长输天然气管道内黑色粉末清管工艺.pdf

第 4 7卷第 6期 2 0 1 0年 l 2月 化工设备与管道 P R O C E S S E Q U I P ME N T＆P I P I N G Vo 1 ． 4 7 No ． 6 De e ． 2 01 0 长输天然气 管道 内黑色粉末清管工艺 白港 生 中油管道检测技术有限责任公 司， 河北 廊坊 市0 6 5 0 0 0 摘要 长输天 然气管道 内存在 着黑色粉末等杂质 ， 当达到一定数 量时就会影 响管道输送排量及安 全运 营 介绍 了管道 内存在黑 色粉 末的危害 ， 几种 常用的管道 清管器， 重 点论述 了针 对长输 天然 气管道 内黑色粉末 清管的工 艺 和方法 ， 指导如何进行该类 管道杂质 的清管以及 清管原 则、 工艺和周期 等问题 。 关键 词 天 然气； 黑 色粉 末； 清管 ； 工艺； 原则 中图分类 号 T Q 0 5 5 ． 8 1 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 9 3 2 8 1 2 0 1 0 0 6 0 0 6 7 - 0 3 Pr o c e s s o f Cl e a n i n g Bl a c k Pa r t i c l e s i n Lo ng Di s t a n c e Na t ur a l Ga s Pi p e l i n e BAI Ga ng- s h e n g C h i n a P e t r o P i n g I n s p e c t i o n T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t W h e n t he b l a c k p o wde r e x i s t e d i n na t u r a l g a s p i pe l i n e a c c u mu l a t e s c e r t a i n de g r e e，i t wi l l a f f e c t n o r ma l t r a ns p o rta t i o n o f t h e g a s i n pi p e l i ne a nd d e c r e a s e t h e s a f e t y o f t h e p i pe l i n e ．Th e ha r m o f t he bl a c k p o wd e r i n pi p e l i n e a n d s e v e r a l c o mmo n p i p e c l e a n e r s we r e i n t r o d uc e d i n t h i s a r t i c l e ．Th e me t h o ds a n d p r o c e s s o f c l e a n i n g t h e b l a c k p o wd e r i n pi p e l i n e we r e e mph a t i ca l l y de p i c t e d，wh i c h c a n be a s a g ui d e t o d e t e r mi n e t h e pi p e c l e a ni n g p r i nc i p l e，pr o c e s s a n d p e r i o d． Ke y wor d s n a t u r a l g a s ； b l a c k p o wde r；p i p e c l e a ni n g；p r o c e s s；pr i n c i pl e 根据 国外某石油公司的介绍 ， 在对该 国早期建 成的长输天然气管道进行清管作业中发现有数量可 观的黑色粉末状物质； 另外 ， 在美国等一些天然气管 道建设较早的国家也有大量报道关于管道 内存在黑 色粉末的现象。这种在天然气输送和分配系统 中常 能发 现 的一种 固态 的 污染 物 黑色 粉 末 ， 它 是 钢 材在输气管道 、 气井 和附属设施 中发生化学和生物 反应的产物。从对较大的颗粒和亚微型薄片的分析 中， 发现这类小 颗粒 的黑 色粉末 包括岩屑、 钻井 泥 浆、 灰尘、 污垢 、 矿砂、 轧屑、 氧化铁 、 碳酸铁 、 硫化铁 、 焊接渣和飞溅物、 腐蚀铁屑 、 阀门用润滑脂 和腐蚀抑 制剂与其他杂物。该种物质的大量堆积不仅严重影 响了管道输送排量 ， 输气效率下降， 而且导致 了过滤 装置的堵塞并损坏 、 测量装置 出现沉积物， 仪表和阀 门堵塞， 加速了阀门的腐蚀以及输送介质的污染等严 重的危害问题。我国的天然气管道建设起步较晚， 但 是在管道过滤器 以及一些管线的清管检测 中也发现 了存在一定数量黑色粉末的类似问题 见图 1 。 关于这种黑色粉末 的成分和产生机理有很多， 它跟每条输送天然气管线 的建设情况 、 水压试验 、 管 道内防腐 、 管道介 质来源 、 气质成分 、 含水情况等诸 多因素都有关系。由于管道有不同的制造 、 试运和 运行过程 ， 所以绝不能仅仅根据某种单一 的原因就 能对黑色粉末的产生根源做 出一概而论 的论断。对 管道运营者来说 ， 最好是跟踪管道施工 、 运行的工艺 和管道技术规范的历史记录 ， 以便揭示 引起潜在问 题的根本原 因， 从而采取适当的防范措施 。 处理 管道内已经形 成的黑 色粉末 的方法有很 多， 大致分为化学制剂 和机械清管两类。化学制剂 清管 ， 需要依据单一管线 出现 的黑色粉末 的成分有 针对性的专门定制， 是一种适用于去除碎屑和沉淀 物的化学制剂 ， 其基本化学原理是基于润湿作用、 穿 透作用 、 分散作用 ， 以及对每条管线进行评估时所需 的其他一些物理特性而研制出的一种聚焦分子束； 而机械清管是利用 向管道 内投运机械清管器的方法 清除黑色粉末。下面着重谈谈机械清管方法。 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 1 作者简介 白港生 1 9 7 4 一 ， 男 ， 湖北 武汉市人 ， 高级 工程师 。一直 从事于在线管道清管 、 变形 及腐蚀检测设 备的研 发和现 场应用工作 。 6 8 化工设备与管道 第 4 7卷第 6期 图 1 存在黑色粉末的现场照片 1 清管原则 任何管道的清管除 了选用合适 的清管器外 ， 还 需要讲究合理地清管流程和顺序 ， 分阶段进行。针 对该种管道内有大量黑色粉末的情况， 在使用各种 功能清管器进行清管时更加应该谨慎小心， 也需要 讲究正确地清管工艺和流程。由于不同的清管器其 清扫功能不同， 清扫出来的粉末量也会不一样 ， 所以 在使用时必须遵循循序渐进、 多阶段且每阶段多次 清管 、 在清扫功能选择上 由少到多的清管原则。否 则一旦清扫的粉末量过大 ， 容易造成清管器前方聚 集太多粉木导致速度缓慢甚至发生卡堵的风险。 每一个阶段的清管都不是只发送一次清管器就 能完成的， 所 以在进行完每一个阶段的第一次清管 后 ， 都要查看收球筒及过滤器等装置 中清扫出来的 粉末量多少， 如果粉末量较多， 该阶段的清扫就需要 反复进行 ， 直到连续两次清扫出来的粉末量很少 ， 就 完成了这一阶段的清管任务， 进入下一阶段的清管。 2 清管工艺 1 第一阶段， 投运泡沫清管器。 该清管器 内芯是泡沫材料， 表面浇注聚氨酯。 它的特点是采用轻质泡沫 ， 没有刚性材料， 一旦出现 卡堵， 加压即可将清管器打碎， 不会对管线造成卡堵 停输 现象 。 在该阶段的清管任务中， 由于是首次进行清扫， 无法估计管道内到底有多少黑色粉末存在 ， 所 以是 一 个试探性的知己知彼的清管过程。那么我们要选 择投运 最安全 的泡沫 清 管器 ， 根 据泡 沫 清管 器 能否 顺 利 收出 ， 以及 清除 的黑 色粉 末 量 的多少 来 决定 是 否进入下 阶段 的清管 。 2 第二阶段 ， 投运带喷射阀的直皮碗清管器。 直皮碗清管器是由密封皮碗 、 支撑皮碗 、 隔垫及 骨架组成 ， 特点是通过能力强 、 体积小、 使用方便。 直皮碗清管器具有双向性 ， 假如清管器发生卡堵时 ， 可以通过管道介质反输将其推出， 不会遗留在管道 内影响生产。在该清管器的前端设计有喷射头或专 门的喷射装置 ， 用于将清管器前端积攒 的杂物搅动 起来 ， 防止清管器前端杂物聚集沉淀过多而导致清 管器卡堵， 无法前行 ， 保障了清管的安全性。 同样 ， 根据清管原则 ， 在进行完该阶段的第一次 清管后 ， 查看收球简中清扫出来的黑色粉末量， 如果 较多就需要反复多次 的清管 ， 直到连续两次清扫出 来的粉末量较少 ， 就完成了该阶段的清管任务 ， 进入 下一阶段清管工作。 3 第二 三 阶段， 投 运带支 承轮 系统的磁 力清 管器 。 磁力清管器 可有效吸附管内铁锈等磁性物质 ， 磁力清管器适合于那种里面有铁磁性杂质 的管道。 这种磁力清管器在筒体中部位置全圆周带有强力磁 块 ， 能有效吸附管内的铁磁粉末杂质。因为该清管 器运行时只有皮碗接触管道， 不存在金属磨损管道 ， 所以有效地保护了管道内涂层 。由于该清管器携带 有磁铁 ， 质量会比常规的清管器重， 所以在该清管器 上加装前后两排支承轮 系统， 能有效支承清管器本 身质量 ， 不会出现清管器皮碗偏磨严重 、 泄漏停球等 现象， 提高了清管安全性。由于支承轮 的轮子是由 聚氨酯弹性体材料浇注而成的， 所以它适用 于任何 管道的清管， 不会对内涂层造成损伤。 4 第 四阶段 ， 投运带 支承轮 系统 的刷 毛清 管 器 。 众所周知 ， 要想去除管道内壁附着力较大的杂 物， 用带钢刷式 的清管器清管效果最理想。传统的 带铡刷清管器是在筒 体的两端安装环状钢刷 ， 这样 的清管器其通过能力受到很大的限制 ， 而且对弯头 下转 第 7 2页 7 2 化工设备与管道 第 4 7卷第 6期 图 5 参 比电极设置 恒电位 仪 F L ． ． ． ． ． ． ． ． ．一 由于柔性阳极阴极保护具有保护电流长距离分 布均匀 ； 对其他金属构筑物干扰影响最小 ； 解决复杂 管网的屏蔽问题 ； 即使是裸的罐底 ， 也能保证电流的 均匀分布 ， 实现阴极保护； 安装简单 ， 长度可任意现 场剪裁， 施工快捷保险； 材料经专门处理 ， 寿命长 ； 不 污染环境等特点 。在使用之后检测数据更表现出其 更优的阴极保护性能 ， 数据见表 1 。 表 1 长庆油田惠安堡油库储罐罐底柔性阳极 阴极保护测试参数 2 0 0 9年 O 9月 2 O日 注 仅取 了 1 4 号罐检测数据中的最大和最小值作为参考 相 比前两种 阴极保护方式 ， 柔性阳极阴极保护 具有更稳定更全面保护性能， 唯一不足 的地方仅是 在于其价格较高， 但是随着该技术运用的普及， 价格 的降低只是时间问题。 3 结束语 随着 国际能源需求量 的不断扩大 ， 对原油开采 和储备的能力有了更高的要求， 而在储备原油的能 力要求上更多的要求储罐能够拥有更 长的使用寿 命 ， 在这方面储罐底 部阴极保 护起到 的作用 更显 卓著。 作为习惯做法 ， MMO阳极对大型储罐底板外壁 阴极保护工程还是实用的， 然而柔性阳极的介入， 使 我们发现 了过去常用的 MMO阳极的一些 问题 ， 尽 管 目前的资料显示还不足以否定 MM O阳极 ， 但需 要认真分析研究这个问题 ， 网状 MMO阳极 阴极保 护已应用数年， 目前还没有一个产品标准， 因此无法 确认其 阳极成分、 性能、 检测。而早期将阳极埋设于 储罐底部周围的阴极保护手段已完全被其代替。 柔性阳极在 国外已开发有 2 0多年 ， 有许多成功 应用于管道和储罐的阴极保护案例 ， 柔性阳极是国 内新型的辅助阳极材料 ， 其性能超群， 安装简单 ， 已 在重点管道工程 、 大型储罐工程上得以应用。随着 长庆油田大型储罐建设工程的增多 ， 柔性 阳极阴极 保护技术的应用将更加全面。 上接 第 6 8页 部位的清扫效果并不理想 ； 而另一种钢刷式清管器 是在筒体中间的弹片上安装块状钢刷 ， 钢刷安装在 强力弹片上 ， 可随管道 内壁 自由浮动 ， 既保证了清扫 效果， 又大大增强了通过能力。另外 ， 对于管壁有内 涂层的管道 ， 用钢刷可能会对管道涂层造成损伤 ， 这 就需要用弹性较好的尼龙刷毛来替代钢制刷毛。该 刷毛清管器同样质量也会较重 ， 所以也需要加装支 承轮系统以保证清管器能够安全到达收球筒。 3 清管周期 在进行了四个阶段的清管任务后 ， 暂时可以说 管道内的黑色粉末已经很少了。但由于黑色粉末随 管道输送介质和内部环境等诸多因素的影响， 有些 是不可再生的， 而有很多都是可再生的。清管完成 一 段时间后管道 内部可能再次滋生了黑色粉末。在 我们研究出黑色粉末 的抑制方法和在有效抑制前 ， 我们都需要制定定期的清管计划 ， 也就是清管的周 期或频率。合适的清管周期取决于黑色粉末的再生 速度 ， 在没有得到可靠 的再生数据前 ， 可以先预定一 个月进行一次清管任务。通过最初几个周期清管完 成后清扫出来 的黑色粉末量的多少 ， 来调整清管周 期 ， 缩短 或加 长 ， 直 到找到适 合该 条管线 的清 管 周期 。