中缅天然气管道大落差管段清管过程仿真研究

贾彦杰，许　娟，周　彬，陈崎奇，陈　鹏，郑　强，付海龙中国石油集团西南管道有限公司，四川成都 610000

中缅天然气管道大落差管段清管过程仿真研究

贾彦杰，许娟，周彬，陈崎奇，陈鹏，郑强，付海龙
中国石油集团西南管道有限公司，四川成都 610000

为掌握中缅天然气管道大落差管段清管器的运行规律，以龙陵输气站至弥渡输气站间总长度为250 km、最大相对高差为1 654 m的管段为研究对象，采用SPTOLGA软件建立了管道的清管过程仿真模型。分析了不同输量下清管器的运行速度。结果表明，清管器最大速度与平均速度之间的最大相对偏差可达36.84%；当管道输量超过3 000万m3/d时，清管器的平均速度会超过5 m/s，超过了标准中推荐的最大清管速度。

天然气管道；大落差；清管；仿真

中缅天然气管道是我国西南部的战略能源通道，设计承压能力为10 MPa、输量为120亿m3/a。管道起自缅甸西海岸马德岛，从云南省进入中国境内。在云南省境内途经瑞丽市、保山市、大理市、楚雄市、昆明市等地，沿线高黎贡山等山脉连绵起伏，管道依地势而建，形成了很多大落差，在部分地区，相对高差甚至超过了1 000 m。

清管是天然气管道在日常运行管理中提高天然气管道输送效率的重要措施。清管过程中，清管器的运行速度是影响清管效果的关键因素［1-2］。我国石油行业标准［3］规定，天然气管道中清管器的运行速度一般宜控制为3～5 m/s。然而，在大落差地区，受地形起伏影响，清管器的运行速度会不断地发生变化。因此，准确地掌握清管器的运行速度及其变化规律是进行天然气管道安全清管的基础和前提。

为此，以中缅天然气管道龙陵输气站至弥渡输气站间的大落差管段为研究对象，采用SPT OLGA软件建立管道清管过程仿真模型，分析不同输量下清管器运行速度的变化规律，为制订合理的清管技术方案提供依据。

1　大落差管道清管仿真模型

中缅天然气管道龙陵站至弥渡站间的管道总长为250km，管材采用X80钢，管道规格为D1016 mm× 17.5mm。管道沿线高程如图1所示，从图1可以看出，在28.1～42.3km处，管道的相对高差达到了1 654 m。

图1　大落差管段沿线高程

采用SPT OLGA 7.1软件建立该管段的仿真模型。根据管道在冬季的实际运行参数，设定管道的入口边界条件为流量温度边界，入口温度为21℃，流量为1 333万m3/d；出口边界条件为压力边界，压力值为6.5 MPa；管壁粗糙度为0.016 mm，沿线地温为17℃，管道总传热系数为1.2 W/（m2·K）。

模拟得到管道沿线压力、温度曲线如图2、图3所示。由图2、3可知，模拟计算得到的管道入口压力为6.93 MPa，出口温度16.9℃。实测的管道入口压力为6.92 MPa，温度为17.30℃。这表明建立的仿真模型具有较高的精度。

图2　　管道沿线的压力分布

图3　　管道沿线的温度分布

在此基础上，通过在SPT OLGA软件中加入FA-Models Pig模块，进一步建立了清管过程仿真模型。采用橡胶清管球进行清管，清管器的过盈量取3%，即清管球外径为1 010 mm，清管器质量为1 000 kg。根据文献［4］，清管球和管壁间的阻尼系数为9 500 Ns/m；泄漏因数取值为0，表明清管球和管壁之间密封良好，没有气体泄漏。

2　大落差管道清管器运行速度变化规律分析

对于大落差管段，在管道终点出口压力一定的情况下，影响清管器运行速度的主要因素为管道输量。中缅天然气管道的输量为1 000万～3 500万m3/d。为此，本研究采用所建立的模型分别分析了输量为1 000万、1 500万、2 000万、2500万、3 000万、3500万m3/d共六种工况下清管器的运行速度。

当输量为1 000万m3/d时，整个清管过程中，清管器的运行速度变化如图4所示。

图4　　清管器运行速度的变化

由图4可知，清管器从1 h时进入管道至34.5 h时移出管道，整个清管过程持续了33.5 h。清管过程中，清管器的运行速度在2.1 m/s左右波动，清管器运行最小速度为1.58 m/s，最大速度为2.53 m/s；特别是经历大落差管段时，清管器运行速度的波动尤为明显。

在不同输量下，清管器的平均速度、最大速度和最小速度如表1所示。

表1　　不同输量下的清管器运行速度

从表1可以看出，在以上工况中，地形起伏对清管器运行速度均有较大的影响；清管器最大速度与平均速度之间的最大相对偏差可达36.84%。当管道输量超过3 000万m3/d时，清管器的平均速度会超过5 m/s，最大速度可达到6.76 m/s，超过了标准中推荐的最大清管速度。在此情况下清管时，可考虑适当降低清管器的过盈量，以达到增大清管器的泄漏因数，降低清管器速度的目的。

3　结束语

本文以中缅天然气管道龙陵站—弥渡站间总长为250 km、最大相对高差达1 654 m的大落差管段为研究对象，采用SPT OLGA软件建立了清管过程仿真模型。根据管道的实际运行参数和设计工况，分析了不同输量下清管器运行速度。结果表明，在中缅天然气管道的大落差管段中，清管器最大速度与平均速度之间的最大相对偏差可达36.84%。当管道输量超过3 000万m3/d时，清管器平均速度会超过5 m/s，超过了标准中推荐的最大清管速度。在此情况下清管时，可考虑适当降低清管器的过盈量，以达到增大清管器的泄漏因数，降低清管器速度的目的。

［1］朱喜平.天然气长输管道清管技术［J］.石油工程建设，2005，31（3）：12-16.

［2］麻建军，谢焜，许明飞，等.清管工艺在天然气管道工程中的应用［J］.油气田地面工程，2013，32（12）：92-93.

［3］SY/T6383-1999，长输天然气管道清管作业规程［S］.

［4］李国华，蒲家宁，杨玉利.柔轴组合式清管器的结构研究与设计［J］.油气储运，1995，14（4）：37-40.

Pigging Simulation for Pipeline Sections with Large Elevation Difference in China-Myanmar NaturalGas Pipeline

JIAYanjie，XU Juan，ZHOU Bin，CHEN Qiqi，CHEN Peng，ZHENG Qiang，FU Hailong
CNPC Southwest Pipeline Co.，Ltd.，Chengdu 610500，China

In order to predict the pig moving in the pipeline sections with large elevation difference in China-Myanmar Natural Gas Pipeline，the SPT OLGA software package is utilized to build the pipeline pigging simulation model.The target pipeline section is located from Longling station to Midu station.Its totallength is 250 km，and the largest relative elevation difference is 1 654 m.Then，the model is applied to analyze the variation of pig velocity with different gas transmission amounts.The results show that the maximum relative difference between the average pig velocity and the maximum pig velocity can even reach 36.84%.Especially，if the transmission amount beyond 3 000×104m3/d，the average pig velocity willbe beyond 5 m/s that exceeds the maximum pigging velocity recommended by the standard.

naturalgas pipeline；large elevation difference；pigging；simulation

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.01.006

贾彦杰（1983-），男，河北石家庄人，工程师，2012年毕业于西南石油大学机械工程专业，博士，现主要从事天然气管道运行和管理方面的工作。Email：jiayj007@foxmail.com

2015-07-07；

2015-11-08