天然气高压管道带气通球清管的分析

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1、天然气高压管道带气通球清管的分析l　前言陕京天然气高压管道天津支线北起永清站，南至西青区汪庄子南的天津配气站。管道全长62km，公称管径400mm，设计压力为4.OMPa。在施工过程中残留下来的污物（水、土、砂、石块、焊渣等杂物）和管道投产运行中积存的凝析液及腐蚀物，会影响气质和输气能力，堵塞仪表，降低计量精度，加剧管道内壁腐蚀。利用清管器清除管内污物是解决上述问题的有效措施[1，2]，为此，我公司于1999年10月进行了首次带气通球清管作业。2　通球清管方案2.l　清管器的选择清管器品种较多，可分为清管球。普通型皮碗清管器和智能型皮碗清管器3类。　清管球外层材

2、料为耐磨耐油的氯丁橡胶，公称直径不超过100mm的清管球一般采用实心球，大于100mm时采用内腔注水的空心球。清管球在注水不足或管道内污物较多的情况下容易出现卡阻或破损。鉴于该管道的施工单位较多，作业面较广，在管道内遗留的施工残余物较多，为了确保首次带气清管的顺利进行，决定不采用清管球。普通型皮碗清管器与智能型皮碗清管器在结构与材料上完全相同，均为3层皮碗结构，皮碗材料为耐油耐磨的氯丁橡胶，具有良好的密封性与耐磨性。两者不同点是智能型皮碗清管器带有精度较高且抗干扰能力强的电子定位系统，在清管过程中一旦出现卡阻现象，智能型皮碗清管器能及时确定卡阻位置，以便采取必要

3、的应急措施。因此，本次清管作业采用智能型皮碗清管器。2.2　压力控制(1)清管器后压力的控制清管器的运行速度应适宜，过快容易使管道产生振动，并且清管器容易磨损。另外，清管作业从上午开始，一般要求在下午供气高峰前完成，由此确定清管器的运行时间为6～7h，清管器的运行速度为10km/h。清管作业时，天津支线清管器后的压力：　p0q0/T0＝Zpq/T　　　　　　　　(1)式中：p0——工程大气压力，0.1033MPa；q0——工程状况(0.1033MPa，293K)下的供气量，m3/h；T0——工程状态下的温度，293K；Z——气体压缩系数；一般清管作业时的压力p＜

4、1.2MPa，Z＝1.0；p——清管器后的绝对压力，MPa；q——清管作业时的工作状态下的燃气流量，m3/h；T——发送站的天然气温度，K。若近似认为了：T＝T0，式(1)简化为式中：d——管道内径，0.414m；　v——清管器在管道内的运动速度，km/h。当天要求的供气量为20×104m3/d，则q0＝8333m3/h。代入式(2)得，p＝0.77MPa。由此确定清管作业时清管球后天津支线的压力(表压)为0.7MPa左右。(2)清管器前后压差的确定清管器前后压差Δp可利用“组合圆筒”原理按下式计算确定：式中：Δp——清管器前后压差，MPa；　　　f——橡胶球与

5、钢管的滑动摩擦因数，0.12；　　　E——橡胶球的弹性模量，8.0MPa；　　　β——清管器的相对过盈量，过盈量与半径的比值；β＝8/207＝0.0386；　　　μ1——橡胶球的泊松比，0.48。　　经计算得出Δp＝0.05MPa。考虑污物的阻力，确定清管器的前后压差Δp为0.06MPa。2.3　清管器运行距离乙的确定　　清管球的运行距离根据进入清管器后管道内的气体量用体积法计算。　　L＝4p0TV0Z/(πd2pT0)(3)　　式中：L——清管球与起点的运行距离，m；　　　　　V0——发球后累计进气体积(状态为0.1033MPa，293K)，m3。　　将有关数

6、值代人式(3)，可得　　L＝0.743V0/p(4)3　清管作业3.1　清管过程　　陕京天然气长输管道天津支线全程见图1。　　天津支线全程设6个观测点——永清站、赵家楼阀室、王庆坨阀室、京福阀室、杨柳青电厂阀室、天津配气站(以下简称天津站)，观测压力及清管器通过与否。清管前一天，将天津支线压力(表压)降至0.5MPa，以便控制清管器的运行速度。　　清管当天上午8∶00，清管作业正式开始。清管作业的全过程见表1。由清管器清出的污物为深褐色粉状体，并伴有少量的水，污物质量约450kg。经化验含有碳、铁等元素。3.2　分析　　(1)在清管器未进入管道系统时，永清站与天

7、津站的压差很小，为0.003MPa。8∶08开始清管作业时，为了克服清管器与管道的摩擦力，使Δp升高至0.07MPa左右，说明选用的清管器较为合理。　　(2)随着清管作业的进行，清管器前会堆积一定量的污物，增加了阻力，于是在11∶30开始加大流量提高清管器前后的压差。从11∶30开始，Δp缓慢升高至0.154MPa。表l清管器运行状况时刻清管器后压力/MPa清管器前压力/MPa压差Δp/MPa备　　注8∶00(永清站)0.465(天津站)0.4620.003无清管器时8∶080.5610.5000.061清管器发出8∶250.6010.5300.0719∶000

8、.5430.5000.0