復(fù)雜天然氣長(zhǎng)輸管道清管作業(yè)工藝調(diào)整

孫艷彬 劉蕓 梁思維(陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安 710016)

0 引言

以某天然氣長(zhǎng)輸管道為例，全長(zhǎng)145km，管徑DN400，沿線共設(shè)有8座場(chǎng)站(場(chǎng)站A-H)、1座樞紐站(樞紐站I)、1個(gè)干線直供大型工業(yè)用戶(用戶J)，該管線由2處氣源(氣源1、氣源2)同時(shí)供氣(如圖1)。其中氣源1自上游向下游供氣，氣源2為場(chǎng)站E、F之間支線，可向上下游兩個(gè)方向供氣；用戶J為場(chǎng)站B、C之間支線，樞紐站I為場(chǎng)站C、D之間支線，均向大型工業(yè)用戶供氣，特點(diǎn)是用氣量大、氣量平穩(wěn)、必須連續(xù)供氣，同時(shí)樞紐站I連通另一條干線，也可作為補(bǔ)充氣源。

1 前期準(zhǔn)備工作

復(fù)雜工藝天然氣長(zhǎng)輸管道之所以稱之為“復(fù)雜”，主要包括干線和場(chǎng)站兩個(gè)方面。復(fù)雜工藝干線可能設(shè)計(jì)有其他氣源、干線開口用戶等支線，復(fù)雜工藝場(chǎng)站常是樞紐站或設(shè)計(jì)有越站旁通等連通管線，工藝管線錯(cuò)綜復(fù)雜。總的來說，復(fù)雜工藝長(zhǎng)輸管道具有支線多、連通管線多、用戶多、工藝調(diào)整復(fù)雜的特點(diǎn)，容易出現(xiàn)清管器無法發(fā)出、運(yùn)行速度過快、卡球等各類風(fēng)險(xiǎn)。

為了保證清管作業(yè)順利進(jìn)行，前期工藝資料查閱和現(xiàn)場(chǎng)踏勘顯得尤為重要[1]。通過查找工藝資料、踏勘現(xiàn)場(chǎng)充分了解場(chǎng)站和閥室分布、用戶用氣量和用氣規(guī)律，以及儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施等，據(jù)此提前預(yù)判可能出現(xiàn)的問題并制定作業(yè)方案，可避免清管過程中的多數(shù)問題，也是制定后續(xù)工藝調(diào)整方式的重要依據(jù)。

2 工藝調(diào)整

2.1 清管器無法發(fā)出

對(duì)于復(fù)雜工藝流程的場(chǎng)站，發(fā)球作業(yè)過程中如果越站旁通或其他連通閥門沒有完全關(guān)閉都可能導(dǎo)致清管器無法從發(fā)球筒發(fā)出。此外各連通管線三通處壁厚變化可能導(dǎo)致清管器在三通處停滯，而此時(shí)發(fā)球筒上的清管器通過指示儀顯示清管器已發(fā)出，下游監(jiān)聽點(diǎn)卻遲遲無法監(jiān)聽到清管器到達(dá)，出現(xiàn)清管器“失蹤”的現(xiàn)象。為防止此現(xiàn)象發(fā)生，發(fā)球流程工藝調(diào)整后需對(duì)工藝流程進(jìn)行復(fù)查，確認(rèn)越站旁通等連通閥門是否完全關(guān)閉，電動(dòng)閥門、氣液聯(lián)動(dòng)閥門關(guān)閉后需手動(dòng)確認(rèn)是否關(guān)閉到位并檢查限位。待清管器從發(fā)球筒發(fā)出后在出站管道處持續(xù)監(jiān)聽清管器運(yùn)行狀況，通過監(jiān)聽判斷其運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行速度。同時(shí)在站外放置便攜式清管器通過指示儀，通過人工監(jiān)聽和設(shè)備檢測(cè)兩種方式共同確認(rèn)清管器已離開發(fā)球站且正常運(yùn)行。

2.2 清管器啟動(dòng)速度過快

清管器啟動(dòng)速度過快可能造成清管器損壞、管道振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致場(chǎng)站設(shè)備損壞[2]。可通過控制啟動(dòng)壓差來控制清管器啟動(dòng)速度，但由于上下游場(chǎng)站或閥室距離較遠(yuǎn)，壓力傳遞存在滯后現(xiàn)象，清管器發(fā)出后無法立即降低其運(yùn)行速度。通過多次嘗試后發(fā)現(xiàn)控制發(fā)球站閥門開度是最有效的控制方式，清管器發(fā)出后立即關(guān)小閥門開度，在清管器運(yùn)行速度低于下限前逐漸增加閥門開度直至全開。不僅有效控制清管器前期運(yùn)行速度，也為后期工藝調(diào)整保留空間。操作過程中要注意閥門開度調(diào)整一定要少量多次、緩慢操作，防止清管器運(yùn)行速度波動(dòng)。

2.3 清管器運(yùn)行速度控制

清管器運(yùn)行速度過快或過慢都會(huì)影響清管效果，需通過工藝調(diào)整等技術(shù)手段進(jìn)行控制[3]。清管器運(yùn)行速度主要取決于清管器前端(下游)用氣量，用戶多則用氣量大、運(yùn)行速度快，隨著清管器的不斷前進(jìn)，用戶數(shù)量逐漸減少、運(yùn)行速度逐漸降低甚至停止。因此，控制清管器前端(下游)用氣量是控制清管器運(yùn)行速度的關(guān)鍵。對(duì)于用氣量大的管線，可安排在錯(cuò)過用氣高峰時(shí)段發(fā)球或提前關(guān)閉清管器前端(下游)場(chǎng)站或閥室干線閥門降低作業(yè)管段用氣量。后者適用于切斷管線下游其他氣源或用氣量小的線路，否則需在關(guān)閉干線閥門后通過干線旁通向下游節(jié)流供氣，防止下游管道虧空影響用戶供氣。操作過程中不建議關(guān)閉距發(fā)球站過近的下游干線閥門，防止清管器運(yùn)行速度過快來不及打開導(dǎo)致清管器撞擊閥門。對(duì)于用氣量過小的管線，用氣量無法保持清管器運(yùn)行最低速度，可選擇在用氣高峰時(shí)段發(fā)球，以保持清管器前期運(yùn)行速度，后期可通過提高清管器后端(上游)壓力推動(dòng)其繼續(xù)運(yùn)行。但隨著清管器不斷前進(jìn)，清管器前端(下游)壓力也會(huì)隨之升高直至清管器前后壓力平衡，如果清管器停止運(yùn)行可打開收球站放空閥引球。現(xiàn)以某天然氣長(zhǎng)輸管道兩段清管作業(yè)為例分別對(duì)操作方式進(jìn)行進(jìn)一步說明，第一段為場(chǎng)站A至場(chǎng)站D、第二段為場(chǎng)站D至場(chǎng)站H。

圖1 線路走向示意圖

2.3.1 第一段清管作業(yè)

第一段管段清管作業(yè)下游共有7個(gè)場(chǎng)站，用氣量大，需要控制運(yùn)行速度。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)場(chǎng)站B至場(chǎng)站D管段之間氣量足以滿足清管器運(yùn)行需求，發(fā)球前關(guān)閉場(chǎng)站D干線閥門，通過氣源2保證場(chǎng)站D下游場(chǎng)站供氣，操作過程需控制氣源2供氣壓力不超過場(chǎng)站D上游壓力；提前關(guān)閉樞紐站I，通過另一條干線保證其供氣，避免對(duì)清管作業(yè)造成干擾。當(dāng)清管器通過場(chǎng)站B后用氣量突然降低，此時(shí)需立即調(diào)整工藝，將干線切斷位置向下游調(diào)整，通過場(chǎng)站D干線旁通閥平衡上下游壓力后打開干線閥門，避免清管器運(yùn)行速度波動(dòng)，依次向下游調(diào)整切斷位置直至清管器進(jìn)入收球筒。需要注意的是氣源2位于場(chǎng)站E下游，打開場(chǎng)站E干線閥門前必須提前關(guān)閉氣源2，防止逆向氣流阻礙清管器運(yùn)行甚至造成停滯或逆向運(yùn)行。此時(shí)因場(chǎng)站F下游無其他氣源，需通過場(chǎng)站E干線旁通閥向下游節(jié)流供氣。

2.3.2 第二段清管作業(yè)

第二段管段清管作業(yè)下游共有4個(gè)場(chǎng)站，用氣量明顯降低，因此本段工藝調(diào)整與第一段完全不同，需避免清管器到達(dá)末端速度過低無法運(yùn)行。經(jīng)了解場(chǎng)站H有儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)場(chǎng)站H高峰時(shí)段用氣量加之儲(chǔ)氣設(shè)施充氣過程可滿足清管器末端運(yùn)行速度要求，避免收球站放空引球。清管作業(yè)前盡量降低場(chǎng)站H儲(chǔ)氣設(shè)施壓力，并在清管器后端(上游)管道制造階梯式壓力段作為備用動(dòng)力源。提前計(jì)算清管器運(yùn)行時(shí)間，控制其在用氣高峰時(shí)段到達(dá)場(chǎng)站H。當(dāng)清管器前端(下游)用氣量不足時(shí)開始向場(chǎng)站H儲(chǔ)氣設(shè)施充氣，如仍無法滿足需求，通過階梯式壓力段逐級(jí)向下游增壓，同時(shí)充分利用多氣源的復(fù)雜性，保證清管作業(yè)后期足夠的壓力補(bǔ)給。

2.4 干線用戶影響

有支線的復(fù)雜線路對(duì)清管作業(yè)會(huì)造成一定影響，包括清管器的運(yùn)行狀態(tài)、速度等，嚴(yán)重的甚至可能造成卡球或清管器損壞，特別是管徑大于干線1/2的支線，為了避免支線帶來的影響，清管作業(yè)前需提前將其關(guān)閉。干線開口工業(yè)用戶因其連續(xù)生產(chǎn)的特性通常無法停產(chǎn)，且用氣量較大，導(dǎo)致清管器通過時(shí)可能因氣流方向的改變導(dǎo)致清管器卡堵，此時(shí)保證清管器前端(下游)穩(wěn)定的排量、后端(上游)穩(wěn)定的壓力補(bǔ)充非常關(guān)鍵，需控制清管器運(yùn)行速度在合理范圍內(nèi)，保證清管器順利經(jīng)過。用戶J就是一個(gè)干線開口的大型、連續(xù)生產(chǎn)工業(yè)用戶，管徑為3/4干線管徑，清管器通過用戶J后用氣量立即大量降低，加之三通處氣流方向的影響，導(dǎo)致清管器到達(dá)用戶J后就會(huì)出現(xiàn)停滯的現(xiàn)象。因用戶J所在支線流程簡(jiǎn)單，只能通過清管器后端(上游)不斷補(bǔ)充壓力、前端(下游)不斷用氣建立壓差后推動(dòng)清管器繼續(xù)運(yùn)行。場(chǎng)站B雖然并非支線，但由于其用氣量大、進(jìn)站管徑大，對(duì)清管器的影響與大型支線類似，清管器在通過場(chǎng)站B進(jìn)站三通后經(jīng)常在三通下游干線閥處停滯。場(chǎng)站B干線流程與其余場(chǎng)站相同，但其余場(chǎng)站均可順利通過，通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)不同之處是場(chǎng)站B用氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他場(chǎng)站。因其站內(nèi)工藝流程的復(fù)雜性使其工藝調(diào)整較支線具備更大的靈活性，場(chǎng)站B通過改造后的下游干線放空管線具備返輸供氣功能，清管器到達(dá)場(chǎng)站B前將供氣流程切換至下游供氣，同時(shí)干線工藝調(diào)整方式參考用戶J，就這樣在大流量的驅(qū)動(dòng)下清管器順利通過場(chǎng)站B。

2.5 管道清潔度差

天然氣長(zhǎng)輸管線通常末端雜質(zhì)較多，但多氣源線路在氣源交匯處也是雜質(zhì)主要聚集處，管道清潔度差會(huì)導(dǎo)致發(fā)生阻力大于推動(dòng)力使清管器卡堵的現(xiàn)象。通過監(jiān)聽發(fā)現(xiàn)清管器每次通過用戶J后運(yùn)行一段時(shí)間就會(huì)停滯，即使按照稍大于用戶J氣量增加下游排量依舊如此，通過多次清管發(fā)現(xiàn)停滯位置相同，經(jīng)過對(duì)干線參數(shù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)場(chǎng)站B和場(chǎng)站C之間管道是氣源交匯處，通過用戶J后突然下降的排量加之聚集的雜質(zhì)導(dǎo)致清管器無法順利通過。發(fā)現(xiàn)此問題后立即調(diào)整工藝控制方式，在清管器通過用戶J后立即適當(dāng)增加供氣量，增加的供氣量可通過逐步嘗試確定。通過多次清管后該現(xiàn)象消除，證明此處確實(shí)為雜質(zhì)聚集處且已基本清除干凈。

2.6 清管器解卡

通過分析發(fā)現(xiàn)清管作業(yè)最容易遇到的問題就是清管器卡堵，之前已對(duì)于各類引起卡堵的原因已經(jīng)進(jìn)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)進(jìn)氣量，提高清管器后端(上游)壓力推球；②提高清管器前端(下游)用戶用氣量或進(jìn)行放空，降低球前壓力引球。③調(diào)整工藝使清管器逆向運(yùn)行后，再正向推動(dòng)，如清管器仍無法通過，正向、逆向反復(fù)操作至清管器通過停球點(diǎn)。④如清管器無法逆向操作可能是因?yàn)槊芊獠粐?yán)導(dǎo)致，可嘗試發(fā)第二個(gè)球推動(dòng)清管器運(yùn)行。⑤以上措施均失效時(shí)，對(duì)清管器進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，割管取出清管器[4]。

3 結(jié)語

以某天然氣長(zhǎng)輸管道為實(shí)例，對(duì)復(fù)雜工藝天然氣長(zhǎng)輸管道運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，并制定了相應(yīng)的工藝調(diào)整方案，為后期清管作業(yè)起到了指導(dǎo)作用。同時(shí)也證明了前期工藝調(diào)研和清管作業(yè)監(jiān)聽的重要性，通過調(diào)研和監(jiān)聽可提前發(fā)現(xiàn)清管器運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，以便提前優(yōu)化工藝調(diào)整，為清管作業(yè)帶來保障。