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输气管道清管器卡堵诊断与应急处置方法

2023-09-12 145 上传者：管理员

摘要：清管作业是天然气长输管道运行期间的一项重点工作，是保证管道清洁和提高输气效率的重要措施。主要对长输管道清管器卡堵的类型、原因以及解卡方法进行了分析和总结，现在实例表明灵活运用多种解卡措施，能够及时有效地解除故障，降低卡堵影响及解卡成本，保证管道安全平稳运行。

关键词：
卡堵
处置
气管道诊断
清管器
输气管道
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定期进行清管作业对于输气管道长期稳定运行有着重要意义。然而，由于管道内部存在着大量的杂物和沉淀物或其他因素，清管器卡堵问题时有发生。对于清管器卡堵问题，如果不能及时、有效地解决，将会给管道运行带来不可估量的危害，包括管道输气效率降低、管道破损、事故风险增加等。因此，对于输气管道清管器卡堵问题的解决方法研究具有非常重要的意义。

1、清管器卡堵的类型及原因分析

1.1焊口错边卡堵

管道的焊口连接部分是管道输送气体的重要部位，如果焊接不规范，就容易造成焊口错边现象。焊口错边是指管道在焊接时，焊接接口的位置偏移了一定的距离，从而导致管道内部出现不规则的凸起或凹陷，这些凸起或凹陷会阻碍清管器顺利通过，导致清管器卡堵[1]。

焊口错边的原因主要有以下几个方面[1]:

(1）焊接操作不规范。

如果焊接人员焊接时没有严格按照标准进行操作，或者焊接人员技术不熟练，将容易导致焊口错边。

(2）管道在运输或安装过程中受到外力的作用，比如挤压、变形等，管道的焊口连接部分也将会出现错位。

(3）管道材质不均匀。

管道材质的不均匀也会导致管道焊口错边，如管道材质硬度不均匀，焊接时产生的热量不均匀等。

1.2粉尘堆积卡堵

粉尘是管道输送过程中不可避免的产物。一方面，由于管道本身的摩擦和气流带动，会产生大量的灰尘和细小颗粒物，这些物质会在管道内壁和弯头等部位积聚并形成粉尘；另一方面，天然气中的气体成分对于管道内的腐蚀、积存沉淀物等均会产生影响[2]。例如，天然气中若含有较多的硫化氢，容易促进管道内的腐蚀，并形成粉尘等沉淀物。如果清管周期安排不合理，这些粉尘会逐渐堆积在管道壁上，导致管道内径变小，甚至完全阻塞管道。当清管器通过时，由于管道内壁周围堆积的粉尘使得清管器通过时的阻力增大，导致清管器运行缓慢，从而导致卡堵。

粉尘堆积的主要原因有：

(1）管道维护不及时。

如果管道的清管周期安排不合理、不及时，粉尘会逐渐堆积在管道内部，增加卡堵的风险。

(2）管道设计不合理。

例如弯头设计过多或者管道直径过小等，容易使粉尘在管道内部沉积，形成粉尘层，在清管作业期间大大增加因粉尘堆积造成清管器卡堵的风险。

1.3管道变形或缩径导致清管器卡堵

长输管道在施工和运行使用过程中可能会受到各种因素的影响。例如地震、地质变化、地面沉降、管道运行过程中受到外力冲击或其他因素造成的机械损伤，都会导致管道局部变形或缩径，在清管期间难以通过从而出现卡堵[3]。

1.4阀门卡堵

清管器在阀门处发生卡的的可能性不高，但也偶有发生，其主要原因有：

(1）在进行管道清管作业前期准备不充分，未安排专人确认沿线站场、阀室的截断阀门是否处于全开状态。

(2）在清管过程中，由于阀门关闭时间有误，造成清管器卡在阀门中间。

1.5三通卡堵

三通卡堵是清管过程中可能出现的一种较严重的问题，轻则会造成输气中断，严重时可能造成管道压力升高，甚至会导致输气管道因憋压造成刺漏等严重问题，造成输气管道清管器在管道三通位置卡堵的原因有[4]:

(1）管道在施工过程中，未在管道三通位置设置挡条，清管器在通过三通位置时易产生倾斜，进而造成卡堵。

(2）在放空引流、建立压差阶段，操作人员未及时关闭放空阀，导致管道内气体形成偏流，清管器运行到该处附近是发生偏移，由于姿态不正，卡堵在管道三通挡条处。

2、解卡方法

2.1看压差、定位置

清管作业期间清管器运行的动力源是清管器前后的压差，在清管器卡堵后，上游来气无法及时输至下游，清管器后端形成憋压，管道压力呈上升趋势，同时由于下游用户持续用气导致清管器前端的压力呈下降趋势。工程师一方面根据SCADA系统采集的实时压力数据，进行分析；另一方面，根据现场检测组反馈的信息，初步判断清管器可能卡堵的大致位置，然后通知现场跟球人员利用通过指示仪对该区域加密寻找，参照高等数学中夹逼准则的思想，不断缩小区域范围，最终确定具体的卡堵位置。

2.2调气量、调流向

(1）确定卡堵位置后，可通过“调气量、调流向”来推球解卡，即增大清管器后端的进气流量，提高推球压力，此时要注意若球后端的压力提高至该管线的安全极限值（SOL）、标准运行条件（SOC）控制清单中的SOC值，若清管器仍卡堵，则放弃该方法，采用“正向解卡”的方法：通过降低清管器前端用户侧的压力，增大清管器前后压差，增大推力，从而实现“正向解卡”。

(2）在管网工艺流程具备正反输条件时，通过提升清管器前端的压力、流量，形成下游高压，上游低压，逆向将清管器推至发球筒。

(3）在清管器解卡的方法选择时，正向解卡法与逆向解卡法不互斥，可重复选择使用，直到解卡成功。

2.3二次发球

若调整气流和流向无法解决清管器卡堵问题，可以发送第二个清管器推动卡堵的清管器。此时需注意发送的第二个清管器过盈量较第一个稍大，同时可在清管器前端采用增设皮碗或直板，减少撞击，避免第二个清管器损坏。

2.4换管道，取球

当利用上述各种方式尝试解卡无果后，为尽快排除卡堵故障，恢复管道正常生产，应采取割管取球解卡。当监测人员利用探测仪确定清管器卡堵位置后，关闭卡堵位置上、下游管线的主阀，放空泄压后，对卡堵段管道进行换管作业。换管作业期间，需做好下游的民生保供及现场的风险管控措施的落实。

3、解卡实例

HF干线输气管道隶属于NFT油气运行中心，总长332.18km，分设收发球站2座、分输站场2座、阀室5座，设计压力为6.3MPa，管径508mm、壁厚分别为7.1mm、7.9mm、8.7mm、9.5mm、设计压力6.3MPa、材质L360螺旋缝埋弧焊钢管和直缝埋弧焊钢管，沿线地理环境极为复杂，于2012年10月投产运行。2022年对该线路进行清管作业时，39#阀室清管器监测仪发出声响，显示清管器达到39#阀室，而阀室外人员未监测到清管器通过39#阀室信号，初步判断清管器停留至39#阀室，疑似发生清管器卡堵故障。由于2021年该管段清管作业过程中有大量粉尘，存在卡堵风险。本次作业清管器在距离39#阀室前端1 km处，通过下游39#阀室放空监测粉尘量，发现较多粉尘，粉尘呈减少趋势。现场放空无粉尘后，关闭39#阀室放空流程，39#阀室清管器监测仪发出声响，显示清管器达到39#阀室，而阀室外人员未监测到清管器通过39#阀室信号，初步判断清管器停留至39#阀室。

确定卡堵位置：根据前期放空操作，初步怀疑清管器卡堵在阀门1101前端放空三通处。现场验证关闭阀门1102，打开阀门1103、1104、1105。在放空10秒后，阀门1103前端压力表压力归零，确定清管器卡堵在39#阀室靠近和田输气站一侧的三通处，图1。

图1确定卡堵位置

3.1正向建压差解卡

考虑到泡沫清管器形变能力较强，决定采取正向加大压差进行强制推送解卡。同时考虑到清管器距离39#阀室主阀较近且未通过主阀，不能在39#阀室建立压差，决定通过B分输站建立压差，见图2。

(1)7月25日19:40关闭B分输站主干线阀门进行建压推球。7月25日23:03当B分输站主干线阀门前后压差达到0.41MPa(3.56MPa→3.15MPa）时进行开阀推球，清管器未动，39#阀室进出站压力持平，清管器内漏。

(2)8月6日10:45再次关闭B分输站主干线阀门建立压差。8月6日20:00,B分输站主干线阀门前后压差达到0.85MPa(3.76MPa→2.91MPa）时进行开阀推球，39#阀室现场听见明显气流声，经监测确认清管器未通过39#阀室，清管器串气明显。

3.2反向建立压差解卡

在正向推球无法解卡的情况下，决定以8月H采气处理厂检修气流改变方向为契机，反向通过39#阀室旁通流程将清管器由三通卡堵位置压回主管道内，再利用ZP来气推送清管器，最后返回和田输气站。2022年8月24日H采气处理厂停产检修，当日19:18关闭39#阀室主阀及旁通流程建立压差。8月25日16:11,39#阀室前后管段压差0.5MPa(3.80MPa→3.30MPa）时，导通39#阀室旁通阀流程，清管器成功解卡，见图3。

这次清管器卡堵的直接原因为清管器到达39#阀室，现场操作人员未及时关闭放空阀，导致管道内气体形成偏流，由于泡沫清管器质量轻、惯性小、弹性强发生偏移，卡堵在主阀前端三通挡条处。

4、结束语

(1）在进行清管作业时要遵循一个原则“优先考虑通过性，其次考虑清管效果”，在没有足够的把握顺利清管前，优先考虑发送通过性好的清管器，检测管道的通过能力，之后根据管线的工况不同，选用不同形式的清管器顺利完成清管作业。

(2）清管器卡堵后及时确定卡堵位置极为重要。清管器卡堵后的寻找时间极为漫长，据不完全统计，卡堵位置无法确定的主要原因为：跟球设备质量差、监测人员责任心差、监测经验不足及特殊地形监测不到。其中监测人员责任心差、监测经验不足占比约65%。在长输管道的日常管理中，不断加强监测人员的责任心和清管作业的理论知识，是促进解堵的关键，也是顺利清管的关键。

(3）确定卡堵类型后选择解卡方法时，既要考虑卡堵的严重程度，又要考虑清管器卡堵对输气管网的总体影响，避免出现下游断供、上游憋压停产，同时树立安全发展理念，坚持安全第一，合理选择解堵方法，尽可能实现“无扰动”解卡。

参考文献:

[1] 廖庆喜,王发选.管道焊接质量控制方案[J].油气田地面工程,2007(4):3-4.

[2] 杨静,申辉林,秦敏,等.塔轮天然气管道沉积物形成原因及应对措施[J].油气储运,2019,38(12):1391-1396;1402.

[3] 白港生,李卫全,张元,等.油气管道清管器的通过性能设计[J].油气田地面工程,2021,40(4):71-76.

[4] 张有渝,陈凤,韩霈霆,等.高压大口径输气管道用管件设计制造技术分析[J].天然气与石油,2022,40(5):44-53.

文章来源:蔡国.输气管道清管器卡堵诊断与应急处置方法[J].石化技术,2023,30(09):75-77.