油气管道清管技术探析

赵 宁，马 爽

（盘锦职业技术学院 石油工程系，辽宁 盘锦124000）

0 引言

管道投产前，为排除管线的隐患和缺陷，取得较大的安全度，保证管线输油输气运行的安全，需对管道进行清扫、测径、试压、干燥作业.据资料显示，管道清扫不仅能实现清扫管腔内杂物从而保持管道清洁的目的，利用清管器装置结构，完成管道测径，判断管道内径是否存在变形也是清管重要作用的体现［1］.管道水段试压应在干线管道进水管前端装清管器，以排尽管道内空气，确保试压段全部注满水.严密性试验后，进行通球扫水，设计合理的管段长度，计算干空气排量，确定发送泡沫清管器的间歇时间，达到管内空气干燥的目的［2］.管道投产时，利用隔离器完成输气管道投产置换，顺序输送时利用隔离器分隔多种产品介质［3］；管道运行维护管理过程中，清管器获取管线腐蚀、管道变形信息，为管道维护与维修工作提供指导依据，使管道能够安全、高效的运行［4］；清管器清蜡保障原油结蜡管道正常运行［5］.管道停输前，清管器完成液体置换.管道停输再启动，定期对管道清蜡，提高管输能力［6］.因此，自管道建设起，到管道投产运行，直至管道停输，清管作业贯穿始终，是保障管道正常投产及运行的重要环节，对于保证管道安全，降低管道能耗具有重要意义.而清管器则是这一保障作用得以实现的重要工具.

1 清管器工作原理

清管器是以气体、水或管道输送介质作为动力源，运移通过管道内部，清除管道内部杂质的专用器具.气体、水或输送介质在管道内将自身压力传递给清管器，清管器在动力作用下沿管道内壁顺管输方向移动，通过刮、刷、顶推作用，实现管道内污物杂质的清理效果［7］.

2 清管器主要分类

使用清管器的目的大概分为4种情况：排水/清洗、分批/隔离不同产品、管道测量/检测、管道维护［8］.清管器主要包括清管球、皮碗清管器、带刷清管器、泡沫清管器和智能清管器几种类型（表1）.

表1 不同类型清管器特点

3 清管器的定位方法

清管过程中，因管道内污物杂质类型多样，质地不同，不可避免发生清管器卡堵现象.一旦发生清管器卡堵，及时取出清管器及其重要，因此，快速准确确定清管器位置关系到油气管道是否能够正常运行，事关管道输送效率，是管道安全生产的重要保证［10］.根据定位原理，清管器定位方法主要包括以下几种.

3.1 压力法

站场和阀室是长输管道的重要组成部分，基于站场和阀室通球特点，利用压力法跟踪定位清管器.清管器未运移至站场和阀室管道内时，压差式压力变送器压差为零；对比清管器通过时，变送器显示压差值作为判断清管器通过的依据［11］.

该方法定位依据简单，干扰因素少，压差示值明显.当清管器高速通过时，压力法定位易行，并且在发生清管器卡堵情况时提供粗略位置.

3.2 电磁定位法

电磁定位法通过安装在清管器内部的通电线圈所产生的磁场透过管道壁面在管道周围形成磁场，探测装置进入该磁场区域后，将产生电压感应，完成对磁场位置的捕捉，从而探查并确定清管器的位置.定位过程中，清管器始终处于通电状态，跟踪装置在磁场区产生感应电压，确定清管器设备的位置［12］.

3.3 超声波定位法

超声波定位法指的是利用超声波的空间传播特性，来确定清管器设备的目标位置.定位过程中，安装在清管器上的超声波发射器按照一定时间间隔发射超声波信号，接收装置接收脉冲信号，计算出发射器的位置，实现定位清管器作用.清管器设备移动过程中，接收装置可以通过不间断测量器发射的脉冲信号，描出目标的运动轨迹.判断清管的准确位置.但该方法对应用条件要求较高，除管道内需要声波传播介质外，易受管道埋设位置介质及周围设备影响，误差较大.应根据油气管道输送介质及埋设环境选择定位方法［12］.

3.4 噪音定位法

清管器在管道中移动运行时，清管器密封盘或直板不可避免得与管道内壁面摩擦，考虑到长输管道是由钢管借助焊接工艺连接而成，且管道途经地势复杂，长输管道中存在大量的弯曲段，这样管壁内部包含焊缝及弯管管件位置，清管器与这些位置接触时所产生的声音异于管道运行时的正常声音，专业声音监测装置能够完成对这类噪音的捕捉，对比无清管器运移时产生的声波特征，实现清管器的跟踪与检测定位功能.该方法优点是定位工作量小，但获得未清管时长输管道声波信号特征工作复杂，所以，为实现更好的定位效果，削弱或消除周围介质对声音传播的影响，可为清管器设计发声装置，使传播的声音更加有辨识度，达到对清管器进行定位的目的［13］.

3.5 放射性同位素法

该定位法工作原理是作为接收器的盖革-弥勒计数管探测安装于清管器上的放射性同位素示踪物，追踪清管器位置［13］.这种方法定位精度高，受管道周围埋设介质影响小，但由于放射性射线具有较大的危险性，因此，除对安装工作人员的资质要求较高外，对工作人员人身安全的保障也成为该方法应用过程中的一大难题.同时，保证装配操作的稳定性，以防清管作业过程中，放射源遗落在管道中，给管道安全运行带来隐患.

4 清管技术应用

4.1 管道建设时期

管道投产前，为保证清管作业过程中，清管器顺利通过弯曲管段，弯头的曲率半径设计参数值应大于等于5倍管道直径；通过在清管器前进方向建立“背压”提高清管效率，最大压力宜小于等于2.0 MPa［14］.

清管器清管活塞的内径应大于所清扫管线直径，密封皮碗可以大3%～7%；清扫直板的直径可以大2%～5%.清管器使用前，应检查清管器的骨架强度和螺栓的紧固度［14］.

用清洁水清扫管道时，为了冲洗污物，可在清管活塞器的前方注入相当于10%～15%管线容积的水，清管时清管活塞移动的速度不应小于2 km/h［14］.

选择不损伤内涂层的通用皮碗清管器，皮碗清管器能够通过干线热煨弯头处.在活塞清管器的中部安装测径铝制板.活塞式清管器的“皮碗”与“直板圆盘”组装搭配，实现较好密封性和清渣效果［13］.

4.2 管道运行期

高凝高黏原油管道清蜡工作尤为重要，相对其它方法，清管器清蜡效果良好.依据管道实际运行及结蜡情况，正确选择清管器类型，其中，机械清管器和泡沫塑料清管器是最常用清管器.常用的机械隔离器有橡胶隔离球（器）和皮碗形机械隔离器两种.把隔离器置于两种油品的界面处与管内壁紧密接触，从而减少混油.橡胶隔离球为一厚壁中空的橡胶球体.使用前在球内充以一定压力的水或所输油品，目前隔离球一般仅用于管道投运时的油水隔离.必须进行隔离输送时，选用哪种隔离措施，需根据实际情况选择最佳方案，特别时固体隔离器应慎重选择［15，16］.

适时组织实施清蜡工作是有效操做管道、实现管道安全运行的重要保障.因此一项重要的工作就是确定清管周期.清管周期长，则动力消耗大，热损失小，清管费用也小；而清管周期短，动力消耗小，但热损失和清管费用大，因此存在一个使总费用最小的最优清管周期.

5 结论

随着油气管道建设规模的发展，清管器的作用已经不局限于清理管道，从清管器的类型发展可以看出，智能清管器虽然功能强大，但造价高，对安装条件要求高，定位方法尚未完全摆脱人工跟踪的制约，传统清管器虽可利用自身结构完成携带检测仪器获得除清管效果以外的检测信息，但受管道自身和埋设环境因素制约明显，因此，如何降低成本，优化跟踪定位方法，进一步发展完善智能清管器，保障管道和工作人员的安全性，提高管输效率成为未来发展的重要方向，此外，清管器技术应用过程中，如何确定清管周期、为清管器跟踪定位提供更为准确的理论模型支撑等难题还有待研究人员解决.