石油与天然气管道清管器及其应用.pdf

第23卷第3期胜利油田职工大学学报Vol. 23No. 3 2009年6月JOURNAL OF SHENGLI OIL FIELD STAFF UNIVERSITYJun. 2009 石油与天然气管道清管器及其应用 张连翠 （胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司，山东 东营257026） 摘 要 本文主要介绍了管道清管器种类及特点以及清管器在石油行业的应用， 介绍了一种新的清管技 术--液压动力清管（HAPP），最后提出清管器的选择方法。 关键词 清管器；管道清洗；液压动力清管 中图分类号TE832 文献标识码A 文章编号1008-8083（2009）03-0070-03 一、 概述 今天我们所生活的这个世界，管道从食品到石油等各个 行业被广泛的用来运输粉末、 流体等产品。管道横跨陆地、 穿 越海洋， 管道的正常运行是十分至关重要的， 一旦出现故障， 其损失可能是不可估量的，另外管道清洗对提高输油输气管 道的综合效率起着重要作用，因此管道的清洗技术已经开始 被人们所重视， 清管器在管道清洗技术中担当着重要的角色。 二、 清管器 清管器是利用流体压力推动穿过管线达到清管、 测量、 探 测或其他目的的仪器。 清管器最初是一个皮制的圆盘式活塞， 可刮除运行管壁所结的蜡，在不增加动力的情况下能明显提 高管线流量， 又可用于新建管线清除杂物、 积水等， 提高管线 投产的可靠性，因此清管技术及其工具受到石油化工基建和 管道生产部门的重视。发展至今又有一些更重要的用途 1.进行输液隔离， 以减少原油或不同油品互换时的接触 面积， 减少和防止混油； 2.控制管内液体， 如在液气混输管线内减少液体积存， 管 线分段试压的注水、 排水、 干燥及试压后的输油作业； 3. 置换管道内的油品； 4.对管线进行内防腐处理， 如涂施砂浆或环氧树脂涂层； 5.对新建管线或运行管线进行缺损检查。包括管道的腐 蚀、 裂纹、 变形监测、 泄漏检测等； 6.对管线系统进行动态监测和管理； 清管器有很多种类型， 根据定义包含了有 500 多种不同 设计和类型的清管器。 三、清管器的分类 1.清管球 清管球作密封使用已经被应用了好多年， 一般由四种基 本的清管球类型 空心清管球、 实心清管球、 泡沫清管球和可 溶性清管球。可溶性性清管球一般含有微晶蜡和非晶类聚氨 酯作为防蜡剂， 主要应用于原油管道。可溶性清管器一般在 几个小时内就溶化了， 但它的溶解速率与原油的温度、 运动、 摩阻、 以及对原油的吸收能力有关。如果管道从来没清洗过， 最好用可溶性清管器清洗， 因为就算清管球被卡住了， 也不 是阻挡原油的流动。 清管球常用于清除输气管道内的积水、 清除成品油管道 内的水、 分隔不同种类的成品油、 原油管道除蜡、 水压试验、 管道建成或重建后管线扫水。在我国六七十年代使用较多， 由于清垢效果不理想， 现在基本不用， 仅用于清除输气管线 里的积水。 2．泡沫清管器 泡沫清管器一般由聚氨酯模制而成， 表面上会永久的粘 接有硬的聚氨酯条或是磨料， 以提高耐磨性， 典型的泡沫清 管器的外形像子弹头， 可以容易的通过弯头， 长度一般是管 径的两倍， 外径比管线内经大 24。泡沫清管器依靠积压 泡沫接触管壁实现刮刷结蜡和密封。该清管器密封性好， 依 靠清管器前后压差， 推动清管器向前运行。泡沫清管器可以 通过管径有微小变化的管道而不会被管道中的凹坑卡住或 损坏。 3.心轴清管器 这类清管器的共同特点就是中间有一个心轴， 心轴上可 以安装各种辅助部件来完成各类需求。通常心轴清管器两端 安有两个橡胶皮碗， 中间安有刮刀或钢刷用来除去管壁的结 蜡或污垢。根据要清洗管道的结构特点， 心轴清管器可以是 单个的部分， 也可以是几个清管器用铰接结构连接起来。通 常情况下心轴清管器只有一个部分， 但是如果清管器要携带 很多设备， 清管器就会变得很长， 这时就可以把几个部分连 接起来以便于通过管道中的弯头。 图1心轴清管器 收稿日期2009-03-06 作者简介 张连翠（1976-），女，山东日照人，胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司工程师。 70 这类清管器是在国内外应用最广泛的清管器， 按结构可 分为 （1）蝶形皮碗清管器。应用面较广， 可用作管道清洗、 产 品隔离和水压试验等。 （2）锥形皮碗清管器。由其名称可知， 皮碗为圆锥形。这 种清管器密封性好， 耐磨， 使用寿命长， 可通过变径管和弯头。 （3）盘式清管器。皮碗不带裙部， 仅由平盘组成， 可以双向 使用， 清污除渣效果明显， 可携带钢丝刷在管道中往返运行。 （4）刮刀清管器。适合清除管道中较软较厚的管道沉积 物， 如石蜡、 焦油、 淤泥等。 （5）钢丝刷清管器。用来清除管壁薄而硬的管垢， 如铁 屑、 钙沉积物等， 但是钢丝耍清管器不适合清洗由内涂层的 管壁。 （6）万向节清管器。将两个长度较短的清管器用铰接万 向节连接起来， 就组成万象清管器。适合于管道弯头曲率半 径较小的清管器。 4.全聚氨酯整体清管器 整体聚氨酯浇铸清管器， 没有重的金属部件， 重量轻， 降 低了磨损和摩擦， 更具柔顺性， 有更好的长距离性能， 更易通 过弯头和三通， 性价比优越， 无需维修。这类清管器可以铸造 成各种形状， 通常由一个中心轴和几片肋片组成。这类清管 器可用来隔离油品， 带钢丝刷的全聚氨酯整体清管器可以用 来刮掉管道内壁的污垢， 也可以用作管线除水。 5．全聚氨酯组合式清管器 全部由高强度聚氨酯心轴、 皮碗、 隔离幻灯严密组合在 一起使用的， 磨损清洗均匀， 可对此使用， 一个人即可快速组 装。 具有独特的防散落结构， 可根据用户需要研制组装。 这种 组合系统可全面完成管道维护， 清扫， 除水， 计量， 产品格里， 清除石蜡和沉积物及水压试验等。 适用尺寸范围为 DN159～ DN720mm管道。 6.PR型软质空心清管器 PR 型软质空心清管器采用聚氨酯橡胶和高强度耐油纤 维材料多层胶结制成的空心体， 其总长是直径的两倍， 密封 圆柱体长度是直径的 1.5 倍，其内层用 50～60mm 厚的整体 弹性泡沫做成支撑题， 尾部与腰部内装硬质耐油合成橡胶支 撑环， 头部为 35的锥形体且端部位平面。其突出优点是在 不影响清管效果的前提下能通过变形较大的管道， 对于管道 干线圈开式闸门的型号没有特定要求。 7.压力旁通式清管器 主体为钢制空心圆筒，前端用扁平的弹簧承载的平板予 以密封。当清管器正常运行时， 弹簧拉住平板使其关闭， 当遇 到较大阻力时， 在清管器中产生压力差， 当压力差达到一定程 度就会使平板打开， 推动介质从清管器中流出。 由于压力差相 对较高， 流出的介质可以将清管器前面堆积的固体杂质冲走， 前面的阻力减小到一定程度， 平板关闭， 清管器正常运行。 该清管器可安装不类型的橡胶皮碗、 聚氨酯皮碗、 刮刀 和钢丝刷等， 以满足不同的要求。这类清管器可应用于管线 结垢严重， 用其他清管器容易卡住的情况下， 通过清管器的 喷射流体可以冲散清管器前面堆积的污垢。旁通式清管器一 般不会在管线内卡住， 即便是卡住了， 流体可以通过旁通阀 穿过清管器而不会影响管线的正常运行。 8.组合式涡轮清管器 该清管器由中国石油天然气集团公司管道科学研究院 的专利产品。采用涡轮转动带动偏心轮和刀盘旋转， 以清除 管壁污垢。该清管器组合型好强度高， 重复利用率高， 不仅可 用于原油管道， 也可用于自来水管道、 煤矿或热电厂的排灰 管道及排水管道。 9.柱塞 柱塞是最特殊的清管器， 它是在补救或修补管道时用来 高压下隔离一段管线， 保证修补工作顺利进行。一般这些塞 子都能够承受 200 bar 的高压。 10.凝胶清管器 凝胶清管器是一系列的胶质流体系统， 一般用于管线运 作， 例如初期调试和管道维护等。这些清管器一般都以水作 为基础， 但是一些化学物质、 溶剂、 甚至是酸都可以被胶化。 有些化学物质可以被胶化成块状流体而有些只能在载体中 被稀释。输气管线中胶化的柴油常用来作为防腐剂的载体 。 管道应用中主要有四种类型的凝胶隔离或分批输送用凝 胶、 碎屑拾取用凝胶、 烃类凝胶和脱水凝胶 凝胶清管器尽管有很高的黏度但仍然属于流体， 可以送 入任何可以接受立体的管道， 应用范围很广。它可以代替分 批输送用的清管器而单独使用， 也可以和各种类型的常规清 管器联合起来使用。 凝胶清管器不想普通清管器那样会发生疲劳破坏， 但是 它却可以被稀释或是被气体前切， 在设计清管器串的时候必 须注意， 不恰当的凝胶清管器会缩小清管器的流体旁路。 11.运行管道检测工具/智能清管器 图2智能清管器 这类清管器可以在不影响管线正常使用的情况下提供 管道内部的情况或污垢的情况。它可以检测管道防腐层、 管 壁腐蚀、 埋深位置等许多功能。运行管道检测工具收集管道 内部情况数据，由工程师和技术人员对这些数据进行分析、 判断并汇报管道内部状况。显然这类清管器已经不像其他类 型的清管器具有清扫管线的功能，他们担负这更重要的任 务。不同类型的智能清管器有不同的作用， 他们的作用主要 包括管径测量、 曲率检测、 温度压力记录、 弯曲测量、 金属损 失 / 腐蚀测量、 射线检测、 裂纹检测、 结蜡层测量及产品抽样 和定位 （1）内部几何清管器 内部几何清管器设计上是一个有许多支撑臂的测径器 （如图 8）， 支撑臂覆盖管壁一周， 可测量管道内径的变化。 支 撑臂上安装有传感器， 清管器的运动及运动的距离可通过这 些传感器记录下来。 （2）地理测量清管器 地理测量清管器已经发展到利用一个卫星定位系统确 定清管器的位置以及地球表面管线的位置。通过卫星定位系 统收集的数据结合地理测量仪器测量的信息， 就可以完整的 描述管线的具体位置。 （3）磁检测清管器 漏磁检测工具是用来确定管线的完整性和找出金属损 71