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
时刻 | 清管球后压力/MPa | 清管球前压力/MPa | 压差Δp/MPa | 备 注 |
8∶00 | (永清站) 0.465 | (天津站) 0.462 | 0.003 | 无清管球时 |
8∶08 | 0.561 | 0.500 | 0.061 | 清管球发出 |
8∶25 | 0.601 | 0.530 | 0.071 | |
9∶00 | 0.543 | 0.500 | 0.043 | |
9∶40 | 0.579 | 0.550 | 0.029 | |
9∶55 | 0.570 | 0.528 | 0.042 | 清管球通过赵家楼阀室 |
10∶30 | 0.611 | 0.533 | 0.078 | |
10∶55 | 0.669 | 0.600 | 0.069 | |
11∶10 | 0.676 | 0.613 | 0.063 | |
11∶30 | 0.701 | 0.636 | 0.065 | 通知永清站加大流量 |
11∶37 | 0.710 | 0.639 | 0.071 | |
12∶00 | 0.721 | 0.647 | 0.074 | 清管球通过王庆坨阀室 |
12∶25 | 0.780 | 0.67 | 0.110 | |
12∶57 | 0.806 | 0.679 | 0.127 | 清管球通过京福阀室 |
13∶30 | 0.841 | 0.691 | 0.150 | |
13∶13 | 0.845 | 0.691 | 0.154 | 清管球通过电厂 |
13∶40 | 0.895 | 0.700 (开始下降) | 0.195 | 按照计算,清管球应到达天津配气站,而实际未到。 |
13∶46 | 0.900 | 0.537 (继续下降) | 0.363 | 发出硬物撞击管道声,清管球已到天津站前阀组。 |
13∶59 | 0.920 | 0.092 | 0.828 | |
14∶30 | 0.950 | 0.08 | 0.870 | |
15∶00 | 0.970 | 0.076 | 0.894 | |
16∶00 | 0.960 | 0.072 | 0.888 | 打开越站阀,使下游气反输,进行反吹,同时打开京福阀室放散阀。 |
16∶30 | 0.900 | 0.246 | 0.654 | |
17∶00 | 0.350 | 0.690 | -0.350 | |
17∶48 | 1.500 | 0.784 | 0.716 | 关闭京福阀室放散阀 |
19∶12 | 1.500 | 0.995 | 0.505 | 清管球到达天津站收球筒 |
(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。