在運成品油管道清管作業(yè)操控原理分析與探討

張玉恒，王海燕，高明斌

1.中石化石油工程設(shè)計有限公司，山東東營 257026

2.中航油進出口有限責(zé)任公司，北京 100088

成品油管道輸送的介質(zhì)對管道內(nèi)部的清潔度要求較高，同時，管道內(nèi)部潔凈程度也對管道的輸送效率和使用壽命產(chǎn)生重要影響。因此，清管作業(yè)一直是成品油管道施工、投產(chǎn)和日常運行管理中的一項重要工藝措施，是保證成品油長輸管道長期、安全、可靠地運行和輸送清潔、合格的成品油介質(zhì)的必要步驟。

清管作業(yè)主要分為管道投運前清管作業(yè)和在運管道清管作業(yè)兩種。其目的有：清除管內(nèi)積液和雜物（粉塵），減少摩阻損失，提高管道輸送效率，避免低洼處積水，掃除管壁沉積，減少腐蝕，開展管道內(nèi)檢測等新用途[1]。關(guān)于長輸管道投運前清管作業(yè)的文獻較多，本文結(jié)合肯尼亞1號成品油管道重建工程，針對在運成品油管道清管作業(yè)的操控原理進行說明、分析和探討。

1 項目概況

肯尼亞1號成品油管道重建工程起點為肯尼亞東部港口城市蒙巴薩，終點位于中部城市——首都內(nèi)羅畢，管道全長為449 km，設(shè)計管徑為DN500，設(shè)計壓力為10 MPa，全線共設(shè)站場12座，其中油源站1座，首站1座，中間泵站7座，下載站2座，末站1座。

項目計劃分三期實施，本次工程為一期，包括449 km管道、油源站（PS14）擴建、首站（PS1）、3座中間泵站（PS3、PS5和PS7），1座下載站（PS9）擴建以及末站（PS10）擴建，一期工程最大設(shè)計輸量1 807 m3/h。

如圖1所示，首站PS1設(shè)置有發(fā)球筒，中間清管站PS5設(shè)置有收球筒及發(fā)球筒，末站PS10設(shè)置有收球筒。同時，在PS3、PS5和PS7站進站前1.5km處設(shè)置有通球指示儀（3/5/7A-YS101），用于檢測清管器位置，以便提前聯(lián)鎖站內(nèi)電動閥門進行相關(guān)收發(fā)球操作。

圖1 各站相對位置關(guān)系及通球指示儀設(shè)置

2 清管作業(yè)操控原理

2.1 發(fā)球流程

以首站PS1站為例，其發(fā)球部分工藝流程如圖2所示。

清管作業(yè)開始前，需執(zhí)行如下操作：

（1）確認(rèn)發(fā)球筒的出口閥門1A-MOV-505和入口閥門1A-MOV-504及其2 in（1 in=25.4 mm）旁通閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖2 PS1站發(fā)球流程

（2）確認(rèn)發(fā)球筒內(nèi)無油品。

（3）打開發(fā)球筒快開盲板及平衡閥1A-V-510，放入清管器，并關(guān)閉盲板。

（4）完成上述操作后，打開1A-MOV-504的2 in旁通閥以及發(fā)球筒放空閥1A-V-507，待油品從放空閥1A-V-507溢出時，即可認(rèn)為發(fā)球筒內(nèi)空氣已經(jīng)排盡，此時關(guān)閉放空閥1A-V-507及1A-MOV-504的2 in旁通閥。

以上操作完成后，操作員即可通過站控系統(tǒng)給出開始通球的操作指令。站控系統(tǒng)具體執(zhí)行步驟如下：

（1）打開發(fā)球筒出口電動閥1A-MOV-505及進口電動閥1A-MOV-504。

（2）待發(fā)球筒進、出口電動閥門均全開到位后，關(guān)閉電動閥門1A-MOV-503。

（3）通過發(fā)球筒自帶的通球指示儀1A-YS-501確認(rèn)清管器順利離開發(fā)球筒。

（4） 通過出站管道上的通球指示儀1A-YS-502確認(rèn)清管器已順利出站。

確認(rèn)清管器出站后，按照上述相反步驟，切斷發(fā)球流程，打開發(fā)球筒排污閥，排盡發(fā)球筒內(nèi)殘留油品，完成發(fā)球操作。發(fā)球操作中需要注意的是：發(fā)球筒出口的全通徑電動開關(guān)閥需要全開到位后才可觸發(fā)發(fā)球筒旁通閥的關(guān)命令，避免清管器沖擊出口開關(guān)閥而造成不必要的損傷。

2.2 清管器越站流程

以PS3站為例，其清管器越站部分工藝流程如圖3所示。

PS3站站外來油方向1.5 km處設(shè)有通球指示儀3A-YS-101，當(dāng)清管器經(jīng)過時指示儀將報警信號上傳至PS3站站控系統(tǒng)，并開始執(zhí)行清管器越站操作流程，具體步驟如下：

（1）將在運主泵調(diào)整為空載運行狀態(tài)，此時站控系統(tǒng)應(yīng)屏蔽掉主泵進口極低流量跳泵信號。

（2）開越站電動閥門3A-MOV-101。

（3） 當(dāng)越站閥門3A-MOV-101全開到位后，關(guān)閉PS3站進站過濾器前電動閥門和主泵出口電動閥門。

圖3 PS3站清管器越站流程

（4） 通過PS3站出站管道上的通球指示儀3A-YS-102信號，確認(rèn)清管器已順利越站。

（5）開啟PS3站進站過濾器前電動閥門和主泵出口電動閥門。

（6）關(guān)閉越站電動閥3A-MOV-101，同時主泵重新加載（loading），從而完成清管器越站流程。

清管器越站過程中，當(dāng)主泵轉(zhuǎn)為空載狀態(tài)后，需要關(guān)閉進站過濾器前的開關(guān)閥而非主泵進口處的開關(guān)閥，避免清管過程中主管道內(nèi)的雜質(zhì)對站內(nèi)過濾器造成阻塞。

2.3 清管站收發(fā)球流程

PS5站為典型的中間清管站，其收球部分工藝流程如圖4所示。

圖4 PS5站收球流程

在整條管道清管作業(yè)開始前，PS5站需執(zhí)行如下操作：

（1）確認(rèn)收球筒入口閥門5A-MOV-101、出口閥門5A-MOV-103及其2 in旁通閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

（2）確認(rèn)收球筒內(nèi)無異物。

（3）打開5A-MOV-103的2 in旁通閥以及收球筒放空閥5A-V-104，待油品從放空閥5A-V-104溢出時，即可認(rèn)為收球筒內(nèi)空氣已經(jīng)排盡，此時關(guān)閉放空閥5A-V-104及5A-MOV-103的2 in旁通閥。

以上操作完成后，PS5站收球筒即完成收球作業(yè)的前期準(zhǔn)備工作。待站外1.5 km處通球指示儀5A-YS-101報警信號觸發(fā)后，站控系統(tǒng)即可執(zhí)行收球操作，具體執(zhí)行步驟如下。

（1）將在運主泵調(diào)整為空載（idling）運行狀態(tài)（用時約2 min），此時的站控系統(tǒng)應(yīng)屏蔽掉主泵進口極低流量跳泵（trip）信號。

（2）開越站電動閥門5A-MOV-104及收球筒進、出口電動閥門5A-MOV-101和5A-MOV-103。

（3）當(dāng)電動閥門5A-MOV-101、5A-MOV-103和5A-MOV-104全開到位后，關(guān)閉收球筒旁通電動閥門5A-MOV-102、PS5站過濾器前電動閥以及主泵出口電動閥。

（4）當(dāng)收球筒自帶的通球指示儀5A-YS-102顯示清管器已進入收球筒后，打開電動閥門5A-MOV-102。

（5）當(dāng)5A-MOV-102全開到位后，同時關(guān)閉收球筒進、出口電動閥5A-MOV-101和5A-MOV-103。

（6）開PS5站進站過濾器前電動閥門和主泵出口電動閥門。

（7）關(guān)閉越站電動閥5A-MOV-101，同時主泵重新加載（loading）。

（8）確認(rèn)收球筒進、出口電動閥5AMOV-101和5A-MOV-103全部關(guān)到位后，即可對收球筒進行放空和排污操作，然后取出清管器，完成整個收球作業(yè)。

PS5站的發(fā)球流程與PS1站的類似，而PS10站的收球流程與PS5站的收球流程類似，只是沒有對越站閥門以及主泵運行狀態(tài)的控制，因此本文不再做進一步描述。

3 經(jīng)驗及建議

3.1 站外通球指示儀的設(shè)置

站前通球指示儀的安裝位置必須與清管器的設(shè)計運行速度相匹配，當(dāng)站控系統(tǒng)接收到通球指示儀的信號后，應(yīng)有足夠的時間來執(zhí)行相應(yīng)的動作。在實際運行中清管器的運行速度一般控制在2～5 m/s，清管器的運行速度對清管效果影響極大，速度過快時會對清管器造成較大磨損，嚴(yán)重時會導(dǎo)致清管器停滯不前，造成清管事故；速度過慢會導(dǎo)致清管器在管道內(nèi)走走停停，不能達(dá)到很好的清管效果。通常清管器運行的平均速度由如下公式計算[2]：

式中：v為清管器運行速度，m/h；Dn為管道的當(dāng)量直徑，m；Q為清管時的管道排量，m3/h。

在本工程中，管道設(shè)計最大輸量為1 807 m3/h，假設(shè)進行清管作業(yè)時，按照最大輸量考慮，代入上述公式，即可得到清管器在管道中的運行速度v=2.56 m/s。而本項目中的清管指示儀閥室設(shè)置在進站前1.5 km處，考慮實際運行時的摩阻等因素，在最大輸量下，站內(nèi)也至少有10 min的準(zhǔn)備時間。實際運行時，時間約為20 min，因此有足夠完成站內(nèi)相關(guān)閥門開關(guān)操作的時間，確保清管流程順利實現(xiàn)。此外，在本次工程中采用了美國TDW公司的PIG-SIG NI系列非接觸式通球指示儀，避免了傳統(tǒng)插入式清管器易發(fā)生根部斷裂的問題。

3.2 旁路開關(guān)的設(shè)置

在本次工程施工過程中，曾出現(xiàn)過線路施工時挖斷老1號線PS8站站外通球指示儀信號電纜，造成虛假通球報警發(fā)出、站控系統(tǒng)自動開始執(zhí)行清管器越站流程的問題。當(dāng)主泵轉(zhuǎn)為空載狀態(tài)后，出站通球指示儀一直未給系統(tǒng)清管器出站信號，造成主泵長時間處于空載狀態(tài)，引起溫度升高，造成跳泵。

為避免上述情況的發(fā)生，建議在站控系統(tǒng)的機柜正面設(shè)置1個清管操作的旁路開關(guān)（Override Switch）。管道日常運行時，通過此開關(guān)將站外通球指示儀信號屏蔽掉，避免因站外施工等原因引發(fā)誤動作；而當(dāng)調(diào)控中心通知各站準(zhǔn)備進行清管作業(yè)時，站控系統(tǒng)操作人員通過該開關(guān)將站外通球指示儀信號重新接入站控系統(tǒng)。此外，建議在站控系統(tǒng)中設(shè)置一個定時器，當(dāng)進站通球指示儀被觸發(fā)后開始計時，如果在設(shè)定的時間內(nèi)清管器未通過，則出站通球指示儀給出報警提醒，站內(nèi)操作人員進行處理。

3.3 清管器定位

清管過程中，最常見的故障就是清管器卡堵或丟失。而此時確定清管器的位置是一切后續(xù)處理措施的先決條件。目前常用方法是清管器發(fā)出后，使用跟蹤儀定點跟蹤清管器的運行[3]。如在預(yù)定位置遲遲未檢測到清管器通過，并伴隨上游壓力升高、下游壓力降低、輸量急劇下降等現(xiàn)象出現(xiàn)，則可判斷是清管器卡堵在管道的某個區(qū)段。但該方法由于發(fā)射接收機距離短、電子發(fā)射機有效工作時間有限而不易定位。應(yīng)結(jié)合管道兩端壓力、流量輔助確定卡堵大概位置[4]。若發(fā)生清管器丟失的情況，可利用SCADA系統(tǒng)中途經(jīng)點壓變趨勢線進行判斷，尋找相鄰壓變趨勢線變化相反的區(qū)間，“丟失”的清管器極有可能在該區(qū)間內(nèi)[5]。

4 結(jié)束語

對在運成品油長輸管道進行定期的清管作業(yè)是保證管道長期安全可靠運行、輸送清潔合格油品的必要工序。不同工藝流程以及不同自動化水平下，清管作業(yè)的流程也不盡相同，只有把握清管作業(yè)的注意事項，結(jié)合項目的實際情況，優(yōu)化清管作業(yè)流程，才能在減輕操作人員勞動強度的同時保證長輸管道的安全、平穩(wěn)運行。

[1]劉承昱.清管與檢測技術(shù)總數(shù)[J].清洗世界，2015，31（2）：10-14.

[2]董列武，謝東生.湖南成品油管道的清管作業(yè)及經(jīng)驗[J].石油庫與加油站，2010，19（2）：30-32.

[3]張勇，鄧子為.管道PIG卡堵的判斷及處理方法[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2016（1）：40-41.

[4]岳銘亮.杭甬線東段天然氣管道清管作業(yè)實踐與分析[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2015（6）：40-42.

[5]SY/T5536—2016，原油管道運行規(guī)范[S].