呂超

中國石油西氣東輸管道公司

摘  要： 智能內檢測是在役管線(xiàn)檢測管道缺陷的首要方法，但一些管道的工況條件無(wú)法滿(mǎn)足管道內檢測要求。低氣體流速下的管道內檢測作業(yè)方法，在現有天然氣管道介質(zhì)低流速工況條件下，根據介質(zhì)流速模擬計算，指導調節管道運行參數，獲得最佳檢測工況。調整結果經(jīng)現場(chǎng)操作驗證，獲得了較好的運行效果。

關(guān)鍵詞： 跨越檢測；管道內檢測；低流速；天然氣管道；工況調節

管道內檢測是當前最為有效的監檢測技術(shù)，能夠直觀(guān)反映管道的缺陷狀況，常見(jiàn)的內檢測方法主要有常規漏磁檢測、環(huán)向漏磁檢測、超聲波檢測、電磁超聲檢測等[1,2]。

管道內檢測的效果往往受限于現場(chǎng)工藝情況（是否具有收發(fā)球裝置）和管道口徑、壓力等因素。多年來(lái)，小管徑、低流速工程管道的管道內檢測、防腐及維護等作業(yè)一直受限于管道內檢測器的運行速度難以達到要求（內檢測器的理想運行速度為1～4 m/s）而難以進(jìn)行。在檢測低流速管線(xiàn)時(shí)，宜考慮增加介質(zhì)流速[3]�？赏ㄟ^(guò)計算內檢測器不同運行速度所需工況條件，并以此有效調節內檢測器的運行速度[4]。

1 管道基本情況

某天然氣長(cháng)輸管道全長(cháng)812 km，包含5個(gè)收發(fā)球站間段，如圖 1所示。其中， A站、 F站分別為管線(xiàn)首、末站。其中AB、 BC、 CD段管徑為1 219 mm，DE、 EF段管徑為 1 0 1 6 mm。管線(xiàn)設計壓力為10.0 MPa，運行壓力為7.0 MPa。目標管道日輸量為2×106 m3/d，氣體下載主要集中在E站，下游用戶(hù)最小分輸壓力為4.0 MPa。管線(xiàn)進(jìn)氣端為A站，目前工況下，由于氣速較低，不能滿(mǎn)足管道內檢測作業(yè)條件（檢測器運行速度 1～4 m/s）。

2 工況分析

目標管線(xiàn)A站出口壓力約為7.0 MPa，管道日輸量為2×106 m3/d，以當前工況，結合公式(1)(2)：

式中： L為檢測器運行距離， m； Qn為發(fā)球后累計進(jìn)氣量， m3； d為輸氣管內徑， m； P0、 T0為標準條件下壓力、溫度； P、 T、Z為清管球后管段內天然氣平均壓力、溫度和壓縮系數�？傻茫�

取P0=1.1 013 MPa， T0=273.15 K；當管道運行參數P =7.0 MPa， T =283.15 K，壓縮因子取Z≈ 1計算，檢測器運行速度ν =0.3 m/s。

當前工況條件下，檢測器運行速度遠遠不能滿(mǎn)足管道內檢測條件。目標管線(xiàn)壓力較高，且輸量較低，造成管道內介質(zhì)流速緩慢。根據天然氣管道內部氣體流速計算公式可知，管道內氣體流速與管道壓力成反比，與管道輸量成正比。經(jīng)計算，在當前管道壓力（7.0 MPa）下，管道輸量需達到9×106 m3/d左右，但是，目前管道下載氣量不易調整。所以，只能通過(guò)調節站間管道運行壓力的方法，控制管道內氣體流速。

3 運行參數調整計算

利用人工建立壓差的方式，采取間歇性關(guān)閉A站進(jìn)氣閥門(mén)，利用下游用戶(hù)消耗管存的方式來(lái)實(shí)現管道運行壓力的下降，從而在下游下載氣量基本不變的條件下，提高管道內氣體流速。

3.1 參數調整方案設計

經(jīng)過(guò)分析計算，可以將管道運行壓力降至4.0 MPa時(shí)進(jìn)行內檢測作業(yè)。檢測前A站出口壓力在7.0 MPa，關(guān)閉A站進(jìn)氣口閥門(mén)，利用下游用氣消耗管存，待管線(xiàn)壓力降至4.0 MPa時(shí)進(jìn)行發(fā)球作業(yè)。檢測器從A站發(fā)出后，打開(kāi)A站進(jìn)口閥門(mén)對該管線(xiàn)進(jìn)行充壓操作。通過(guò)改變A站進(jìn)氣閥門(mén)開(kāi)度控制管線(xiàn)氣體流速，增大管線(xiàn)單位時(shí)間內的氣體流量至7×106 m3/d，確保檢測器運行速度在1～4 m/s之間。

3.2 參數調整模擬計算

由于進(jìn)氣量大于出氣量，管線(xiàn)全線(xiàn)壓力緩慢升高，管道內氣體流速逐漸降低。結合公式(1)(2)(3)計算各時(shí)段管道壓力、氣流速度以及檢測器運行速度及運行距離等數據。

如初始狀態(tài)（0 h）：取管道壓力 P = 7 . 0，T =283.15 K，進(jìn)氣量Qoh=7×106 m3,標準狀態(tài)下P0=1.1013， T0=273.15 K；壓縮因子取Z≈ 1，計算得檢測器初始運行速度ν0=1.8 m/s。 12小時(shí)后，考慮首站注入和下游用氣，進(jìn)氣量Q12h=3.5×106 m3，按照公式計算得檢測器此時(shí)運行速度ν12=1.66 m/s，檢測器運行距離L12=74.7 km。同理，計算24小時(shí)、 36小時(shí)及以后檢測器運行速度與運行距離（表 1）。從表 1可知，檢測器運行48小時(shí)到達B站， A站―B站全線(xiàn)壓力由4.0 MPa升至5.36 MPa。檢測器速度在1.39～1.80 m/s之間，即借助管線(xiàn)運行壓力的調整可以滿(mǎn)足管道內檢測實(shí)施的速度要求。

4 現場(chǎng)作業(yè)效果

現場(chǎng)根據運行參數的計算結果進(jìn)行工況調整，首先將管線(xiàn)全線(xiàn)降壓，經(jīng)過(guò)16天的管存消耗，管道壓力降至4.0 MPa；然后打開(kāi)A站進(jìn)口閥門(mén)，以7×106 m3/d的速度向全線(xiàn)注氣。在保持下游2×106 m3/d左右用氣量的情況下，開(kāi)始發(fā)送檢測器。 A站至E站段由4.0 MPa升至7.0 MPa所需時(shí)間為93 h。

滿(mǎn)足內檢測作業(yè)條件后，發(fā)送首個(gè)測徑板檢測器耗時(shí)31 h，檢測器球速控制在最優(yōu)范圍之內，清出污物 10.5 kg，檢測器運行速度統計如表 2所示。

期間 A站進(jìn)氣量控制在 5 0～ 8 0× 106 m3/ h之間，溫度 9 . 9℃。由于注氣速度不穩定，球速在1.82～2.33 m/s之間波動(dòng)。從發(fā)球到收球，管線(xiàn)壓力由4.13 MPa升至5.85 MPa，現場(chǎng)統計補充管存1.899×107 m3，明顯小于降壓時(shí)消耗的管存。

5 總結

通過(guò)分析現場(chǎng)內檢測器運行數據，實(shí)施參數調 整方案，能夠保證檢測器合理運行速度，適用于A(yíng)站―B站間管段內檢測作業(yè)時(shí)的參數調整。該方案在氣量實(shí)時(shí)調節方面尚存在些許不足，如方案前期A(yíng)站為注氣端，若B站下游各站間段工藝參數發(fā)生實(shí)時(shí)調整，則需要考慮注氣端和B站的壓力上升延時(shí)等因素。同時(shí)，隨著(zhù)作業(yè)時(shí)間及工況條件的不同，還需要進(jìn)一步詳細考慮溫度、壓縮因子等因素對實(shí)際調控的影響。

參考文獻：

[1] 張洋.輸氣管道漏磁內檢測器速度控制問(wèn)題研究 完整性管理。[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)， 2012.

[2] GB32167-2015.油氣輸送管道完整性管理規范[S].2015.

[3] NACESP0102-2017,In-LineInspectionofPipelines[S].2017.

[4] SY/T6889-2012，管道內檢測[S].2012.

作者：呂超， 1986年生，工程師，工學(xué)碩士， 2012年畢業(yè)于東南大學(xué)工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)�，F就職于中國石油西氣東輸管道公司管道處，負責管道內檢測、管道第三方管理、 完整性管理。