川气东送管道干线清管实践

目前天然气长输管道清管作业尚未形成统一的标准、规范,在清管器选型、清管器参数确定、速度控制等方面均无明确规定。对川气东送管道清管作业工况进行分析,从设备选型、参数确定、收球流程调整、清管器的监听、速度预测等方面入手,开展了大口径管道清管研究实践。可采用聚氨酯泡沫清管器和皮碗清管器相结合的清管方式,其中皮碗清管的过盈量为主要管道壁厚段的3%,聚氨酯泡沫清管器为5%。通过调整收球流程,控制收球速度,选择在阀室以及进出站对清管器进行监听。作业前通过SPS模拟清管器运行速度,与实际相差约为5%,除发球和收球阶段外,皮碗清管器和泡沫清管器运行速度相差不大。通过掌握管道内部特点,清除管道内杂质,提高管道运行效率,检验管道通过能力,为后续的内检测工作奠定基础。总结了相关经验并提出了改进建议,可为以后大口径管道清管提供借鉴。     

射流清管器结构参数与清管积液运移特性

明确清管器结构参数对射流清管器运行规律及射流效果的影响,对于保障管道流动安全、顺利完成清管作业尤为重要。对某实际天然气凝析液管道进行清管模拟,分析清管器旁通率、摩擦力等结构参数对其运动特性及清管段塞的影响,并研究凝析液和液态水在射流清管过程中运动规律的差异。结果表明:射流清管器平均速度随旁通率的增加呈线性下降趋势,旁通率增加可以显著降低清管段塞量,平缓气量波动;摩擦力对模拟结果具有重要影响,若模拟前清管器摩擦力计算偏小,将导致清管段塞的预测值大幅增加;液态水和天然气凝析液在射流清管过程中的运动特性差异较大,液态水的存在会一定程度上削弱射流清管效果。     

清管作业冰堵问题与解决建议

西气东输二线张掖-永昌段存在地温低、地势复杂、落差大等不利于清管作业的因素,自投产运行以来,多次出现冰堵引起的压力异常问题。为此,选择两直四碟型皮碗结构清管器进行清管作业,介绍了两次清管堵球事故的处理过程。产生冰堵的原因包括:天然气水合物的生成,清管器结构中射流孔与泄流孔的存在,输量和地温的变化等;解决冰堵问题的措施:降低气质源头的水含量,清除管道试压的残余水,取消清管球结构中的射流孔,向管道中注醇,合理控制管道输量,以及选择地温较高的时间段实施清管作业。     

长输天然气管道在地形起伏山区地段的清管

长输天然气管道在地形起伏山区地段清管时,必须考虑高程差引起的重力位能变化对水力计算的影响,以及管道中积水注静压阻力对清管器运行速度的影响。依据长输天然气管道清管作业规程SY/T6383-1999,结合榆济管道汾阳-武乡段清管作业实际,针对5次清管作业清管器的运行速度和运行区间的压差进行统计分析,总结了管道积水静压阻力、地形起伏山区诱发段塞流和强烈段塞流对清管作业的影响。通过建立数学模型,简化了积水静压阻力计算公式,建立了分段积水注长度和高程差与积水静压阻力的函数关系式。指出了长输天然气管道在不停输状态下利用清管器对大口径、高压力的北方山区管道进行清管作业的注意事项。     

天然气管道内涂层磨损研究

为了有效分析各种工况对天然气管道内涂层的影响，提高涂层的使用寿命，通过模拟实际工况条件，利用天然气管道内涂层全尺寸设备，进行了粉尘磨损、热风循环和清管器拖拉实验，分别得到天然气中携带粉尘、温度变化和清管器运行对涂层影响的实验数据。分析结果表明：天然气粉尘和清管器运行对管道内壁减阻涂层的磨损影响较大，温度变化产生的热应力对涂层的影响相对较小。因此，降低天然气中粉尘的含量，减小清管器皮碗与内涂层之间的摩擦因数，减少清管器过盈量和使用轻型清管器，均可以减轻天然气管道内涂层的损伤，从而延长其使用寿命。     

清管器密封皮碗力学特性的有限元分析

清管器在油气管道内的运移过程是复杂的动力学问题,其密封皮碗与管壁的耦合作用是引起清管器动力学行为的主要原因。为了了解直板清管器密封皮碗与管壁作用的力学特性,采用有限元法,建立了单皮碗的二维轴对称有限元模型,计算并分析了用于DN200管道直板清管器的密封皮碗过盈量、夹持皮碗半径及密封皮碗厚度对密封皮碗接触应力、弯曲应力及弯曲角度的影响。研究结果表明:当夹持半径、厚度相同,皮碗与管壁的接触应力随着过盈量的增大先增后减,弯曲应力随着过盈量的增大而增大;当厚度、过盈量相同,皮碗与管壁的接触应力随着夹持半径的增大先增后减,弯曲应力随着夹持半径的增大而增大;当夹持半径、过盈量相同时,皮碗与管壁的接触应力及弯曲应力随着厚度的增大而增大。     

起伏地形对宝汉天然气管道生产运行的影响

为了研究天然气管道在地形起伏地区的生产运行状态,以陕西省宝鸡-汉中天然气管道为例,结合实际生产情况,分析了起伏地形对天然气管道输量,以及积水静压阻力和段塞流对清管作业的影响;简化了积水静压阻力的计算公式,建立了分段积水柱长度和高程差与积水静压阻力的函数关系式。研究表明:起伏地形对天然气管道输气能力影响明显,未考虑高程差的输量普遍大于考虑高程差因素计算出的输量;起伏地形引发的天然气管道积水静压阻力和段塞流,影响清管器的运行速度和对清管器通过声音的监听;积水静压阻力足够大时,甚至可以击破清管器;通过积水静压阻力计算公式,可以精确确定清管器前后压差,为宝汉天然气管道清管作业提供理论指导。     

济淄天然气管道清管收球速度的控制

为合理控制济淄天然气管道清管过程中的收球速度，基于清管器运行速度的准确计算，分别采用二次收球和调整收球流量的方法控制收球速度，规避清管器撞击盲板的风险。根据SY／T5922—2003《天然气管道运行规范》，将清管器运行速度视为与天然气流速相同，推导出了运行速度测算公式，利用该公式测算出的理论值与实际值的最大相对误差不超过6％。通过对济淄管道16次清管作业的收球数据进行总结分析，结果表明：清管器质量越大，收球流量越大，接收到清管器的位置距离收球筒盲板越近，清管器撞击盲板的风险越大。研究成果和实践经验可为清管器速度控制提供依据。（图3，表2，参6）。     

天然气长输管道清管器运行速度预测北大核心

为保障天然气长输管道安全生产,提升输气效率,需要定期对管道开展清管作业,其中清管器运行速度预测是清管作业中的重要技术。针对目前清管器运行速度预测方法精度低、适用性差等问题,在调研国内多家管道运营企业清管作业流程及成功经验的基础上,总结出预测清管器运行速度的3种方法:理论估算法、模拟仿真法及经验数值法。深入分析了经验数值法中影响清管器运行速度的主要因素,提出了经验数值优化方法。通过对比3种清管器运行速度预测方法的优缺点,提出了一套完整的清管流程及清管器速度预测方法。最后以某天然气管道清管作业为例,计算了3种预测方法的相对误差,验证了经验数值优化方法的准确性及可行性。研究成果可有效指导管道运营企业开展清管工作,提高作业效率及安全性,降低投资费用。(图2,表3,参22)     

中缅天然气管道高陡边坡管段清管安全分析

中缅天然气管道某80°高陡边坡管段在进行清管作业时,清管器极易对管底弯头造成巨大冲击,可能引发天然气泄漏等灾难性后果.利用OLGA软件获得该边坡管段的清管器运行压力、运行速度及持液率等工艺参数,利用ANSYS与CAESARII有限元软件,建立清管过程中的应力与位移模型并进行有限元分析,进而提出安全清管建议.结果 表明:...     

低输量管道清管器运行速度控制方法及建议

输气管道在投产初期或运营期因用户需求量波动，普遍存在输气量低于设计输气量的情况，导致清管器运行速度无法达到规定范围，从而影响清管效果，甚至发生清管器卡堵等安全事故。以泰青威管道为例，分析多轮次清管内检测作业中管道运行工况与清管参数特性，提出适用于低输量工况的清管器运行速度控制方法及建议。通过三段式压力梯度调节、平均压力与输气量协同调节、充分利用枢纽站调节，优化清管器跟踪监听策略与技巧，可有效调节清管器运行速度，使其在管道内平稳运行并达到规范的清管内检测速度要求。研究成果可为低输量管道清管作业提供借鉴，保障管道清管安全。（图6，表3，参28）     

天然气凝析液管道中射流清管器的运动特性

天然气凝析液管道生产中后期常面临管道内积液增加、沿程摩阻增大的问题,定期清管作业对于保障油气管道的安全高效至关重要。在清管过程中,由于传统清管器运行速度与后方驱动气速相同,可能导致其超出控制,从而引发一系列问题。研制了一款新型的射流清管器,并搭建了与之匹配的水平-立管试验系统,以空气、水为介质,开展不同结构参数的射流清管试验,通过LabView数据采集系统对清管过程中的流量、压力、终端液位等进行实时采集。通过改变旁通率、驱动气速、液速等参数探究射流清管器的运动特性,并分析清管器异常运动过程以及射流消除段塞的内在机理。结果表明:采用射流清管器可达到降低清管器运行速度、平缓管道内压力波动、降低清管器前方段塞持液率、控制段塞体积的目的。研究成果可为深入了解射流清管技术机理,推广其工程应用提供参考。(图14,表2,参39)     

大落差天然气管道安全清管工艺条件

大落差地区的天然气管道清管时,受地形起伏和管道积液量的影响,清管器的运行速度容易发生剧烈波动;清管器与管道在弯头处碰撞,形成冲击载荷,威胁管道运行安全。以中缅天然气管道龙陵输气站至保山输气站大落差管段为例,基于管道仿真技术,分析清管器最大运行速度与管道压力、输量、积液量之间的关系,指出积液量是影响清管器最大运行速度的主导因素;确定管道应力不超过管材许用应力条件下的清管器最大允许运行速度,以及与之相对应的最大允许积液量;将积液量与管道输量、两端压差关联,提出由管道输量和压差所表征的管道安全清管工艺条件,为判断大落差天然气管道安全清管条件提供了可靠、实用的方法。     

清管作业对低输量原油管道稳定性的影响

针对清管器在含蜡原油管道中的受力情况建立了清管模型,通过采用四阶龙格-库塔方法和VC 编制程序清管模型进行的数值计算及求解,得到了清管器在含蜡原油管道中的运行规律。根据清管作业时管道各运行参数的变化曲线,分析了清管对低输量管道运行稳定性的影响,并提出了相应的清管安全措施,为解决低输量原油管道清管时的实际问题提供了理论参考。     

管道内检测器皮碗过盈量对其力学行为的影响

为了研究管道内检测器皮碗过盈量对皮碗力学行为的影响,以直径为800 mm的管道的内检测器皮碗为研究对象,分析聚氨酯材料的力学特性,建立用于分析管道内检测器皮碗过盈量的二维轴对称有限元模型。通过计算分析,得到了皮碗过盈量为0~10%时,唇缘接触应力、唇缘接触长度、夹持端角度、唇缘角度、皮碗折点内外侧应力的变化趋势,并拟合得到了过盈量与上述参数之间的关系。结果表明:随着皮碗过盈量增加,皮碗唇缘应力趋势由指数下降趋势逐渐转化为线性下降趋势;皮碗唇缘接触长度、夹持端角度的增长速率随皮碗过盈量增大而快速增加;折点内外侧应力增长速率均随皮碗过盈量增大而减小;皮碗唇缘角度随着皮碗过盈量增大而线性减小。     

跨国长输天然气管道清管作业特点

清管作业是天然气长输管道投产前或运行中的一项重要作业,可保证管道的安全运行和输气效率。跨国天然气管道的清管作业不同于常规清管作业,其具有一定的复杂性和特殊性。介绍了中亚天然气管道在清管站设置、清管站工艺、清管器选型等方面与国内一般管道的不同之处,并以中亚天然气管道清管作业为例,对中亚天然气管道乌国段的清管工艺特点和清管经验以及跨国段管道清管作业的特点和关键要点进行了总结和解析,以期为后续跨国长输天然气管道的清管作业提供帮助。     

基于文丘里原理的天然气管道吹扫清管器设计

针对粉尘和杂质较多的天然气管道在清管过程中,常规机械清管器出现的皮碗及刷毛磨损变形严重、清管效率低下等问题,基于文丘里原理,提出一种新型清管器设计方案,将具有该原理特性的管路与清管器骨架结构设计融为一体,同时设计了相应的导向支撑板、密封驱动皮碗及前端吹扫喷头等重要零部件。借助计算流体动力学方法对所设计的清管器的清管效果进行了仿真分析,结果表明:该清管器利用文丘里原理可对两皮碗之间管段内的杂质进行有效吹扫和抽吸,通过前端吹扫喷头喷出的高速射流可以在清管器前方形成全覆盖的柱状吹扫区域,吹扫速度可以吹扫和携带颗粒直径在2.5 mm以内的粉尘及杂质,具有良好的清管效果。通过该设计方案的实施,对于提高中国非常规清管器的研发和设计技术水平,促进在役天然气管道清管效能的提高,丰富清管手段的多样化具有重要的现实意义。(图11,表1,参20)     

基于接触摩擦特性的清管器清洁能力评价方法

基于三维有限元数值模拟方法,从密封元件的接触摩擦特性出发,创新性地提出一种清管器清洁能力评价方法。利用ANSYS软件建立两种常见形式的清管器在水平直管内运行的三维有限元模型,并通过现场试验对其准确性进行验证。通过分析计算结果,分别对不同摩擦工况下的两种清管器的清洁能力进行对比。研究结果表明:接触摩擦因数对清管器在运行过程中的密封紧密度、切向刮擦力、有效清洁面积均存在影响,随着摩擦因数的增加,清管器密封元件的切向刮擦力增大,而接触紧密度和接触面积减小。在相同摩擦工况下,当密封元件材料和过盈量相同时,直板型清管器的密封紧密度和刮擦力均优于皮碗型清管器;然而在运行相同距离的情况下,皮碗型清管器所能产生的有效清洁面积大于直板型清管器。根据待清洁管道内的杂质类型来合理选择清管器种类可以有效发挥其清洁能力,提高清洁效率。     

仪长原油管道清管实践

仪长原油管道自2006年5月全线投产直至2012年9月从未进行过清管作业,为了从根本上改善管道的运行状况,先后进行两次清管作业。首次清管采用YY—RGQ型软体清管器,以降低清管风险,保证管道安全运行;第二次清管采用站场自配的安装有跟踪设备的YY—JDQ型清管器。阐述了清管作业过程,包括收发球操作和清管技术要求。清管结果表明：首次清管杂质较多,有加热炉运行的管段,结蜡量相对较少;第二次清管清除的蜡和杂质虽然明显少于首次清管,但蜡沉积已经对管道的经济运行产生了影响,说明清管周期不合理。为此建议：易结蜡管段采用加热输送工艺,使输油温度高于析蜡点;确定最佳清管周期,制定合理的清管计划。（图1,表1,参6）     

中国与俄罗斯管道清管技术标准差异分析

为保障中俄原油管道安全运行,分别从清管方式、清管器运行速度、清管周期、管道有效直径计算、清管质量控制措施、清管器跟踪和清管安全措施等方面,深入研究了中国和俄罗斯管道清管技术标准的差异.阐述了俄罗斯管道清管技术标准的先进性,包括清管装置和清管方式多样化、基于输送效率进行周期性清管和紧急清管、设定清管器监测点位置和划定清管作业危险区域等.最后,针对借鉴俄罗斯标准,提高我国原油管道运行标准水平以加强标准制修订工作,提出了建议.