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1、输气管道清管工艺 王亚明老师 一、清管目的 输气管道的输送效率和使用寿命很大程度上取决于管道内壁和内 部的清洁状况。 对气质和管道有害的物质：如凝析油、水、硫分、机械杂质等 ，进入输气管道后引起管道内壁腐蚀，增大管壁粗糙度，大量水和腐 蚀产物的聚积还会局部堵塞和缩小管道的流通截面。在施工过程中大 气环境也会使无涂层的管道生锈，并难免有一些焊渣、泥土、石块等 有害物品遗落在管道内。管线水试压后，单纯利用管线高差开口排水 很难排尽。 为解决以上问题，进行管道内部的清扫是十分必要的，因此清管 工艺一直是管道施工和生产管理的重要工艺措施。清管的目的概括起 来有以下四方面： （1）改善管线内部的光洁度，
2、减小摩阻损失，增加通过量，从 而提高管道的运送效率； （2）避免低洼处积水，使管内壁免遭电解质的腐蚀，降低H2S、 CO2对管道的腐蚀，避免关内积水冲刷管线，使管线变薄，从而延长 管线的使用寿命； （3）扫除管壁的沉积物、腐蚀产物，使其不存在附加的腐蚀电极 ，减少垢下腐蚀； （4）进行管内检测。 二、清管的几项工艺参数 为了掌握清管作业情况，经常需要了解清管器的过盈量计 算、清管压差、放空量和排污量等参数。 1、清管球的过盈量的计算 式中D1清管球的外径，m D2管线的内径，m 2、清管器运行距离 密封良好，没有泄流孔的清管器的运行距离为： 式中：L清管器的运行距离，m； Qn发球后的累计进气
3、量，m； D输气管内径，m； Pn、Tn标准条件下得压力、温度（K）； P、T、Z清管球后管段内天然气平均压力、温度和压缩 因子。 3、清管器前后压差 清管最大推球压差估算公式： 式中：P最大压差，MPa; P1清管器的启动压差，MPa； P2最大压差当前收、发站之间输气压差，MPa； P3估算管内最大的积液高程压力（绝压），MPa。 4、清管时放空气量 当高速大气量排放天然气时，高端压力大于84KMa，则天然气经 过放喷管线开口呈临界流动状态，此时可根据下式计算： 式中：P距放空口4倍内径测得的压力，MPa； D放空管出口内径，mm； G天然气相对密度。 5、清管时排污量 清管排污量可直接从
4、排污池容积标尺上读出 三、清管器的分类与特性 任何清管器都要求具有可靠的通过性能（通过弯头、三通和管道变形 的能力），足够的机械强度和良好的清管效果。 清管器分为： （1）清管球 （2）皮碗清管器 （3）泡沫塑料清管器 （4）机械/刮刷清管器 （1）清管球spherical pig 清管球是用耐磨的橡胶制 成的圆球，有实心、空心充 气、空心注水三种形式。清管 球是用耐磨的橡胶制成圆球， 中空注水型（DN100mm） 壁厚为3050 mm，球上有 一个可以密封的注水排气孔。 注水孔有加压用的单向阀 ，用以控制打入球内的水量， 调节清管球直径对管道内径的 过盈量。过盈量一般是3% 10%。 清管球
5、 清管球的工作原理 清管球的制造过盈量为310，其工作原理 是利用气体压力将清管球从被清扫管道的始端推向 末端。由于清管球比管内径大310，在管内处 于卡紧密封状态，当压缩空气推动清管球在管道中 前进时，便将管道内的各种杂物清扫出来。 清管球不能定向携带检测仪器，也不能作为它们 的牵引工具。 清管球的密封 清管球的密封条件主要是球体的过盈量，这要求 为清管球注水时，一定要把球内的空气排净，保证注 水口的严密性。否则，清管球进入管道受压后的过盈 量是不能保持的。 管道温度低于0时，球内应灌注低凝固点液体 （如甘醇），以防冻结。 清管球的用途 由于清管球可在管内做任意方向的转动，通过 弯头、变形部
6、位的性能较好。清管球的主要用途是 清除管道积液、分隔介质、清除块状物体和积蜡的 效果较差。 (2)皮碗清管器 皮碗清管器（直板清管器）有一个刚性骨架和 前后两节或多节皮碗构成。它在管内运行时，保持 固定的方向，所以能够携带各种检测仪器和装置。 清管器的皮碗形状是决定清管器性能的一个重要因 素，皮碗的形状必须与各类清管器的用途相适应。 我国输气干线上使用的皮碗清管器长度一般为 管径的1.251.35倍 皮碗清管器的结构和形式 皮碗清管器的工作原理 皮碗清管器由橡胶皮碗、 压板法兰、导向器及发讯器护 罩组成。它是利用皮碗边裙对 管道的14左右过盈量与 管壁紧贴而达到密封，清管器 由其前、后天然气的
7、压差推动 前进。 皮碗清管器的密封性和用途 皮碗清管器密封性能 良好，它不仅能推出管道 内积液，而且推出固体杂 质效果远比清管球好。 皮碗形状 直型皮碗主要用于双向直型清管 器中，主要分为支撑刮蜡皮碗、 密封皮碗、隔离皮碗，直径大于 管道的内径，靠弹性力保持清管 器前后的密封，这种密封条件会 很快地随磨损而丧失，所以直型 板的寿命比碟型皮碗短。 变径皮碗实为直型皮碗的一种形 式，主要用于变径管道的清扫。 （a）直型皮碗 （b）变径皮碗 皮碗形状 碟型皮碗具有更好的密封性能， 有深碟和浅碟之分，同时还可在皮 碗上加钢钉增加清扫效果。 钢刷应可与皮碗进行良好的互换 ，在管道清扫过程中，对管道的除
8、锈、除垢具有良好的清扫效果。 碟型钢刷清管器 直型变径清管器 （3）泡沫清管器 泡沫清管器外貌呈炮弹形 ，头部为半球形或抛物线形，外 径比管道内径大2%4%，尾部 呈蝶形的凸面，内部芯体为高密 度泡沫，表面涂有聚氨酯材料。 泡沫清管器工作原理和密封性 这种类型清管器的密封性能较好，使清管器前后形成压 差，推动清管器向前运行。沿清管器周围有螺旋沟槽或圆孔 ，可保证体内充满液体，而不致被压瘪。带有螺旋沟槽的清 管器，在运行时螺旋沟槽产生分力，使其旋转前进，故清管 器磨损均匀。 泡沫清管器的特点和用途 塑料泡沫清管器具有回弹 能力强、导向性能好、变形能 力高等特点，能顺利通过变形 弯头、三通及变径管
9、。 泡沫清管器特别适合清扫 带有内涂层的长输大口径输气 管道，但是清除强度不如刷式 清管器高。泡沫清管器的过盈 量一般为25mm。 其他类型清管设备 除了上述介绍的几种清管器 外，还有一些其他类型清管器的 ，特别是智能清管器。起作用也 不仅仅是清管，并且可用于检测 管道变形、管道腐蚀、管道埋深 等。智能清管器按其测量原理可 分为磁通检测清管器、超声波检 测清管器和摄象机检测清管器。 智能清管器 清管设备 四、清管的收发球装置及流程 （1）清管器收、发球筒 清管器收、发球筒，包括收、发球筒，工艺管线，阀门 以及装卸工具和通过指示器等辅助设备。陕京二线永清站 收、发球装置见图 （a）发送装置 1发
10、送筒； 2发送阀； 3线路主阀； 4通过指示器； 5平衡阀； 6平衡管； 7清洗坑； 8放空管和压力表 （2）发送装置 28/115 （b）接收装置 1接收筒； 2接收阀； 3线路主阀； 4平衡阀； 5平衡管； 6排污阀； 7排污管； 8通过指示器； 9清洗坑； 10放空管和压力表 29/115 （3）接收装置 （4）收发球筒尺寸规定 收发球筒及其快速开关盲板是收发装置的主要构成部分。筒径应 比公称管径大l2倍。 发送筒的长度应能满足发送最长清管装置的需要，一般不应小于 筒径的34倍。接收筒应当更长一些，其长度一般不小于筒径46 倍。因为输气管道常采用清管列车方式，即一次清管中，连续发两个 或
11、更多的清管器，管道内检测器的尺寸也比普通的清管器长得多，接 收筒应能容纳它们，还需要容纳不进入排污管的大块清出物。 （5）清管的工艺流程图 （6）清管器发送的准备工作 （1）发送清管器前，将管道输气压力调整到方案要求的压力 。 （2）准备好需用的各种专用工具和材料。 （3）测量记录清管器每个皮碗的直径及唇部厚度。 （4）检查站内流程为正确的发球流程，确认各阀门处于正确 的开关状态。 （5）检查发球筒上的压力表是否完好，球过指示器是否灵活 好用并已复位。 （7）发送清管器操作流程 (1)清管器发送前阀4为开启状态，阀1、 阀2、阀3、阀5为关闭状态； (2)打开放空阀3，对发球筒进行放空，使 发
12、球筒的压力为零； (3)观察压表，确认发球筒的压力为零时， 打开快开盲板，将清管球送入至发球筒 的偏心大小头处，擦净快开盲板密封面 ，在密封圈上涂抹密封脂； (4)关好快开盲板，关闭放空阀3； (5)打开发球筒的平衡阀5； (6) 缓慢打开发球筒进气阀2，等阀1上、下游压力 平衡后，关闭阀5； (7)打开发球筒出口阀1,关闭阀4，使清管器发送出 去； (8)观察球过指示器YS，确认清管器发送出去后， 打开阀4，关闭阀2、阀1； (9)打开放空阀3，观察压力表PI，待发球筒压力为 零后，打开快开盲板，观察清管器是否已发送， 关闭快开盲板，关闭放空阀3； (10)如果清管器没有发送出去，重复发送清
13、管器操 作； (11)做好发送清管器时间、压力登记录。 发送清管器操作安全注意事项 （1）按操作规程开、关快开盲板 ； （2）快开盲板正面和内侧面不得 站人； （3）清管器应送入至发球筒的候 部，即大小头处； （4）确认阀1必须全开到位。 （7）清管器接收前的准备工作 （1）准备好需用的各种专用工具和材料。 （2）检查站内流程为正确的收球流程，确认各阀门处于正确的开关 状态。 （3）如果原流程为越站流程，则应将其切换至上述流程。 （4）检查收球筒上的压力表是否完好，球过指示器是否灵活好用并 已复位。 （5）打开收球筒放空阀，确认筒内压力为零后打开快开盲板，对收 球筒进行维护保养。之后，将缓冲球
14、放入收球筒，关好快开盲板，装 好防松塞块。关闭收球筒放空阀。 (8)接收清管器的操作流程 （1）接收清管器前，阀4是 处于开启状态，阀 1、阀2、 阀3、阀5、阀6处于关闭状态； （2）根据清管器的运行数据和监控情况，在清 管器到站 之前，将流程切换为清管器接收流 程； （3）打开阀2； （4）待阀1前后压力平衡后，打开阀1； （5）关闭阀4； （6）打开排污阀5、阀6进行排污，直 至无液体或污物排出时即 可关闭排污 阀； （7）观察收球筒上的球过指示器YS， 确认清管器进入收球筒后， 打开阀4 ，关闭阀2、阀1，进行正常的输气工 艺流程； （8）打开放空阀3，观察压力表 PI， 直至压力为零
15、； （9）待压力为零后，从收球筒上 的注水阀向筒内注入适量的清水, 以防止硫化铁自燃和粉尘飞扬； （10）取出清管器，清洗收球筒 和快开盲板； （11）关闭快开盲板，关闭放空 阀3，恢复清管器球过 指示器的 原始状态； （9）接收清管器操作安全注意事项 （1）按操作规程正确开、关快开盲板； （2）确认清管器收球筒进口阀全开到位； （3）开启放空阀或排污阀时应缓慢进行； （4）清管器收球筒的快开盲板正面和内侧面不得站人； （5）从清管器收球筒内排除的污物应挖坑深埋，避免对环境造成污 染。 五、清管球在运行中的故障及处理 （一）与管壁密封不严漏气而引起清管球停止运动 1、原因 （1）橡胶清管球因质地较软，球下可碾进管内硬物（如石块）而在 管线低洼部或弯头处把球垫起，使球与管壁间出现缝隙而漏气，造成 球停止运行； （2）清管球质量不和格； （3）过盈量小。 2、处理方法 （1）发第二个球
