l 前言
陕京天然气高压管线天津支线北起永清站，南至西青区汪庄子南的天津配气站。管线全长62公里，管径DN400，设计压力为4．0Mpa。
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，为此，我公司于1999年10月进行了首次带气通球清管作业。
2 通球清管方案
2.l 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。
清管球外层材料为耐磨耐油的氯丁橡胶，公称直径不超过100mm的清管球一般采用实心球，大于100mm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，并且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
(1)清管器后压力的控制
清管器的运行速度应适宜，过块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—7h，清管器的运行速度为lOkm／h。清管作业时，天津支线清管器后的压力：
Poqo／To＝ZPq／T (1)
式中：Po一工程大气压力，0．1033 MPa
To一工程状态下的绝对温度，293Kq
qo一工程状况(0．1033Mpa，293K)下的供气量，m3／h； q一清管作业时的工作状态下的燃气流量，m3／h；
P一清管器后的绝对压力，Mpa；
T一发送站的天然气温度，K
Z一压缩系数一般清管作业时的压力
P<1.2MPa，Z＝l.0；
若近似认为T＝To，式(1)简化为P≈Poqo／q＝4×10-3． Poqo／πd2v (2)式中：d一管道内径，0．414m； V一清管器在管道内的运动速度，km／h。
当天要求的供气量20×104M3／d，则qo＝8333M、3／h。代人式(2)得，p＝0．77Mpa。
由此确定清管作业时清管球后天津支线的压力(表压)为0.7Mpa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：
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0.5MPa，以便控制清管器的运行速度。
式中：△p-清管器前后压差，Mpa；
f-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
p-清管器的相对过盈量，过盈量与半径的比值；
ß＝8／207＝0．0386；
µ1一橡胶球的泊松比，0．48
经计算得出△p＝0．05 Mpa。考虑到污物的阻力，确定清管器的前后压差△p为0．06 MPa。
2．3 清管器运行距离L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。
L＝4PoTVoZ／(πd2PTo) (3)
式中：L一清管球与起点的距离，m；
V0一发球后的累计进气体积(状态为
0．1033MPa，T＝293K)，m3
将有关数值代入式(3)可得
L＝0．743Vo／P (4)
3 清管作业
3.l 清管过程
清管当天上午8：00，清管作业正式。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450Kg。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0．003MPa。8：08开始清管作业时，为了克服清管器与管道的摩擦力，使AP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ll：30开始，△P缓慢升高至0．154MPa。
(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0．092MPa，天津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15：00至16：00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，迫使清管器退出卡死位置，具体操作如下：
首先，在16：00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0．35MPa(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，提高永清流量，进行正向清管，使清管器后压由0.35MPa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，对长输管线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。 |
