油气管道清管器的研发进展.pdf

2 01 2 正 第 4期 管 道 技 木 P i p e l i n e T e c h n i q u e -5 设 各 a n d Eq u i p me n t 2 01 2 No ． 4 油气 管道清管器 的研发进展 吕惠建 ， 于达 ， 郑荣荣 1 ． 中国石油大学 北京 城市油气 输配技术北京市重点实验 室 ， 北京1 0 2 2 4 9 ； 2 ． 中国石油化工股份 有限公司浙江石油分公 司， 浙江杭州3 1 0 0 0 9 摘要 油气管道投产和运行都需要进行清管 ， 清管作 业主要设备 是清管器， 但 清管器种类繁 多、 功 能不 同， 就需要根据清管 目的合理选择清管器。首先介绍早期的清管球 、 聚氨 酯泡沫清管器、 全聚氨酯 清管器的优缺点， 再介绍包括普通皮碗清管器、 钢刷清管器和磁性皮碗清管器在内的皮碗清管器的特 点， 最后对管道智能检测方面突出的漏磁法和超声波法各 自 特点进行了介绍。了解各种清管器特点能 够为选择 清管器提供指导， 最后指 出了清管器未来发展趋势。 关键词 管道； 清管作 业； 清管器； 智能； 漏磁 法； 超声波法 中图分类号 T E 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 2 0 40 0 4 3 0 4 Re s e a r c h Pr o g r e s s o f Pi g s i n Oi l a nd Ga s Pi p e l i n e L o Hu i - j i a n ， Y U D a ， Z H E N G R o n g r o n g 1 ． B e i j i n g Ke y L a b r a t o r y o f U r b a n Oi l a n d Ga s D i s t b u fi o n T e c h n o l o g y ， Ch i n a Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m B e i j i n g ， B e i j i n g 1 0 2 2 4 9， C h i n a ； 2 ． Z h e j i a n g P e t r o l e u m C o mp a n y ， C h i n a P e t r o l e u m C h e mi c a l C o r p o r a ti o n， Ha n g z h o u 3 1 0 0 0 9 ， C hin a A b s t r a c t O i l a n d g a s p i p e l i n e s n e e d p i g g i n g i n t h e i r c o m m i s s i o n i n g a n d o p e r a t i o n ． F i g i s t h e ma j o r e q u i p m e n t o f p i g g i n g o p e r a t i o n ． I t h a s c h a r a c t e r i s t i c o f v a rio u s t y p e s a n d d i ff e r e n t f u n c t i o n s ， w h i c h ma k e d i ff i c u l t t o c h o o s e f o r p i g g i n g ． F i r s t l y， t h i s p a p e r i n t r o d u c e s a s i mp l e p i g， a f o a m p i g a n d a p o l y u r e t h a n e p i g a t t h e e a r l y s t a g e ． T h e n i t p r e s e n t s s t e e l c u p p i g s ， i n c l u d i n g o r d i n a r y p i g ， b r u s h p i g ， ma g n e t i c p i g ， e t c ． T h i r d l y ， i t i n t r o d u c e s u l t r a s o n i c d e t e c t o r s a n d ma g n e t i c fl u x l e a k a g e d e t e c t o rs． T h o s e i n t r o d u c t i o n s c a n h e l p p e o p l e t o c h o o s e t h e a p p r o p r i a t e p i g f o r p i g g i n g o p e r a t i o n ． I t p o i n t s o u t t h e d e v e l o p me n t t r e n d o f p i g i n t h e e n d ． Ke y wor ds p i p e； p i gg i n g o pe r a t i o n； pi g； s ma r t ； ma g n e t i c flu x l e a k a g e； ul t r a s o n i c me t h o d 0 引言 从 1 8 6 5年美 国建设 世 界 第 一 条 输 油 管道 ， 到 2 0 1 0年世界五大洲 管道总长度 已达 2 ． 51 0 。 k m⋯． 截至 2 0 1 0年底 ， 国内已建油气管道 总长度 8 ． 51 0 k m， “ 十二五” 期末 国内油气管道总长度预计达到 1 ． 5 1 0 km 2 J ．清管作业是油气管道投产与安全运行 的 重要手段 ， 清管器是进行清管作业的主要工具。 1 清管 目的 管道进行清管作业主要分为新建管道投产清管 和运行管道清管。对于新建管道投产 ， 可用 清管器清 除管道内的毛刺 、 铁屑 以及焊条 、 石块等遗 留杂物 ， 在 管道用水试压后 ， 用清管器进行排水 、 干燥等作业 ； 对 运行管道进行清管作业 ， 可 以清除管道 内的积水 、 结 蜡、 提高管道所输介质品质、 降低站间压耗等。利用 智能清管器可 以对管 道进 行检 测 ， 包 括测 量管 道腐 蚀 、 管壁裂纹 、 管道变形等 ， 为管道维护 与维修提供指 收稿 日期 2 0 1 1 0 92 6 收修改稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 1 导 ， 使管道能够安全 、 高效的运行_ 3 j 。 2 清管器工作原理及优点 清管器 球 的工作原理是将清管器 球 放人管 道中形成密封 ， 利用管输介质推动清管器 球 前进 ， 进而达到清 除管 内沉 积物 、 管 壁结垢 和结蜡 等 的 目 的。清管器 球 可以进行大管径 、 长距离 、 溶剂难溶 污垢管道的清管作业 ， 具 有操作方便 、 装备简单 、 耗时 短 、 无污染 、 不停产等优点 J 。 3 清管器 球 分类 3 ． 1 清管球 清管球 图 1 是最早 的清管设 备 J ， 主要用耐腐 蚀的氯丁橡胶制成， 按照清管球的大小分为空心球和 实心球两种 ， D N≤1 0 0 m m 的为实心球 ， D N1 0 0 m m 的为空心球 ， 空心球一般充水使用 ， 在温度较低时 冬 季 应使用防冻剂 如甘醇等 填充 以防发生冻结 ， 空 心球 冲水后其过盈量应为 3 ％ ～ 5 ％。清管球在国内 2 O世纪六七十年代使用较多 ， 但清 管效果并不理想 ， 而且在三通处受阻易卡球 ， 因此现在很少使用 。 第 4期 吕惠建等 油气管道 清管器的研发进展 4 5 泡和蜡结块的影响。 4 国内外近期清管器研 究进展 4 ． 1 国外近期清管器研究进展 V e e n k e r 工程技术公 司研 制 出新 的 P I MS管道 输 送监控系统 ， 该系统 基于失效概率计 算 ， 它 对整个 管 道的每个影响因素进行失效概率判断 ， 可 以确保 管道 系统的安全性与稳定性 ， 并可 以确定管道 系统的维护 保养需求 ， 为管道是否需要维护保养提供指导 。 A n a ly t i c P p e 公司研制出一个智能化清管器系 统计量标定清管器 ， 它不仅对管道内部进行椭 圆 度 、 凹坑 、 壁厚 、 焊缝 等检测 ， 还能 对 T型三通及 附件 进行识别和报告隐藏风 险。计量标定 清管器 同时装 有测距轮 ， 可 以计算管道长度并与 内径等数据汇总保 存 。为了使计量标定清 管器在管道 的入 口和 出口实 现准确定位 ， 在输送管道 系统 中还使用 了清管器 出入 系统 。 瑞士 R o s e n公 司根 据经 验 ， 结合 漏磁 检 测技 术 MF L 和超 声 波法 U T 的 特点 ， 研 制 出新 的检 测 器R o c o Ⅱ - 它克 服 了超 声波法 U T 的不 足与 缺 点 ， 能够准确 、 可靠地提供腐蚀 、 管道变形和壁厚的信 息 ， 大 幅度提 高了检测 的准确性 ， 显著提 高管道系统 的可靠性和完整性。 英 国 D u r h a m公 司研制 了管道爬行 器， 其检测 原 理是内透 中心法 ， 检测 射源 或焦 点位 于管道 中心线 上 ， 射线对焊缝周向进行整体一次性曝光透照 。管 道爬行器采用特殊设计 的透平叶轮 ， 运行动力来 自管 输介质 ， 其可 以在垂直方向、 光滑钢管 内运行 ， 甚 至可 以反向 与输送介质 流动方向相反 运行。具有检测 灵敏度 高、 检测速度快 的优点 ， 是管道焊缝检测 的主 要设备。 韩 国 T a n T i e n N g u y e n 等 研 制 了 调 速 清 管 器 l l ， 调速清管器是 在普通皮碗 清管器 的钢骨架 基础上 ， 将钢骨架制作成 中心前后相 同， 在钢骨架 中 心安装 阀门， 通 过 阀门的 打开 和关 闭控制 气体 泄流 量 ， 从而控制清管器的清管速度。 4 ． 2 国内近期清管器研究进展 随着国内油气管道清管事业不断发展， 国内对清 管器 的研发也取得 了很 大的进步。 中原油 田开 发 了 自动解堵清管器 ， 其解堵原理是在清管器发生卡堵 现象时， 清管器背后压力升高， 当压力大于自动控制 阀设定的开启压力时其就会 自动开启， 管道输送介质 会形成高压射流 ， 从清管器前端的喷嘴射向清管器前 端堆积 的杂质 ， 冲散堆积的杂质， 为清管器打通前 进 道路 ， 实现 自动解堵。在北一注水管网的清洗施工实 现了 自动解堵 ， 证 明了其具有解堵功能 ， 可以解决 清 管过程 中清管器 的卡堵难题。 沈阳仪表科学研究院胡殿生等 研制了一种蠕 动清管器， 管道内输送介质对其特殊叶轮机进行冲 击 ， 产生原动力 ， 带动泵体工作 ， 泵为两钢刷间的双 向 伸缩缸 供 、 吸油 ， 在伸缩缸 一伸一缩下使清管器 向前 运动 ， 其清管速度可 以通过 叶轮机和牵引之间的可调 速阀来控制。蠕动清管器 具有很 好的灵活性和通过 性 ， 它还可以牵 引各种智能清管器 ， 在进行清管时 ， 可 以不考 虑结垢 的不 均匀性 ， 在清除石蜡 、 沥青等沉淀 物时具有更好的表现。 清华大学黄松龄 副研究员与 中油管道检测技 术有限公司等联合研发了国内第一套用 于直径 l 0 1 6 f i l m天然气管道腐蚀缺陷高清晰度内检测器， 其前进 动力来 自管道 内的输送气体 ， 采用特殊设计 的泄流装 置 图 6 ， 可 以通过导通 内检测器前后气体分别和气 缸前后腔导通实现调节泄流面积。 图 6高清晰度 内检测器泄流装置 5 清管器未来研究方向 天然气管道建设突飞猛进， 天然气管道清管作业需 求越来越多， 但由于大口径天然气管道气体流速较高 有的甚至达 1 0 m ／ s ， 超过行业规定H 的天然气管道 最佳清管速度 3 ． 5 5 m ／ s ， 速度过快使清管效果较 差， 动量过大对管道弯头、 收球筒等冲击较大， 给管道安 全运行带来威胁 ， 因此需要研发速度可控清管器。 国内对智能检测器 的研发还处 于初步阶段 ， 很多 技术难题还有待研究人员解决， 像现在速度控制只是 在一定范 围内可控 ， 那就需要提 高检测 速度和精 度， 以实现在特殊情况下检测作业 。 4 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t J u 1 ． 2 0 1 2 现有清管器主要功能是清管、 检测等， 一个清管 器只有一种功能， 将来清管作业需要将清管、 检测、 修 复等功能综合于一体。同时， 清管器的在线修复将是 研发的一个重要方面。 现今油气管道正在趋 向形成管 网， 而不仅仅是单 一 管道 ， 需要研 究人 员设计 出适用 范 围更 广 的清 管 器 ， 并希望清管器具备能够在管道分叉点 自动选择路 径的功能。随着石油天然气 的开采向深水领域发展 ， 对清管器安全运行也提出了更高的要求。 参考文献 [ 1 ] D O MA N L E ． Wo r l d e n e r g y d e m a n d a n d e c o n o mi c o u t l o o k ． W a s h i n g t o n D， C ．U． S ． E n e r g y I n f o r ma t i o n Ad mi n i s t r a t i o n， 2 0 1 0 9 2 I ． [ 2 ] 蒲明， 马建国． 2 0 1 0年我国油气管道新进展． 国际石油经 济， 2 0 1 1 3 2 6 3 4 ． [ 3 ] 唐奕， 范小霞， 龚剑， 等． 付纳输气管道清管器运行距离和 时间预测． 油气储运， 2 0 1 0 ， 2 9 8 6 2 7 6 2 9 ． [ 4 ] 陈欣 ， 余国核， 王茜． 清管器 的设计与选用． 清洗世界， 2 0 1 1 ， 2 7 3 1 9 2 3 ． [ 5 ] 杨印臣． 强力清管器清管原理及其应用． 化学清洗， 1 9 9 9 ， 1 5 1 2 2 2 5 ． [ 6 ] 张金成． 清管器清洗技术及应用． 北京石油工业出版 社 ． 2 0 0 5 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