天然气管道用清管球清理管道的分析

　　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。利用清管球清除管内污物是解决上述问题的有效措施[1，2]，为此，我公司于2009年10月进行了首次清管球清管作业。

 2　清管球清管方案

　　p0q0/T0＝Zpq/T　　　　　　　　(1) 式中：p0——工程大气压力，0.103 3 MPa；
　　　q0——工程状况(0.103 3 MPa，293 K)下的供气量，m3/h；
　　　T0——工程状态下的温度，293K；
　　　Z——气体压缩系数；一般清管作业时的压力p＜1.2MPa，Z＝1.0；
　　　p——清管球后的绝对压力，MPa；
　　　q——清管作业时的工作状态下的燃气流量，m3/h；
　　　T——发送站的天然气温度，K。
　　若近似认为了：T＝T0，式(1)简化为
式中：d——管道内径，0.414m；
　　　v——清管球在管道内的运动速度，km/h。
　　
　　当天要求的供气量为20×104m3/d，则q0＝8 333m3/h。代入式(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)清管球前后压差的确定
　　清管球前后压差Δp可利用“组合圆筒”原理按下式计算确定：
式中：Δp——清管球前后压差，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，8.0MPa；
　　　β——清管球的相对过盈量，过盈量与半径的比值；β＝8/207＝0.038 6；
　　　μ1——橡胶球的泊松比，0.48。

　　经计算得出Δp＝0.05MPa。考虑污物的阻力，确定清管球的前后压差Δp为0.06MPa。 2.3　清管球运行距离乙的确定
　　清管球的运行距离根据进入清管球后管道内的气体量用体积法计算。

　　L＝4p0TV0Z/(πd2pT0) (3) 　　式中：L——清管球与起点的运行距离，m；
　　　　　V0——发球后累计进气体积(状态为0.103 3MPa，293K)，m3。
　　将有关数值代人式(3)，可得

　　L＝0.743V0/p (4)

3　清管作业

3.1　清管过程
　　重庆天然气长输管道天津支线全程见图1。
　　充气支线全程设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)，观测压力及清管球通过与否。清管前一天，将天津支线压力(表压)降至0.5MPa，以便控制清管球的运行速度。

　　清管当天上午8∶00，清管作业正式开始。清管作业的全过程见表1。由清管球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)在清管球未进入管道系统时，永清站与天津站的压差很小，为0.003MPa。8∶08开始清管作业时，为了克服清管球与管道的摩擦力，使Δp升高至0.07MPa左右，说明选用的清管球较为合理。

　　(2)随着清管作业的进行，清管球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球前后的压差。从11∶30开始，Δp缓慢升高至0.154MPa。

表l 清管球运行状况

　(3)13∶40清管球前压力(天津站压力) 由0.7MPa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，表明清管球通过了第一个卡阻部位。随后清管球前压力由0.537 MPa再次出现急速下降现象倒13∶59天津站压力降为0.092MPa，表明清管球又出现了卡阻。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，Δp不断升高。当Δp升高到能克服清管球与管道的摩擦阻力时，清管球被突然冲开，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，曾多次提高清管球后压，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，迫使清管球退出卡阻位置，具体操作如下：

　　首先，在16∶00左右，打开越站阀，使下游气反输，清管球前压力由 0.072 MPa提高到 0.690MPa。其次，打开京福阀室的放散阀，使清管球的后压由0.90MPa降至0.35MPa(此时清管球前压力为0.69MPa)，Δp＝－0.35MPa，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，使清管球后压由 0.35MPa升至1.5MPa。天津站压力开始升高，升至0.995MPa，说明清管球在运行，到19∶12清管球到收球筒，清管作业顺利结束。