在站內彎頭處再次被卡住(站外彎頭與站內彎頭兩者距離較短)。在15∶00至16∶00之間，曾多次提高清管球后壓，但均無濟于事。經分析出現卡阻的原因可能是：①清管作業在接近尾聲時，沉積的污物增多，在經過彎頭處增加了阻力；②熱煨彎頭在制造中存在誤差(如橢圓度超標等)。為此，我們決定采用反吹方法，迫使清管球退出卡阻位置，具體操作如下：

　　首先，在16∶00左右，打開越站閥，使下游氣反輸，清管球前壓力由 0.072 MPa提高到 0.690MPa。其次，打開京福閥室的放散閥，使清管球的后壓由0.90MPa降至0.35MPa(此時清管球前壓力為0.69MPa)，Δp＝－0.35MPa，此時管道處于反向清管。最后，在17∶48關閉京福閥室放散閥，提高永清站流量，進行正向清管，使清管球后壓由 0.35MPa升至1.5MPa。天津站壓力開始升高，升至0.995MPa，說明清管球在運行，到19∶12清管球到收球筒，清管作業順利結束。