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【摘 要】在天然气输气管道建设和运行中，清管是一项非常重要、同时也是非常有风险的作业。结合大牛地气田输气管道实际运行情况和现场流程设置，适合进行在线不停气清管作业。在线清管是指在不停输的情况下对管线进行通球清管。根据管线的高程图判断积液位置和所需的压差。正式通球前需要在管线的特殊点设置监测点，适时掌控清管器的运行状况，及时调整工艺设备参数，并且正确及时的对各进气口的气量进行有效调配，有效控制清管器的运行速度，达到安全高效清管的目的。
【关键词】清管器；监测；运行控制；故障处理
1概况
大牛地气田位于陕北与内蒙交界，管线主体分为东干线、东干线复线、中干线和西干线，主要向榆济天然气输气管线供气。管道穿越地区海拔1200米左右，地形地貌以风沙草滩区、黄土丘陵沟壑区为主。气候属暖温带和温带半干旱大陆性季风气候，四季分明。
本次清管为中干线，设计压力为6.3MPa，干线全长42Km，管径为φ508×7.1mm。沿途除起点站中干线首站和终点站（塔榆首站）外共设阀室3座，分别为1#阀室、2#阀室和3#阀室；全程最大落差100米。该管线内存在积水、泥沙等杂质，随着工作时间的推移逐渐增多，输气压差逐渐增大。为了增大输气量，减小管内污水、杂质对管道内壁的腐蚀，提高气质，现需对管道进行清扫。并且中干线首站设有φ508发球阀，终点站（塔榆首站）内设有φ508收球筒可以实现在线不停产清管作业。
2主要清管设备参数
2.1淸管器
任何清管器都要求具有可靠的通过性能（通过弯头、三通和管道变形的能力），足够的机械强度和良好的清管效果。常见清管器有清管球、皮碗清管器、泡沫塑料清管器和智能清管器等。
本次清管采用PIG清管器，见图3所示，是我们平常说的裸球，它是由聚氨酯发泡形成的。它适用于长距离清管，清管器本身具有变形能力，在管道发生变形不超过30%的情况下可通过提升通球压差顺利通过，通第一遍清管器（过盈量3%左右）后根据通球末端污物情况，判定是否通第二遍清管器。其主要特点有：①清管器自重小，球体耐磨，通过能力强、可通过1.0D的弯头，清管器最大变形量≤30%，断裂伸长率≥200%。②PIG清管器当因管道发生变径发生卡阻时可通过提高介质压力将其变形通过管道变径，并且该清管器在清除管内积液污物的时候由于自身具有一定的变形能力，每次会清除部分积液、污物，这样可以避免由于管内杂物过多产生堆积，过大增加推球压差，有效避免“灌肠”发生。③PIG清管器携带有发射装置，便于清管监测，一旦发生卡阻可以迅速定位，为采取解卡措施提供保障。
2.2跟踪监测设备
清管器携带有发射机系统见图4，便于监测及定位。
图3PIG清管器示意图 图4发射机系统示意图
（1）发射机技术指标：
连续工作时间：24h以上；有效发射距离：7m之内；
工作电压：12V；工作压力：≤5MPa；
工作环境温度：-20℃——+40℃
（2）接收机技术指标：
工作电压：±12V（DC）；
定位精度：±5m；
3清管作业监测
3.1清管器跟踪监测
全线包括3座阀室对清管器进行通球监测外，为了减少天然气放空量和减少停产时间，根据管道全线高程图共预设13个监测点，分别位于距离东干线首站4km、8km、10km、12km、16km、20km、24km、27km、30km、32km、39km及距离塔榆首站1km处（监测点开挖位置选择在以上公里处较为容易开挖的地点，远离公路、铁路、高速公路等声音杂乱的位置，误差控制在200米范围内），监测采取各点轮流监测的措施进行监测。
3.2压力监测
清管器运行期间，应严密监测并记录管线的压力变化情况，如遇异常，应及时分析原因，采取应急措施，并根据清管球运行故障及处理措施及时处理。
4清管器运行控制
4.1技术要求
根据全线的压力和输气量及清管所需的压差情况，本次清管前需将全线压力提前降至2.5Mpa以下。
在进行通球时，管道存在中间进气点的处理措施为：在清管器发射前中间进气点暂停进气，仅通过清管首端进气发送清管器，当清管器通过中间进气点后方可继续供气。此次通球过程中发射清管器前阀室1、阀室2、阀室3的各支线进气口暂停进气，当清管器通过1号阀室后开启46#、51#、50#、40#、52#、43#站，清管过程中36#、49#、41#站不需开启。
4.2清管基础技术参数估算
4.2.1清管器运行速度及通球时间估算
根据《长输天然气管道清管作业规程《SY-T1999》中得出，如果能够计算输气量，可以采用速度估算公式如下：
v-----清管器运行速度，km/hQ-----输气流量，km3/d
F-----管道内径横截面积，m2----清管器后平均压力，Mpa
按清管过程中清管器上游平均压力为3.0Mpa及目前天然气输气量计算，得出理论球速及通球时间如下：（横截面积0.1916）；v=Q/（240*0.1916.P）
（1）清管过程中放空排液约10h，则实际通球时间大概在17h左右（不考虑反推、卡球等情況）。（2）天然气滞销量约为：227万方。（3）放掉的气体损失量约为：3万方。（4）通球过程中总体影响中干线输气量约为230万方（清管一遍）。
4.2.2清管污水量估算
中干线线管线管道容积为：8047方，根据以往清管经验，污水量约为管道容积的8%，则中干线污水量约为：643方。
5清管质量和效果验收
清管合格标准是以最后一遍清管器为验收对象，以清管器无严重变形、破损，收球末端基本无污物和水排出为合格标准。
6清管球运行故障及处理
6.1球与管壁密封不严漏气而引起球停止运行
没有进行内压充水的橡胶清管球，因质较软，在管内推顶石块等物时可能碾过石块，在管线低凹部或弯头处容易把球垫起，使球与管壁间出现缝隙而漏气，不能形成压差而停止运行。当用容积法计算球的运行距离和速度与实际情况不符合，且输气压差不增大时，可判断是球漏气，处理办法有：
（1）发放第二个球顶走第一个球，两球同时运行，使漏气减少而解卡。第二个球的质量要好，球径过盈量较大。（2）增大球上游进气量，提高球的推力。（3）排放球下游管线天然气，以增大压差，使球启动运行。（4）第二、第三两种方法同时使用，以增大推球压差。
6.2球破裂
因球的制作质量差，清管段焊口内侧太粗糙，或因输气管线球阀未全开，球被刮破或削去一部分。处理方法是：检查和判断破裂的原因，排除故障后发放第二个球推破球一道运行。
6.3卡球
清管球在行进中遇到较大物体或因管道变形而卡在管内，卡球的现象是球后压力持续上升，球前压力下降，处理方法有：
（1）首先采用增大进气量，提高压力，以增大压差，使之运行。
（2）降低清管球下游的压力，以建立一定压差，使之继续运行。
（3）排放清管球上游天然气，反推清管球解卡。
（4）以上方法均不能解卡，采取断管取清管球解卡。
7结束语
本文通过PIG清管器在大牛地气田的实际应用，较完整的介绍了清管器的选用、运行控制及应急响应措施，能够解决清管作业所遇到的多种问题，适应范围较广，有利于输气管道的安全可靠运行。
参考文献：
[1] 朱建平.浅谈清管器运行速度控制.石油化工应用.2009.70-72
[2]郭东升；；；.长输天然气管道在线清管作业运行速度控制.油气储运.2013年12期
[3]中国石油天然气总公司基建工程局.长输天然气管道清管作业规程.石油工业出版社.SY/T 6383-99
【关键词】清管器；监测；运行控制；故障处理
1概况
大牛地气田位于陕北与内蒙交界，管线主体分为东干线、东干线复线、中干线和西干线，主要向榆济天然气输气管线供气。管道穿越地区海拔1200米左右，地形地貌以风沙草滩区、黄土丘陵沟壑区为主。气候属暖温带和温带半干旱大陆性季风气候，四季分明。
本次清管为中干线，设计压力为6.3MPa，干线全长42Km，管径为φ508×7.1mm。沿途除起点站中干线首站和终点站（塔榆首站）外共设阀室3座，分别为1#阀室、2#阀室和3#阀室；全程最大落差100米。该管线内存在积水、泥沙等杂质，随着工作时间的推移逐渐增多，输气压差逐渐增大。为了增大输气量，减小管内污水、杂质对管道内壁的腐蚀，提高气质，现需对管道进行清扫。并且中干线首站设有φ508发球阀，终点站（塔榆首站）内设有φ508收球筒可以实现在线不停产清管作业。
2主要清管设备参数
2.1淸管器
任何清管器都要求具有可靠的通过性能（通过弯头、三通和管道变形的能力），足够的机械强度和良好的清管效果。常见清管器有清管球、皮碗清管器、泡沫塑料清管器和智能清管器等。
本次清管采用PIG清管器，见图3所示，是我们平常说的裸球，它是由聚氨酯发泡形成的。它适用于长距离清管，清管器本身具有变形能力，在管道发生变形不超过30%的情况下可通过提升通球压差顺利通过，通第一遍清管器（过盈量3%左右）后根据通球末端污物情况，判定是否通第二遍清管器。其主要特点有：①清管器自重小，球体耐磨，通过能力强、可通过1.0D的弯头，清管器最大变形量≤30%，断裂伸长率≥200%。②PIG清管器当因管道发生变径发生卡阻时可通过提高介质压力将其变形通过管道变径，并且该清管器在清除管内积液污物的时候由于自身具有一定的变形能力，每次会清除部分积液、污物，这样可以避免由于管内杂物过多产生堆积，过大增加推球压差，有效避免“灌肠”发生。③PIG清管器携带有发射装置，便于清管监测，一旦发生卡阻可以迅速定位，为采取解卡措施提供保障。
2.2跟踪监测设备
清管器携带有发射机系统见图4，便于监测及定位。
图3PIG清管器示意图 图4发射机系统示意图
（1）发射机技术指标：
连续工作时间：24h以上；有效发射距离：7m之内；
工作电压：12V；工作压力：≤5MPa；
工作环境温度：-20℃——+40℃
（2）接收机技术指标：
工作电压：±12V（DC）；
定位精度：±5m；
3清管作业监测
3.1清管器跟踪监测
全线包括3座阀室对清管器进行通球监测外，为了减少天然气放空量和减少停产时间，根据管道全线高程图共预设13个监测点，分别位于距离东干线首站4km、8km、10km、12km、16km、20km、24km、27km、30km、32km、39km及距离塔榆首站1km处（监测点开挖位置选择在以上公里处较为容易开挖的地点，远离公路、铁路、高速公路等声音杂乱的位置，误差控制在200米范围内），监测采取各点轮流监测的措施进行监测。
3.2压力监测
清管器运行期间，应严密监测并记录管线的压力变化情况，如遇异常，应及时分析原因，采取应急措施，并根据清管球运行故障及处理措施及时处理。
4清管器运行控制
4.1技术要求
根据全线的压力和输气量及清管所需的压差情况，本次清管前需将全线压力提前降至2.5Mpa以下。
在进行通球时，管道存在中间进气点的处理措施为：在清管器发射前中间进气点暂停进气，仅通过清管首端进气发送清管器，当清管器通过中间进气点后方可继续供气。此次通球过程中发射清管器前阀室1、阀室2、阀室3的各支线进气口暂停进气，当清管器通过1号阀室后开启46#、51#、50#、40#、52#、43#站，清管过程中36#、49#、41#站不需开启。
4.2清管基础技术参数估算
4.2.1清管器运行速度及通球时间估算
根据《长输天然气管道清管作业规程《SY-T1999》中得出，如果能够计算输气量，可以采用速度估算公式如下：
v-----清管器运行速度，km/hQ-----输气流量，km3/d
F-----管道内径横截面积，m2----清管器后平均压力，Mpa
按清管过程中清管器上游平均压力为3.0Mpa及目前天然气输气量计算，得出理论球速及通球时间如下：（横截面积0.1916）；v=Q/（240*0.1916.P）
（1）清管过程中放空排液约10h，则实际通球时间大概在17h左右（不考虑反推、卡球等情況）。（2）天然气滞销量约为：227万方。（3）放掉的气体损失量约为：3万方。（4）通球过程中总体影响中干线输气量约为230万方（清管一遍）。
4.2.2清管污水量估算
中干线线管线管道容积为：8047方，根据以往清管经验，污水量约为管道容积的8%，则中干线污水量约为：643方。
5清管质量和效果验收
清管合格标准是以最后一遍清管器为验收对象，以清管器无严重变形、破损，收球末端基本无污物和水排出为合格标准。
6清管球运行故障及处理
6.1球与管壁密封不严漏气而引起球停止运行
没有进行内压充水的橡胶清管球，因质较软，在管内推顶石块等物时可能碾过石块，在管线低凹部或弯头处容易把球垫起，使球与管壁间出现缝隙而漏气，不能形成压差而停止运行。当用容积法计算球的运行距离和速度与实际情况不符合，且输气压差不增大时，可判断是球漏气，处理办法有：
（1）发放第二个球顶走第一个球，两球同时运行，使漏气减少而解卡。第二个球的质量要好，球径过盈量较大。（2）增大球上游进气量，提高球的推力。（3）排放球下游管线天然气，以增大压差，使球启动运行。（4）第二、第三两种方法同时使用，以增大推球压差。
6.2球破裂
因球的制作质量差，清管段焊口内侧太粗糙，或因输气管线球阀未全开，球被刮破或削去一部分。处理方法是：检查和判断破裂的原因，排除故障后发放第二个球推破球一道运行。
6.3卡球
清管球在行进中遇到较大物体或因管道变形而卡在管内，卡球的现象是球后压力持续上升，球前压力下降，处理方法有：
（1）首先采用增大进气量，提高压力，以增大压差，使之运行。
（2）降低清管球下游的压力，以建立一定压差，使之继续运行。
（3）排放清管球上游天然气，反推清管球解卡。
（4）以上方法均不能解卡，采取断管取清管球解卡。
7结束语
本文通过PIG清管器在大牛地气田的实际应用，较完整的介绍了清管器的选用、运行控制及应急响应措施，能够解决清管作业所遇到的多种问题，适应范围较广，有利于输气管道的安全可靠运行。
参考文献：
[1] 朱建平.浅谈清管器运行速度控制.石油化工应用.2009.70-72
[2]郭东升；；；.长输天然气管道在线清管作业运行速度控制.油气储运.2013年12期
[3]中国石油天然气总公司基建工程局.长输天然气管道清管作业规程.石油工业出版社.SY/T 6383-99