天然气长输管道在线清管作业运行速度控制探究

周鹏 陈晶

摘 要：长输管道是我国运输天然气的主要方式，在长输管道使用过程中，由于管道内部存在较多的介质，对管道会产生较大的磨损，需要企业不断对长输管道进行清管作业，在清管作业中控制运行速度，可以获得良好的清理效果，从而延长长输管道的使用寿命。针对天然气长输管道在线清管作业运行速度控制进行深入的探究，为长输管道在线清管作业运行速度控制实施 措施提供参考依据。

关键词：天然气;长输管道;清管作业;速度控制

天然气企业对长输管道进行全面的清理，并且在清理中控制运行速度，一方面可以提升管道传输天然气的效率，另一方面延长管道的使用寿命。对长输管道进行清理时，主要清理管道内部存在的杂质，杂质来源于管道施工杂物，或者天然气具有的腐蚀性特点，长期腐蚀管道产生的杂质。企业应重视长输管道的清理工作。以某地区长输管道在线清理作业为例，对该地区管道清理运行速度控制进行深入的探究。

1 运行速度控制

1.1 速度计算模型

速度计算模式是由以下公式组成，包括管道内天然气平均压力计算公式、天然气压缩因数计算公式。在清理管道过程中，借助管道内部天然气前后产生的压差，可以有效清理管道内部的杂质。在清理过程中，提升清理效率，需要把控清理作业运行速度，运行速度与以下因素有关，一是管道输气量、二是管道温度、三是管道压力。在分析管道压力时，运用公式计算平均压力，该公式为：p=2[pq+p2z/（pq+pz）]/3，在该公式中，pq代表管道起点压力，pz代表管道终点压力，单位为MPa。在计算天然气压缩因数时，计算公式为：Z=100/（100+0.16p1.25），基于平均压力公式和压缩因数，可以构建运行速度模型，该模型计算公式为：v=4QbpbTZ/πD2Tbp，在公式中v代表运行速度，单位为米每秒，Qb代表管道进气量，单位为立方米每小时，D代表管道内径，单位为米，pb代表标准气压，单位为MPa，Tb代表标准温度，单位为K，T代表天然气在管道内的温度，单位为K。

1.2 清管作业运行速度控制措施

1.2.1 清管器的选择

在清管过程中，需要使用清管器，清管器是利用管道内气体压力，在压力作用下可以进行管道清理，在清理的同时开展测量等工作。现阶段按照结构和功能进行划分，可以将清管器分为两种，一种为普通清管器，另一种为智能清管器。

使用普通清管器清理长输管道时，根据管道清理要求，可以使用不同类型的普通清管器，但是普通清管器主要清理管道中的分隔介质，或者清理管道中的积液，与智能清理器相比应用范围较小。使用智能清管器开展传输管道清理作业过程中，在准备阶段调试智能清管器，使智能清管器记忆管道内部结构，在清理作业时，清管器会按照结构自动进行清理。在自动清理过程中，会实时收集管道内部信息，包括管道变形信息、管道腐蚀信息以及裂缝信息等，上述信息产生的位置，会通过GPS技术定位，以便企业快速处理管道出现的问题。智能清管器使用较多的清理材料，操作方式存与普通清管器存在较大的差异，并且智能清管器长度，会是普通清管器的4倍。在选择清管器过程中，应根据管道的清理要求以及运行成本，选择合适的清管器。

1.2.2 工艺调整

通过调整管道内的输气量，使管道内部产生的气流控制在合理的范围内。在管道上游输气过程中，通过控制上游来气压力调整接气量，此时用户获得的供气方式也会发生变化。在具体的工艺调整过程中，按照速度模型计算管道内部的平均压力和压缩因数，可以使管道在调整后满足清理需求。

在调整管道上游压力过程中，企业应控制管道内整体输气量，在控制整体输气量期间，会在上游调整进气量，使清管器在管道内的运行速度控制在合理的范围内。在长输管道中，如果介质运行速度较快，可以采用两种方法降低速度，一种是降低上游管道的进气量，另一种为提高下游管道的接气量。

在调整用户供气方式过程中，如果清管器在管道内部的运行速度影响用户正常的供气，应关闭下游管道接气口一段时间，但是在关闭前需要提前通知下游用户。在管道内会存在运行速度较快的区域，对该区域的运行速度进行调整，采用局部调整方法，在局部增加上游管道供气量，或者降低下游管道接气量。

2 实例应用及效果分析

2.1 管道概况

以某天然气长输管道在线清管作业运行速度控制工作为例，该管道总长度为131.0km，管道内部压力恒定数值为6.4MPa。在正常情况下，管道每天输气量为5×106m3。在管道的起始段压力设定为4.4MPa，在设有多个管理站，分为一站、二站、三站以及四站，其中三站设有较多的分输管道，在该站管道内部气流速度变化较大，在该站进行速度控制难度较大。

2.2 控制措施

2.2.1 清管器的选择

该管道内出现的杂质，主要分为固体颗粒和粉尘。在清理固体颗粒和粉尘过程中，选择钢刷清管器，同时设置叠皮碗，设置数量为四个，每个叠皮碗的外径为512mm。在清管器的前部，分别设有两个叠皮碗、四个泄流孔以及两个钢刷，每个泄流孔的直径为25mm，每个钢刷的外径为500mm。

2.2.2 工艺调整

该管道连接的四个供气站，由于四站管道内介质流动速度较快，速度范围在每秒6-10m，按照《长输天然气管道清管作业规程》要求，将管道清管作业运行速度控制在每秒8m。根据速度控制要求，在该管道输气的首站，采用降低输气量的方法，管道内部天然气在输气过程中，可以逐步降低下游管道的压力，避免过多的输气量，导致下游管道天然气运行速度出现波动的情况。在清管作业过程中，起始位置管道内部设定的压力为4.29MPa，输气量为每天4.14×106m3。根据首站设定的压力和输气流量，下游各站的压力和流量如下，二站压力为3.56MPa，流量为每天4.06×106m3;三站压力3.06MPa，流量为每天2.64×106m3;四站压力2.83MPa，流量为每天1.39×106m3。

根据各个站点压力和流量，应用管道内天然气平均压力计算公式、天然气压缩因数计算公式，可以计算出管道内的各个参数，一是平均压力为4.38MPa，二是压缩因数为0.84，三是管道内部温度为290L，四是管道起点压力为0.10MPa，五是标准温度为293.1K。将上述参数带入到速度模型中，可以计算出管道内天然气的速度为每秒4.82m。

在对管道内天然气速度进行分析时，将监听跟踪清管器分别设置在各个站内，在规定的时间内，测定天然气流经管道的长度，实际流动速度为每秒4.9m，与理论计算产生的差值控制在合理的范围内。

2.3 数据分析

在使用钢刷清管器开展管道清理作业时，每个站之间的实际平均速度与理论计算速度，均能控制在合理的范围内。在进行清管作业运行速度控制探究过程中，该管道内部天然气在实际运行过程中，调整上游输气量和用户供气方式，使管道自上游至下游的压力、气体流动速度等控制在合理的范围内，保證清管器可以在规定的速度完成清管工作。在清理过程中，由于瞬时气量、天然气速度以及管道内部环境等因素综合影响，会使清管器的运行速度发生变化。为避免清管器无法正常运行，在清管器中会设置泄流孔等其他装置。但是在实际运行过程中，仍会由于上述因素，使清管器在控制速度过程中，实际速度与理论计算存在一定的差异，尽管产生的差异控制在合理的范围内，但是深入研究影响运行速度的因素，可以使清管器全面的清理管道内部杂质，并且减少对用户使用天然气的影响。

3 结语

综上所述，在天然气长输管道清管作业中，需要企业在管道上游调整输气量，控制上游输气压力，降低管道内部的气体流动速度。在管道内部每个环节的压力和速度逐步降低过程中，选用适合的清管器，可以有效控制清管运行速度，并且有效清理管道内部杂质。

参考文献：

[1]毛娅，冉斯.长输天然气管道在线清管作业运行速度控制[J].石化技术，2017（3）：218.

[2] 郭东升，闫青松，徐麦玲，等.长输天然气管道在线清管作业运行速度控制[J].油气储运，2013（12）：1330-1335.

[3]王黎宏，杨云博，郭乔.天然气长输管道清管技术应用分析[J].天然气技术与经济，2017（06）：87.