揭志群 (江西省天然气管道有限公司，江西 南昌 330000)
输气管道是一个连续密闭运输系统，管道输送效率取决于管道内壁清洁程度。在管网实际运行过程中，因工程建设期施工期的残留污水，以及管道运行过程中产生的腐蚀产物，这些都会减小管道的流通面积，进而影响管道的输送效率。因此，在管道投产后，要求三年内完成管道清管和内检测。
目前国内清管作业采用的清管器种类主要有：直板型、碟型、直碟混合型、直板测径、碟碗测径、直板钢刷、碟碗钢刷和软质泡沫球、磁性清管器以及漏磁检测器、测径清管器、几何变形清管器、内检测器等[1-4]。在实际清管作业过程中会依据清管目的而选择不同的清管器，目前使用较多的是直板清管器和皮碗清管器。
对天然气管输支线清管作业面临的问题，主要表现在以下几方面：(1)支线管道内天然气流速偏低，存在较大的停球风险；
(2)支线管道清管作业中一旦出现停球、卡球，可能会对下游用户正常供气造成很大影响；
(3)如因管道内存在较多污物或管道存在严重变形，造成严重卡球，就需要采取断管取球。目前关于省级管网支线低输量下清管内检测作业方面的研究较少。王子涵等[5]通过分析泰青威管道清管作业过程，总结低输量支线管道清管作业期间流速控制方法。张国强等[6]通过选取石家庄站—邢台站管段，利用PSIGanesi仿真模型的清管器追踪功能实时模拟了皮碗、直板、钢刷3种清管器的清管作业，将现场实际的清管时间与仿真模型实时追踪时间进行对比，分析了造成偏差的原因，并提出了修正方法。王会坤等[7]通过对川气东送管道清管作业工况进行分析，从设备选型、参数确定、收球流程调整、清管器的监听、速度预测等方面入手，开展了大口径管道清管研究实践，总结相关工作经验和提出了改进建议。
以上针对理论研究较多，但对于支线管道实际清管作业开展研究较少，比较缺乏实践经验验证。江西省一期管网余江至鹰潭支线和新建至南昌支线作为省级管网重要组成部分，投产运行已经达到三年时间，需要进行清管和内检测作业。但两条支线日均输气瞬时较低，在低流速情况下，开展清管作业安全风险较大。通过对这两次清管内检测作业实施过程进行分析总结，为以后其他支线清管作业提供参考和借鉴。
江西天然气一期管网主要承接川气东送入赣天然气，覆盖南昌、九江、新建、鹰潭、抚州、宜春、上饶、新余等8个设区市、42个县(市、区)。目前在运管网总长度1 087 km，包括九高线、九景线、高余线、景余线4条干线以及20条支线。江西省天然气一期管网当前共有三处气源接入点，一处气源调峰点，分别为川气东送九江末站、西气东输二线安义接收站、西气东输二线新余分输站、湖口LNG储备库接收站。
1.1 余江-鹰潭支线
余江至鹰潭段管线，起于余江分输站，止于鹰潭站，线路全长40.2 km，管道规格D508×7.1，材质为L415M直缝埋弧焊管道。线路采用三层PE外防腐联合强制电流阴极保护。鹰潭站下游用户最低供气压力1.2 MPa，计量调压支路一备一用。鹰潭站下游用户80%气量为工业用户。鹰潭支线管道清管作业前平均输气量为32.7×104Nm3/d，平均运行压力为4.1 MPa，天然气平均流速约为0.5 m/s。
1.2 新建-南昌支线
新建至南昌段管线，起于新建站，止于南昌站，线路全长8.6 km，管道规格D406×7.1，材质为L415M直缝埋弧焊管道。线路采用三层PE外防腐联合强制电流阴极保护。新建站无下游用户，天然气经分离过滤计量后分输至南昌和高安方向。新建站设计压力6.3 MPa。南昌站下游用户南昌燃气最低供气压力2.2 MPa。新建至南昌管道清管作业前平均输气量为3.85×105Nm3/d，平均运行压力为4.5 MPa，天然气平均流速为约为0.85 m/s。
2.1 流速计算
现场调度人员根据GB/T 35068—2018 《油气管道运行规范规范》[8]计算清管器运行速度，下达切换收发清管器流程操作指令，实现清管器运行速度的控制。
管道内天然气的平均压力为[8]：
式中：P为清管器后平均压力 (MPa)；
Pq、Pz分别为管道计算段内起点、终点的气体绝对压力(MPa)。
清管器运行速度近似计算公式为[8]：
式中：V为清管器运行速度(km/h)；
Q为标况下日输气流量(m3/d)；
F为管道内径横截面积(m2)；
P为清管器后平均压力(MPa)。
清管器所需总运行时间为[8]：
式中：t为清管器运行时间(h)；
L为清管器运行距离(km)；
V为清管器运行平均速度(km/h)。
在实际清管过程中清管器后压力不断变化，由式(1)计算得到的平均压力在实时变化。同时，由式(2)计算得到的清管器运行速度也实时变化。因管道的横截面积一定，可知在实际清管作业中，清管器运行速度由管道内输气量和平均压力决定。管道输气量的调节可以通过在清管上游场站切换流程，控制管线内供气流量实现对管道内输气量的调节。另外，在下游场站也可以通过调节用户用气瞬时来调节。对于管道平均压力的调节，可以在清管作业前调整工艺流程，对支线管道进行降压，从而调节清管器运行速度。
2.2 流速调节
余江至鹰潭支线管道清管期间平均输气量为3.27×105Nm3/d，平均运行压力为4.1 MPa，根据公式(2)计算天然气平均流速约为0.5 m/s。该流速低于清管内检测要求，现场通过流程切换进行气体流速调节。清管作业前将余江站去往鹰潭方向供气流程切换至发球筒方向供气流程。先将球阀05、截止阀06、球阀08打开，关闭球阀09，并控制截止阀06开度，将鹰潭支线压力降至2.5 MPa平稳运行。同时与下游用户贵溪华润、贵溪天然气进行协商，在清管作业期间提高用气瞬时至2万立方米每小时，根据公式(2)计算得到的气体流速为0.9～1.3 m/s，基本符合清管内检测作业要求。
新建至南昌支线管道清管作业期间平均输气量为3.85×105Nm3/d，平均运行压力为4.5 MPa，天然气平均流速约为0.85 m/s。在清管作业前通过TGNET软件仿真当前工况下的管道气体流速，根据新建至南昌段管道里程并结合下游用户可以调整的供气流量，选定清管期间最佳的供气瞬时流量。做到既保证下游用户正常供气，同时使管道内气体流速符合清管内检测作业要求。在与下游用户南昌燃气进行充分沟通协商后，采用间歇性供气，将清管作业期间瞬时流量调整至4～5万立方米每小时，根据公式(2)计算得到的气体流速在1.5～2.5 m/s，符合清管内检测作业要求。
图1 余江站发球工艺流程
2.3 数据分析
2021年10月19日至11月6日期间，余江至鹰潭支线共进行了9次清管内检测作业，期间运行数据如表1所示。
表1 余江至鹰潭支线清管内检测数据表
2022年6月8日至6月14日期间，新建至南昌支线共进行了7次清管内检测作业，期间运行数据如表2所示。
表2 新建至南昌支线清管内检测数据表
在余江至鹰潭段和新建至南昌段支线清管作业过程中，通过对管道平均压力和气体流量的调节，控制清管期间的气体流速，清管器整体运行平稳。
(1)在余江至鹰潭段清管期间，通过TGNET软件模拟计算管道内气体流速，并在各监听点通过清管器之后，根据达到时间计算站间速度，并预测下一监听点的到达时间。清管器实际到达的时间点基本与测算吻合，但在期间因两次漏听影响调度人员对球速的计算和预判。
(2)在余江至鹰潭段清管期间，在通过一段几字形拐弯管段时，清管器出现过短暂的卡顿，停球最长时间6 min，清管器前后启动压差0.16 MPa。
(3)在清管期间主要通过调节余江站去往鹰潭站方向发球筒前的截止阀开度，来控制输入余江至鹰潭段的气体流量。在实际操作过程中，因该方向未安装流量计，无法准确判断瞬时流量大小，通过截止阀的开度圈数与流量关系的经验值，调节截止阀开度不够准确，也无法实时监控流量。
(4)清管期间通过观察清管器上下游监控点设置的压力趋势变化，以及清管器前后压差值的改变，可以判断清管器运行的情况，如果监控点压力趋势平稳或前后压差至无明显变化，则可以推断清管器运行平稳。如果清管器前后方监控点压力出现较大的突变，并且改变持续了一段时间，则可以判断清管器出现卡阻或停顿。通过压力趋势突变的时间点，以及之前清管器运行的速度可以大致推测清管器卡阻位置。
(5)在新建至南昌段清管期间，清管器整体运行情况良好，未见明显卡顿，清管期间供气瞬时稳定在4～5万立方米每小时。
(1)对于支线清管作业面临气体流速偏低时，通过与下游用户积极协商气量，对低流量管道采取降压提速，或在清管器发出前限制用气，在清管作业时加大用气瞬时，使管道内气体流速变大达到清管内检测要求，同时保障用户供气平稳。
(2)清管作业前通过TGNET软件进行管道模拟，计算相应工况下的气体流速，在实际清管过程中进行了验证，误差均在合理范围之内。
(3)因支线清管作业经常面临作业时间不能太长，需要及时保证下游供气等问题，在清管作业前需要与下游用户充分的沟通，商定正常作业允许时间、最低供气压力、紧急情况下用户的应急气源准备，只有这些才能保证作业的正常进行。
(4)余江至鹰潭清管期间存在两次漏听，在清管前监听点选择上，可以有所侧重，对于有可能出现卡阻位置，如大拐弯或交叉穿越位置需要重点设置监听点，以防漏听对清管器运行速度估算产生影响。对于监听比较困难，容易造成漏听的点位需要多种手段同步监听。
(5)在清管收球过程中，防止污物过多，直接堵塞进站至收球筒管道，可以在清管器即将达到接收点之前，通过短时间开启收球筒放空阀，检查收球时管道内部粉尘量，提前做好预判。
(6)在清管器发球和收球过程中，为防止干线截断阀误关断，可以在作业前对气液联动执行机构气瓶进行放空，防止误关断。同时，对球筒前后电动球阀的电动执行机构进行下电，防止误动作，影响正常的收发球，并在作业结束后及时恢复上电。
(7)在清管作业中因粉尘杂质可能会损坏阀门密封面的有效密封，因此在清管作业前后，都应进行阀门的清洗注脂维保，保证清管作业期间阀门的良好密封。
(8)本次清管作业期间均采用的是干式作业，但在收球清灰过程仍存在硫化亚铁粉末自燃的风险，因此在作业前需要准备好充足的水源，应对突发火灾爆炸事故。同时，在开盲板清灰前应进行充分的氮气置换，完全排除球筒内天然气。
通过对江西一期管网余江至鹰潭段和新建至南昌段支线清管作业的过程分析，总结探讨针对支线低流速情况下的清管作业的控制方法。主要通过工艺流程的调整降低支线管段内的运行压力、与下游用户协调增大清管期间的瞬时流量从而提高管道内气流流速。对支线清管过程中的清管器速度测算、监听点的设置、监听方法的改进及收发球作业期间的安全保障等进行分析总结，对于以后的支线清管有借鉴意义和参考价值。同时，在其他各级管网支线清管过程中，也可根据实际情况对以上方法进行推广或改进。
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