复杂天然气长输管道清管作业工艺调整

孙艳彬 刘芸 梁思维(陕西省天然气股份有限公司，陕西 西安 710016)

0 引言

以某天然气长输管道为例，全长145km，管径DN400，沿线共设有8座场站(场站A-H)、1座枢纽站(枢纽站I)、1个干线直供大型工业用户(用户J)，该管线由2处气源(气源1、气源2)同时供气(如图1)。其中气源1自上游向下游供气，气源2为场站E、F之间支线，可向上下游两个方向供气；用户J为场站B、C之间支线，枢纽站I为场站C、D之间支线，均向大型工业用户供气，特点是用气量大、气量平稳、必须连续供气，同时枢纽站I连通另一条干线，也可作为补充气源。

1 前期准备工作

复杂工艺天然气长输管道之所以称之为“复杂”，主要包括干线和场站两个方面。复杂工艺干线可能设计有其他气源、干线开口用户等支线，复杂工艺场站常是枢纽站或设计有越站旁通等连通管线，工艺管线错综复杂。总的来说，复杂工艺长输管道具有支线多、连通管线多、用户多、工艺调整复杂的特点，容易出现清管器无法发出、运行速度过快、卡球等各类风险。

为了保证清管作业顺利进行，前期工艺资料查阅和现场踏勘显得尤为重要[1]。通过查找工艺资料、踏勘现场充分了解场站和阀室分布、用户用气量和用气规律，以及储气调峰设施等，据此提前预判可能出现的问题并制定作业方案，可避免清管过程中的多数问题，也是制定后续工艺调整方式的重要依据。

2 工艺调整

2.1 清管器无法发出

对于复杂工艺流程的场站，发球作业过程中如果越站旁通或其他连通阀门没有完全关闭都可能导致清管器无法从发球筒发出。此外各连通管线三通处壁厚变化可能导致清管器在三通处停滞，而此时发球筒上的清管器通过指示仪显示清管器已发出，下游监听点却迟迟无法监听到清管器到达，出现清管器“失踪”的现象。为防止此现象发生，发球流程工艺调整后需对工艺流程进行复查，确认越站旁通等连通阀门是否完全关闭，电动阀门、气液联动阀门关闭后需手动确认是否关闭到位并检查限位。待清管器从发球筒发出后在出站管道处持续监听清管器运行状况，通过监听判断其运行状态、运行速度。同时在站外放置便携式清管器通过指示仪，通过人工监听和设备检测两种方式共同确认清管器已离开发球站且正常运行。

2.2 清管器启动速度过快

清管器启动速度过快可能造成清管器损坏、管道振动，严重时可能导致场站设备损坏[2]。可通过控制启动压差来控制清管器启动速度，但由于上下游场站或阀室距离较远，压力传递存在滞后现象，清管器发出后无法立即降低其运行速度。通过多次尝试后发现控制发球站阀门开度是最有效的控制方式，清管器发出后立即关小阀门开度，在清管器运行速度低于下限前逐渐增加阀门开度直至全开。不仅有效控制清管器前期运行速度，也为后期工艺调整保留空间。操作过程中要注意阀门开度调整一定要少量多次、缓慢操作，防止清管器运行速度波动。

2.3 清管器运行速度控制

清管器运行速度过快或过慢都会影响清管效果，需通过工艺调整等技术手段进行控制[3]。清管器运行速度主要取决于清管器前端(下游)用气量，用户多则用气量大、运行速度快，随着清管器的不断前进，用户数量逐渐减少、运行速度逐渐降低甚至停止。因此，控制清管器前端(下游)用气量是控制清管器运行速度的关键。对于用气量大的管线，可安排在错过用气高峰时段发球或提前关闭清管器前端(下游)场站或阀室干线阀门降低作业管段用气量。后者适用于切断管线下游其他气源或用气量小的线路，否则需在关闭干线阀门后通过干线旁通向下游节流供气，防止下游管道亏空影响用户供气。操作过程中不建议关闭距发球站过近的下游干线阀门，防止清管器运行速度过快来不及打开导致清管器撞击阀门。对于用气量过小的管线，用气量无法保持清管器运行最低速度，可选择在用气高峰时段发球，以保持清管器前期运行速度，后期可通过提高清管器后端(上游)压力推动其继续运行。但随着清管器不断前进，清管器前端(下游)压力也会随之升高直至清管器前后压力平衡，如果清管器停止运行可打开收球站放空阀引球。现以某天然气长输管道两段清管作业为例分别对操作方式进行进一步说明，第一段为场站A至场站D、第二段为场站D至场站H。

图1 线路走向示意图

2.3.1 第一段清管作业

第一段管段清管作业下游共有7个场站，用气量大，需要控制运行速度。通过计算发现场站B至场站D管段之间气量足以满足清管器运行需求，发球前关闭场站D干线阀门，通过气源2保证场站D下游场站供气，操作过程需控制气源2供气压力不超过场站D上游压力；提前关闭枢纽站I，通过另一条干线保证其供气，避免对清管作业造成干扰。当清管器通过场站B后用气量突然降低，此时需立即调整工艺，将干线切断位置向下游调整，通过场站D干线旁通阀平衡上下游压力后打开干线阀门，避免清管器运行速度波动，依次向下游调整切断位置直至清管器进入收球筒。需要注意的是气源2位于场站E下游，打开场站E干线阀门前必须提前关闭气源2，防止逆向气流阻碍清管器运行甚至造成停滞或逆向运行。此时因场站F下游无其他气源，需通过场站E干线旁通阀向下游节流供气。

2.3.2 第二段清管作业

第二段管段清管作业下游共有4个场站，用气量明显降低，因此本段工艺调整与第一段完全不同，需避免清管器到达末端速度过低无法运行。经了解场站H有储气调峰设施，通过计算发现场站H高峰时段用气量加之储气设施充气过程可满足清管器末端运行速度要求，避免收球站放空引球。清管作业前尽量降低场站H储气设施压力，并在清管器后端(上游)管道制造阶梯式压力段作为备用动力源。提前计算清管器运行时间，控制其在用气高峰时段到达场站H。当清管器前端(下游)用气量不足时开始向场站H储气设施充气，如仍无法满足需求，通过阶梯式压力段逐级向下游增压，同时充分利用多气源的复杂性，保证清管作业后期足够的压力补给。

2.4 干线用户影响

有支线的复杂线路对清管作业会造成一定影响，包括清管器的运行状态、速度等，严重的甚至可能造成卡球或清管器损坏，特别是管径大于干线1/2的支线，为了避免支线带来的影响，清管作业前需提前将其关闭。干线开口工业用户因其连续生产的特性通常无法停产，且用气量较大，导致清管器通过时可能因气流方向的改变导致清管器卡堵，此时保证清管器前端(下游)稳定的排量、后端(上游)稳定的压力补充非常关键，需控制清管器运行速度在合理范围内，保证清管器顺利经过。用户J就是一个干线开口的大型、连续生产工业用户，管径为3/4干线管径，清管器通过用户J后用气量立即大量降低，加之三通处气流方向的影响，导致清管器到达用户J后就会出现停滞的现象。因用户J所在支线流程简单，只能通过清管器后端(上游)不断补充压力、前端(下游)不断用气建立压差后推动清管器继续运行。场站B虽然并非支线，但由于其用气量大、进站管径大，对清管器的影响与大型支线类似，清管器在通过场站B进站三通后经常在三通下游干线阀处停滞。场站B干线流程与其余场站相同，但其余场站均可顺利通过，通过对比分析发现不同之处是场站B用气量远远大于其他场站。因其站内工艺流程的复杂性使其工艺调整较支线具备更大的灵活性，场站B通过改造后的下游干线放空管线具备返输供气功能，清管器到达场站B前将供气流程切换至下游供气，同时干线工艺调整方式参考用户J，就这样在大流量的驱动下清管器顺利通过场站B。

2.5 管道清洁度差

天然气长输管线通常末端杂质较多，但多气源线路在气源交汇处也是杂质主要聚集处，管道清洁度差会导致发生阻力大于推动力使清管器卡堵的现象。通过监听发现清管器每次通过用户J后运行一段时间就会停滞，即使按照稍大于用户J气量增加下游排量依旧如此，通过多次清管发现停滞位置相同，经过对干线参数进行分析后发现场站B和场站C之间管道是气源交汇处，通过用户J后突然下降的排量加之聚集的杂质导致清管器无法顺利通过。发现此问题后立即调整工艺控制方式，在清管器通过用户J后立即适当增加供气量，增加的供气量可通过逐步尝试确定。通过多次清管后该现象消除，证明此处确实为杂质聚集处且已基本清除干净。

2.6 清管器解卡

通过分析发现清管作业最容易遇到的问题就是清管器卡堵，之前已对于各类引起卡堵的原因已经进行了深入分析，解卡方式可以采取以下方式：①增大清管器后端(上游)进气量，提高清管器后端(上游)压力推球；②提高清管器前端(下游)用户用气量或进行放空，降低球前压力引球。③调整工艺使清管器逆向运行后，再正向推动，如清管器仍无法通过，正向、逆向反复操作至清管器通过停球点。④如清管器无法逆向操作可能是因为密封不严导致，可尝试发第二个球推动清管器运行。⑤以上措施均失效时，对清管器进行准确定位后，割管取出清管器[4]。

3 结语

以某天然气长输管道为实例，对复杂工艺天然气长输管道运行过程中容易出现的问题进行了分析，并制定了相应的工艺调整方案，为后期清管作业起到了指导作用。同时也证明了前期工艺调研和清管作业监听的重要性，通过调研和监听可提前发现清管器运行中出现的问题，以便提前优化工艺调整，为清管作业带来保障。