天然氣管線清管收球作業風險分析及應對

唐 勇，鄭海波

（斯倫貝謝長和油田工程有限公司，陜西延安 716000）

天然氣作為清潔能源，需求量與日俱增，目前國內高產量天然氣單井普遍較少，大部分天然氣開發都是通過多個單一井場將天然氣從井下引出，使用管道匯集至區域天然氣集氣站，天然氣集氣站通過干網輸送至天然氣凈化廠經重力分離增壓后，進行天然氣脫水、脫碳、脫硫等相關凈化處理。由于天然氣進入凈化廠前均為原料氣，并未進行相關凈化處理，在長距離的輸送過程中，由于原料氣本身含有少量固體雜質和水分，加之管道多經地形起伏山區，以及氣溫、工藝條件等原因，管線內部積水、泥沙、固體顆粒物、輕質油、甲烷水合物等物質會造成天然氣管道輸氣阻力增大影響傳輸效率、管道腐蝕等危害，因此需要根據天然氣管道的實際運行情況不定期進行清管作業。陳福林等總結了在管線清管作業過程中，管道積水靜壓阻力、地形起伏誘發段塞流和強烈段塞流對清管作業的影響，如圖1所示。

圖1 地形起伏誘發段塞流形成機理

氣液在下坡段呈分層流型，下坡段的液體到達管道底部，上坡段的部分液體倒流，使管道底部聚集液體，氣體流速增大，帶液能力增強，上坡段含液率大幅增加，在上坡段形成段塞流。管內流體呈段塞流時，管道壓力和管道出口氣液瞬時流量波動較大，并伴隨強烈振動。為保證清管收球作業的安全開展，提前對清管收球作業中的風險進行預判，對相應風險做出應對措施。

1 清管收球作業流程

正常的清管收球作業流程為：上游發球后，下游將工藝切換至收球流程，首先打開閥門①、②進行收球筒前后均壓，均壓完成后稍開閥門③、④，聽到氣流聲后關閉排污閥，確保排污管線暢通；打開閥門⑤、⑦，緩慢關閉閥門⑥，切換至正常收球流程。劉健等對此收球工藝進行了優化，采用間接收球的方法當清管器快要進站時，稍開閥門⑥，以控制清管器速度和減緩沖擊，在實踐中起到了較好的效果。當確認清管器進入收球筒后，打開閥門⑥，關閉閥門⑤、⑦，打開閥門⑧進行收球筒泄壓，具體工藝流程如圖2所示。

圖2 收球裝置工藝流程圖

2 清管作業主要風險及原因分析

2.1 清管器不能進入收球筒

進入收球筒的主管線閥門沒有完全打開；清管器經過收球端的三通，球閥沒有關閉，造成清管器運行姿態發生改變，卡堵在三通位置等。

2.2 清管器停球或卡堵

主要原因有推力不足、磨損過大、管道變形、清管器竄氣、異物卡堵等。

2.3 收球作業的風險

可能因閥門故障失靈造成天然氣泄漏；收球筒未泄壓、置換完成，快開盲板打開造成人身傷害等風險。

2.4 收球筒排污管線堵塞

在清管過程中管線中大量固體雜質和污水在即將到達收球筒時，可能會因水量大雜質多，造成排污不及時，進而堵塞排污管線。

3 清管作業主要風險的控制措施

3.1 收球前檢查確認收球筒前的球閥是否處于完全開啟狀態，收球端三通閥處于關閉狀態，檢查收球筒上的閥門是否完全開啟

3.2 清管器停球或卡堵主要控制措施

（1）“增加管輸壓差”：通過增大上游壓力，降低下游壓力的方式實現。在這一操作過程中，應保證卡堵點上游裝置及管道壓力不能超過最高允許工作壓力。

（2）再發送一個清管器將其頂出，如清管器卡死，由于管內氣流中斷或氣流極小，一般不建議繼續發送第二只清管器進行解卡。

（3）如果變形量在可通過范圍內，提高上下游壓力差，嘗試通過停球點；或調整流程，“反向反推”；或降低上游壓力，反向作用于清管器，將清管器從上游取出。

（4）增大球后進氣量、降低球前天然氣壓力，增大壓差重新使清管器啟動；清管器停止運行20h，整個生產管線未出現憋壓情況，再發送一個過盈量稍大的泡沫清管器，將上一個清管器頂出。

（5）如變形量在可通過范圍內，提高上下游壓力差，嘗試通過卡堵點；或調整流程，反向輸送天然氣，推動清管器返回發球筒；或斷管、取球。

3.3 收球作業風險主要控制措施

（1）收球裝置閥門要進行日常維護保養，發現問題閥門及時更換，切勿帶病上崗。

（2）收球前對收球裝置提前進行檢查，操作人員嚴格按照操作規程操作，對閥門及盲板密封面進行重點檢查。

（3）清管器到達收球筒后，導通天然氣主流程，關閉收球流程，打開收球筒放空閥進行泄壓。當收球筒內壓力泄至0時，接入氮氣管線對清管器進行氮氣置換；置換合格后，操作人員穿戴好個人勞保用品，釋放個人靜電，使用防爆工具進行操作。

3.4 排污管線堵塞風險的措施

（1）提前檢查排污管線是否通暢，如有堵塞現象，收球前疏通排污管線，保證收球過程中排污系統通暢。

（2）提前降低集氣分離器、污水罐等容器液位，防止來液量大造成污水罐液位過高，甚至液相進入放空管線。

（3）提前準備臨時排污管線、排污裝置或者污水罐車。在收球筒入口管線前設置監聽站，當監聽到管線內有水聲通過時，及時打開排污管線進行排污，如發現污水排污系統堵塞，立即將排污流程導入臨時排污管線，以便及時收集及處理污染物，防止大量污染物流入下游天然氣凈化裝置，造成凈化裝置溶液污染，甚至造成產品天然氣不合格。

4 清管過程中壓縮機組的控制

4.1 流程簡述

上游來原料氣（3.4MPag）經集氣分離器進行氣液分離，原料氣進行壓縮機入口聚結過濾器進行精過濾（過濾精度10μm）后，進入壓縮機組進行增壓（5.2MPag），增壓后的原料氣經壓縮機后過濾器將凝析液過濾，原料氣進入下游天然氣凈化裝置，集氣增壓裝置工藝流程如圖3所示。

圖3 集氣增壓裝置工藝流程圖

4.2 正常生產時清管作業對壓縮機組的影響

當原料氣大量帶液進入集氣分離器，分離器液位升高，在集氣分離器氣相出口垂直管線易形成霧狀流，氣相是連續相，液體是分散相，液體沿著管壁成為一個流動的液環，這時管壁上有一層液膜，通常總有一些液體被夾帶，以小液滴形式分布在氣相；氣體以很高的速度攜帶液滴進入壓縮機入口，對壓縮機入口過濾器造成沖擊，嚴重時液滴會跟隨氣相進入壓縮機氣缸，帶液量較大時，會造成活塞桿斷裂。

4.3 清管過程中壓縮機組的調控

當大量液體在清管器的推動下順著管線向下游流動時，清管器即將到達收球筒前，會伴隨著管線振動、異常聲音等現象，需要及時打開收球筒排液閥進行排液，加強對壓縮機入口過濾器的排液和壓差變化、壓縮機振動值、壓縮機轉速等關鍵參數的監控；當判斷清管器達到前約15min，運行的壓縮機組開始減負荷，并觀察來氣壓力的升高趨勢，防止上游壓力過高造成安全閥起跳。此舉既可以通過減小清管器前后壓差來控制球速和降低氣體流速，也可以延長管線內積水的流動時間，進而為充分排液和防止壓縮機帶液贏得了工藝操作的時間和空間；當確定清管器已順利進入收球筒后，將流程切換為正常流程，并迅速進行壓縮機加負荷，使生產快速恢復正常。清管作業過程中壓縮機的上述調控方式，通過2020年的兩次清管作業驗證了其良好的實際效果，將清管收球作業對生產的影響降低到可控范圍。

5 結束語

清管作業過程中本身具有一定的風險，需要提前制定好完備的清管方案，提前檢查閥門的開關靈活性和密封性，氣液分離器的排污是否暢通以及液位指示是否準確。在關鍵點設置監聽點來監控清管器的運行狀態和掌握管道的內部情況，對所有參與清管作業的人員進行系統培訓和明確分工，并且需要制定相應的應急預案來防范清管作業過程中的突發情況，將各種風險對清管作業造成的影響降到最低。而且含硫天然氣管道清管收球時，要嚴防硫化亞鐵遇空氣自燃，打開球筒前應使用氮氣進行置換，在氮氣微正壓保護下打開收球筒快開盲板，然后用水將收球筒內部和硫化亞鐵固體雜質潤濕，將硫化亞鐵自燃風險降到最低。