油气管道清管速度的控制和预测

我国近年来建设运营了西气东输、陕京线、川气东送等大型气管道工程，这类管道具有大管径(1016~1219mm)、高压力(10~12MPa)和高流速(10~20m/s)特点，清管存在清管器速度过快且不稳定的问题，例如西气东输管道输气量接近设计输量，输送压力约10MPa，清管器速度可达10m/s，甚至接近20m/s。清管器速度过快产生的问题有:
(l)清管效果差。速度过高会导致清管器上下游发生窜漏气现象，不能积液；
(2)高速运动的清管器携带机械杂质的摩擦作用，可能破坏管道内壁环氧树脂涂层，增加摩阻，减少管道寿命；
(3)大型管道使用的直板清管器重量约1t，内检测清管器重量可达3~5t，高速运行对不锈钢弯头、通球指示器和收球筒产生巨大冲击，存在隐患；
(4)速度过高可能造成清管器机械损伤，例如螺栓松动、皮碗或直板脱落，甚至骨架断裂。
一、清管器速度控制的国内技术现状
根据清管器工作原理，常规方法是控制清管器前后压差，例如在机械清管器皮碗或钢刷上开泄流孔，调节清管器压差和泄流量，进而调节清管器运行速度，但该方法对清管器速度控制作用有限。
长输气管道清管器的速度控制，主要通过调整输气量控制管道流速，工艺措施包括控制上游来气压力、协调下游接气量、用户供气方式调整等。该方法存在调速滞后、误差大等缺点。清管器运行速度取决于管输过程中的输气量、温度和压力等参数，清管器运行速度等方面的因素。
二、气管道调速清管器的技术现状
已成功利用旁通阀调速装置控制清管器的实时速度，但对我国技术保密，国内未见调速清管器的文献报道，不能对清管器实时运行速度进行准确控制。
韩国Nguyen研究带旁通孔的清管器前后压差动力学方程，推导了旁通孔流速与清管器速度的公式，在KOGAS低压气管道进行试验，研究了带旁通孔清管器的速度稳定性和在收发球过程中的速度控制效果。巴西Azeved。研究了旁通孔径对泄流量和清管器动力学的影响，1个瞬态停滞/滑移模型。伊朗Hosseinalipour研究了气管道内带旁通孔的清管器动力学方程，针对运行压力9MPa管道的数值模拟结果和实测数据进行了对比分析。俄罗斯院P记砂un-skikh研究了调速内检测器设计方法、旁通阀调速机理和旁通阀控制电路。管道服务广泛应用的调速内检测器由英国BJ、德国Rosen、美国GE一Pll公司和肠场scoPe公司垄断，并组成管道技术与服务协会(P邢A，Pi脚ngp代ductsandServiceAssociation)。调速内检测器利用旁通孔内的旁通阀改变旁通流量，成熟产品例如美国的直动式截断阀、旋转旁通阀等。
三、清管器在收球筒速度控制技术方面的现状
为避免高速度清管器对收球筒、盲板的损坏，应严格控制管道末端清管器的运行速度，国内不锈钢管件管道工程实践表明，管道末端清管器运行速度不大于3m/s时不会撞击盲板。
(1)“一次收球”流程方法。传统“一次收球”流程方法是在清管器距收球场站约1km时，开启引球阀和收球阀，关闭进站阀，减缓清管器的进筒速度，使其一次进人收球筒而尽量不撞击盲板。“一次收球”流程方法容易造成清管器卡阻、气流颤动、管道振动大、撞击盲板等问题，需提前装好1~2个废旧轮胎作为清管器的缓冲物，甚至压气站在收球操作时需停运压缩机。
(2)“二次收球”流程方法。为提高管道内检测前清管作业的性和性，西气东输管道应用了“二次收球”流程方法，即在发清管器或内检测器前，收球站场导通收球流程，开启引球阀和收球阀，但不关闭进站阀，待清管器或内检测器通过进站三通，释放前后背压而减速，由于前后压力平衡，清管器或检测器会停止运行，即一次收球；此时缓慢关闭进站阀并调节其开度，使部分介质流向收球流程，清管器或内检测器建立压差后，缓慢推动清管器或内检测器进人收球筒。根据多次现场试验，不同类型的清管器进站时，进站阀关度范围为35%~50%，进站阀前后压差约0.1MPa；不同类型的检测器进站时，进站阀关度范围为40%~60%，进站阀前后压差约0.12MPa，能够检测器平缓顺利地进人收球筒。“二次收球”流程方法能调节内检测器或清管器进人收球筒的速度，不但减少了对收球设备的损害，而且明显了接收内检测器或清管器的性。