在运成品油管道清管作业操控原理分析与探讨

2018-04-26张玉恒王海燕高明斌

石油工程建设 2018年2期

张玉恒，王海燕，高明斌

1.中石化石油工程设计有限公司，山东东营 257026

2.中航油进出口有限责任公司，北京 100088

成品油管道输送的介质对管道内部的清洁度要求较高，同时，管道内部洁净程度也对管道的输送效率和使用寿命产生重要影响。因此，清管作业一直是成品油管道施工、投产和日常运行管理中的一项重要工艺措施，是保证成品油长输管道长期、安全、可靠地运行和输送清洁、合格的成品油介质的必要步骤。

清管作业主要分为管道投运前清管作业和在运管道清管作业两种。其目的有：清除管内积液和杂物（粉尘），减少摩阻损失，提高管道输送效率，避免低洼处积水，扫除管壁沉积，减少腐蚀，开展管道内检测等新用途[1]。关于长输管道投运前清管作业的文献较多，本文结合肯尼亚1号成品油管道重建工程，针对在运成品油管道清管作业的操控原理进行说明、分析和探讨。

1 项目概况

肯尼亚1号成品油管道重建工程起点为肯尼亚东部港口城市蒙巴萨，终点位于中部城市——首都内罗毕，管道全长为449 km，设计管径为DN500，设计压力为10 MPa，全线共设站场12座，其中油源站1座，首站1座，中间泵站7座，下载站2座，末站1座。

项目计划分三期实施，本次工程为一期，包括449 km管道、油源站（PS14）扩建、首站（PS1）、3座中间泵站（PS3、PS5和PS7），1座下载站（PS9）扩建以及末站（PS10）扩建，一期工程最大设计输量1 807 m3/h。

如图1所示，首站PS1设置有发球筒，中间清管站PS5设置有收球筒及发球筒，末站PS10设置有收球筒。同时，在PS3、PS5和PS7站进站前1.5km处设置有通球指示仪（3/5/7A-YS101），用于检测清管器位置，以便提前联锁站内电动阀门进行相关收发球操作。

图1 各站相对位置关系及通球指示仪设置

2 清管作业操控原理

2.1 发球流程

以首站PS1站为例，其发球部分工艺流程如图2所示。

清管作业开始前，需执行如下操作：

（1）确认发球筒的出口阀门1A-MOV-505和入口阀门1A-MOV-504及其2 in（1 in=25.4 mm）旁通阀处于关闭状态。

图2 PS1站发球流程

（2）确认发球筒内无油品。

（3）打开发球筒快开盲板及平衡阀1A-V-510，放入清管器，并关闭盲板。

（4）完成上述操作后，打开1A-MOV-504的2 in旁通阀以及发球筒放空阀1A-V-507，待油品从放空阀1A-V-507溢出时，即可认为发球筒内空气已经排尽，此时关闭放空阀1A-V-507及1A-MOV-504的2 in旁通阀。

以上操作完成后，操作员即可通过站控系统给出开始通球的操作指令。站控系统具体执行步骤如下：

（1）打开发球筒出口电动阀1A-MOV-505及进口电动阀1A-MOV-504。

（2）待发球筒进、出口电动阀门均全开到位后，关闭电动阀门1A-MOV-503。

（3）通过发球筒自带的通球指示仪1A-YS-501确认清管器顺利离开发球筒。

（4）通过出站管道上的通球指示仪1A-YS-502确认清管器已顺利出站。

确认清管器出站后，按照上述相反步骤，切断发球流程，打开发球筒排污阀，排尽发球筒内残留油品，完成发球操作。发球操作中需要注意的是：发球筒出口的全通径电动开关阀需要全开到位后才可触发发球筒旁通阀的关命令，避免清管器冲击出口开关阀而造成不必要的损伤。

2.2 清管器越站流程

以PS3站为例，其清管器越站部分工艺流程如图3所示。

PS3站站外来油方向1.5 km处设有通球指示仪3A-YS-101，当清管器经过时指示仪将报警信号上传至PS3站站控系统，并开始执行清管器越站操作流程，具体步骤如下：

（1）将在运主泵调整为空载运行状态，此时站控系统应屏蔽掉主泵进口极低流量跳泵信号。

（2）开越站电动阀门3A-MOV-101。

（3）当越站阀门3A-MOV-101全开到位后，关闭PS3站进站过滤器前电动阀门和主泵出口电动阀门。

图3 PS3站清管器越站流程

（4）通过PS3站出站管道上的通球指示仪3A-YS-102信号，确认清管器已顺利越站。

（5）开启PS3站进站过滤器前电动阀门和主泵出口电动阀门。

（6）关闭越站电动阀3A-MOV-101，同时主泵重新加载（loading），从而完成清管器越站流程。

清管器越站过程中，当主泵转为空载状态后，需要关闭进站过滤器前的开关阀而非主泵进口处的开关阀，避免清管过程中主管道内的杂质对站内过滤器造成阻塞。

2.3 清管站收发球流程

PS5站为典型的中间清管站，其收球部分工艺流程如图4所示。

图4 PS5站收球流程

在整条管道清管作业开始前，PS5站需执行如下操作：

（1）确认收球筒入口阀门5A-MOV-101、出口阀门5A-MOV-103及其2 in旁通阀处于关闭状态。

（2）确认收球筒内无异物。

（3）打开5A-MOV-103的2 in旁通阀以及收球筒放空阀5A-V-104，待油品从放空阀5A-V-104溢出时，即可认为收球筒内空气已经排尽，此时关闭放空阀5A-V-104及5A-MOV-103的2 in旁通阀。

以上操作完成后，PS5站收球筒即完成收球作业的前期准备工作。待站外1.5 km处通球指示仪5A-YS-101报警信号触发后，站控系统即可执行收球操作，具体执行步骤如下。

（1）将在运主泵调整为空载（idling）运行状态（用时约2 min），此时的站控系统应屏蔽掉主泵进口极低流量跳泵（trip）信号。

（2）开越站电动阀门5A-MOV-104及收球筒进、出口电动阀门5A-MOV-101和5A-MOV-103。

（3）当电动阀门5A-MOV-101、5A-MOV-103和5A-MOV-104全开到位后，关闭收球筒旁通电动阀门5A-MOV-102、PS5站过滤器前电动阀以及主泵出口电动阀。

（4）当收球筒自带的通球指示仪5A-YS-102显示清管器已进入收球筒后，打开电动阀门5A-MOV-102。

（5）当5A-MOV-102全开到位后，同时关闭收球筒进、出口电动阀5A-MOV-101和5A-MOV-103。

（6）开PS5站进站过滤器前电动阀门和主泵出口电动阀门。

（7）关闭越站电动阀5A-MOV-101，同时主泵重新加载（loading）。

（8）确认收球筒进、出口电动阀5AMOV-101和5A-MOV-103全部关到位后，即可对收球筒进行放空和排污操作，然后取出清管器，完成整个收球作业。

PS5站的发球流程与PS1站的类似，而PS10站的收球流程与PS5站的收球流程类似，只是没有对越站阀门以及主泵运行状态的控制，因此本文不再做进一步描述。

3 经验及建议

3.1 站外通球指示仪的设置

站前通球指示仪的安装位置必须与清管器的设计运行速度相匹配，当站控系统接收到通球指示仪的信号后，应有足够的时间来执行相应的动作。在实际运行中清管器的运行速度一般控制在2～5 m/s，清管器的运行速度对清管效果影响极大，速度过快时会对清管器造成较大磨损，严重时会导致清管器停滞不前，造成清管事故；速度过慢会导致清管器在管道内走走停停，不能达到很好的清管效果。通常清管器运行的平均速度由如下公式计算[2]：

式中：v为清管器运行速度，m/h；Dn为管道的当量直径，m；Q为清管时的管道排量，m3/h。

在本工程中，管道设计最大输量为1 807 m3/h，假设进行清管作业时，按照最大输量考虑，代入上述公式，即可得到清管器在管道中的运行速度v=2.56 m/s。而本项目中的清管指示仪阀室设置在进站前1.5 km处，考虑实际运行时的摩阻等因素，在最大输量下，站内也至少有10 min的准备时间。实际运行时，时间约为20 min，因此有足够完成站内相关阀门开关操作的时间，确保清管流程顺利实现。此外，在本次工程中采用了美国TDW公司的PIG-SIG NI系列非接触式通球指示仪，避免了传统插入式清管器易发生根部断裂的问题。

3.2 旁路开关的设置

在本次工程施工过程中，曾出现过线路施工时挖断老1号线PS8站站外通球指示仪信号电缆，造成虚假通球报警发出、站控系统自动开始执行清管器越站流程的问题。当主泵转为空载状态后，出站通球指示仪一直未给系统清管器出站信号，造成主泵长时间处于空载状态，引起温度升高，造成跳泵。

为避免上述情况的发生，建议在站控系统的机柜正面设置1个清管操作的旁路开关（Override Switch）。管道日常运行时，通过此开关将站外通球指示仪信号屏蔽掉，避免因站外施工等原因引发误动作；而当调控中心通知各站准备进行清管作业时，站控系统操作人员通过该开关将站外通球指示仪信号重新接入站控系统。此外，建议在站控系统中设置一个定时器，当进站通球指示仪被触发后开始计时，如果在设定的时间内清管器未通过，则出站通球指示仪给出报警提醒，站内操作人员进行处理。

3.3 清管器定位

清管过程中，最常见的故障就是清管器卡堵或丢失。而此时确定清管器的位置是一切后续处理措施的先决条件。目前常用方法是清管器发出后，使用跟踪仪定点跟踪清管器的运行[3]。如在预定位置迟迟未检测到清管器通过，并伴随上游压力升高、下游压力降低、输量急剧下降等现象出现，则可判断是清管器卡堵在管道的某个区段。但该方法由于发射接收机距离短、电子发射机有效工作时间有限而不易定位。应结合管道两端压力、流量辅助确定卡堵大概位置[4]。若发生清管器丢失的情况，可利用SCADA系统中途经点压变趋势线进行判断，寻找相邻压变趋势线变化相反的区间，“丢失”的清管器极有可能在该区间内[5]。