清管作业在天然气管道上的应用

吴凤芝 张火箭 屠明刚

（1、中国石油天然气股份有限公司华东化工销售分公司，上海 200122 2、西气东输管道公司苏浙沪管理处，江苏 南京 210002）

1 清管作业及其意义和目的

清管作业取决于：清管器的类型，推动的介质压力和控制运行速度。根据不同的目的，选择不同的清管器，如以清扫或除垢为目的，控制运行速度以8千米/小时以内为宜，清除管道内积液，其运行以不引起水锤现象为宜。智能清管器的运行操作速度，取决于仪器的性能，一般在每小时8至10千米。

定期采取清管作业清除在运天然气管线内的机械杂质和沉积的游离水，输气管线在施工和长期运行中，会沉积一些有害物质，如天然气凝液、水、固体杂质、电解质等；减少机械杂质及积液，进一步保护输气站内计量设施、调压设施、阀门内密封面。以提高气质质量、管道输送效率，减小管道内壁腐蚀，及时检测跟踪管道内部情况，确保输气管道在安全平稳状态下运行，延长管道使用寿命。

2 清管器

用于输气管道内部依靠压差推动排除管内污物和清扫内壁的工具。一般用弹性好、有足够机械强度且耐磨的橡胶或塑料制成。

2.1 清管器的类型

清管器有两种类型：非智能清管器和智能清管器。

2.1.1 非智能清管器

在管道中运行仅起清扫、隔离等机械性的功能。非智能清管器主要有：清管球、皮碗清管器、清管刷、凝胶状物清管、泡沫清管器。

2.1.1.1 清管球

采用橡胶制定的空心球，管径小于100毫米时可用实心球。空心球壁厚为输气管内经的的十分之一，空心球上装有气嘴，空心球内充水使用。在冬季，球内应充注加有防冻剂（如甘醇）的水溶液防止冻结。清管球要求具有一定的密封性，球外径与管内径之差称为过盈量，其过盈量在球未充水时为管内径的2%，充水时为3%-5%，使球能紧贴管壁不致漏气和漏液。清管球的用途是清除管内积液和分隔介质，但清除块状物体的效果较差，不能定向携带检测仪器，也不能作为它们的牵引工具。

2.1.1.2 皮碗清管器

由一个刚性骨架和前后两节或多节皮碗构成的清管器。清管器皮碗按照介质性质（耐酸、耐油）和强度需要，一般采用天然橡胶，丁腈橡胶、氯丁橡胶或聚氨脂类橡胶制造。其形状可分为平面、锥面和球面三种。平面皮碗的端部是平面，清除固体杂质的能力较强，但变形较小，磨损较快。锥面皮碗和球面皮碗能适应管道的变形，并能保持良好的密封。球面皮碗还可以通过变径管，但它们容易越过小的物体或被较大的物体垫起来而丧失密封，后两种皮碗的寿命较长。由于皮碗的前后压力差下有自密封作用，所以在运行中，其密封性优于清管器。

2.1.1.3 清管刷

皮碗清管器的一种变型。其主要作用是清刷管壁，使之达到要求的光洁程度，以提高管道的输送效率。结构特点是在清管器前后两节皮碗之间，装有沿圆周互相交错的不锈钢丝刷。

2.1.1.4 凝胶状物清管

凝胶状物清管是管道清理的一项新技术。凝胶状液态系统应用于管道投产或检修时期。许多管道凝胶物是水基性的，由化学药剂、溶剂或酸等制成高粘度的凝胶状物。当泵送凝胶状物进入管道时，是根据实际情况，分段进入。优点是清理干净，没有清管球的磨损，可以通过不同管径和曲率的管道。

2.1.1.5 泡沫清管器

由泡沫橡胶或泡沫塑料制成带有锥形头的圆柱体，其外部交叉缠绕带有耐磨碳化物的硬质橡胶带。特点是柔软、容易通过曲率半径较小的90°弯头，可以清除管道内结垢及腐蚀产物等杂质。

2.1.2 智能清管器

带有检测和记忆功能的现代管道清管工具。由机械检测、信息转换与储存、动力等三部分组成。在清扫管道时，同时采用红外线检测管道内部情况，供分析用。项目有：直径和几何形状、曲率监测、管道剖面、温度和压力记录、弯曲测量、金属腐蚀测定、照相检测、裂缝测量、沉积物测量、泄露测量、产品取样、绘图。智能清管器的长度为非智能清管器的4-5倍，要求管道不能有小曲率半径弯头，而阻碍清管器通过。

图2 聚氨酯皮碗清管器

图1 聚氨酯皮碗清管器

2.2 清管的功能

清管的功能有很多种，常见的有以下几种：（1）管道建成后及施压后清除管道内积存的泥水、污物；（2）输气管道投产时，排除管道内部空气，以确保安全；（3）输气管道运行一段时间后，用清管器清除管内的积水、腐蚀物等；（4）检测在运管线。

3 清管前的准备工作

清管前应清楚了解管线的规格、长度、使用年限、安全工作压力、相对高差、穿越和跨越情况、弯头、斜口、有无变形、阀室、阀井、支线、三通、地貌的特殊情况。还应了解管线有无改造，及改造部位的壁厚等。值得注意的是，有的管线在改造时，所使用的短节、三通和原来的内径相差较大，而且这些三通和短节往往又距收发装置的距离很近，这种情况给收球带来很大的困难。主要表现在清管器运行到这些地方的时候，由于管道内径变小而受阻，需要较高的压差才能推动，清管器一旦启动运行时，速度很快，很容易对接收装置形成冲击，发生事故。所以，在对管线改造时选择和原有的内径大致相同的管材，以免遗留后患。清管器收发装置必须完好，相关阀门开关灵活无内漏、仪表性能可靠，排污及放空符合清管要求，放空点火装置完好，排污池容量满足要求，干气清管排污口建议被水淹没300mm以上，确认清管器、清管指示器、快开盲板完好，清管器跟踪仪完好等。

根据清管作业前的现场调查与以往清管的经验、资料、数据，按照天然气管道工艺特性等，编制清管方案。

4 清管作业注意事项

根据西气东输2005年及2006年对干线清管经验积累及总结以下注意事项：

为了在清管作业期间不影响长输管线安全平稳运行及下游用户的正常生产，合理衔接、协调跨区域的清管作业，保证长输管线清管作业在统一协调、指挥下进行。认真履行具体清管作业程序，熟练掌握流程切换及收、发清管器作业，要求人员分工、物资工具、通讯配置、车辆安排、应急措施、和安全措施到位。清管作业属于天然气长输管道风险性较大的作业，易出现“卡止”、“清管器丢失”等，这些如不及时解除将造成全线停输的重大生产事故。清管器在管道中运行的速度不宜过快，如果速度太高，达不到既定的清管目的、清管器在高速冲洗下容易窜漏、高速的运行清管器容易对清管器接收装置产生巨大撞击。防止清管出的硫化铁粉末易自燃，并评估清管效果。协商下游用户做出用气量的调控，稳定天然气流速，减小因天然气流速过快而造成的损失。清管器发送作业前，务必确定清管器送至大小头处并塞实。防止串气，清管器不能发出。清管器在管道内运行时，沿途要有专职人员跟踪，对清管器卡止等异常情况及时了解和分析，便于及时做出相应处理措施。

5 清管作业中可能出现的故障及处理办法

5.1 清管器窜漏

清管器在管道内运行时清管器被动产生流体泄露现象。

可能现象：由于清管器皮碗磨损而漏气会使清管器运行缓慢或导致行进停止。

解决方法：用增大压差或再发一个过盈量较大的清管器推出前一个清管器。

5.2 清管器破裂

可能现象：清管器在行进过程中磨损划伤而导致破裂，进而会使得清管器停止运行。

解决方法：发一个清管器将遗留在管内的清管器推出。

5.3 清管器被卡

可能原因：由于清管器在行进中遇到较大障碍物或因管道变形、或管道不规则处而卡止。解决方法：增加清管器上游压力，增大压差，使之运行。降低清管器前的压力，以建立一定压差，使之继续运行。排放清管器后天然气，反推清管器解“卡”。以上方法均不能解“卡”时，采取割管取出清管器的办法。

6 结论

清管作业在长输管道上意义重大，保障管道安全平稳运行，提高管道输送效率。本文介绍各类清管器的应用以及清管时注意事项以及清管可能出现的故障及解决方法，在今后进一步研究天然气高速运行下，如何安全有效的清管作业。

[1]西气东输清管作业指导书