呂超

中國(guó)石油西氣東輸管道公司

摘  要： 智能內(nèi)檢測(cè)是在役管線檢測(cè)管道缺陷的首要方法，但一些管道的工況條件無(wú)法滿足管道內(nèi)檢測(cè)要求。低氣體流速下的管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)方法，在現(xiàn)有天然氣管道介質(zhì)低流速工況條件下，根據(jù)介質(zhì)流速模擬計(jì)算，指導(dǎo)調(diào)節(jié)管道運(yùn)行參數(shù)，獲得最佳檢測(cè)工況。調(diào)整結(jié)果經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)操作驗(yàn)證，獲得了較好的運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞： 跨越檢測(cè)；管道內(nèi)檢測(cè)；低流速；天然氣管道；工況調(diào)節(jié)

管道內(nèi)檢測(cè)是當(dāng)前最為有效的監(jiān)檢測(cè)技術(shù)，能夠直觀反映管道的缺陷狀況，常見(jiàn)的內(nèi)檢測(cè)方法主要有常規(guī)漏磁檢測(cè)、環(huán)向漏磁檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、電磁超聲檢測(cè)等[1,2]。

管道內(nèi)檢測(cè)的效果往往受限于現(xiàn)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(nèi)檢測(cè)、防腐及維護(hù)等作業(yè)一直受限于管道內(nèi)檢測(cè)器的運(yùn)行速度難以達(dá)到要求（內(nèi)檢測(cè)器的理想運(yùn)行速度為1～4 m/s）而難以進(jìn)行。在檢測(cè)低流速管線時(shí)，宜考慮增加介質(zhì)流速[3]。可通過(guò)計(jì)算內(nèi)檢測(cè)器不同運(yùn)行速度所需工況條件，并以此有效調(diào)節(jié)內(nèi)檢測(cè)器的運(yùn)行速度[4]。

1 管道基本情況

某天然氣長(zhǎng)輸管道全長(zhǎng)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。管線設(shè)計(jì)壓力為10.0 MPa，運(yùn)行壓力為7.0 MPa。目標(biāo)管道日輸量為2×106 m3/d，氣體下載主要集中在E站，下游用戶最小分輸壓力為4.0 MPa。管線進(jìn)氣端為A站，目前工況下，由于氣速較低，不能滿足管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)條件（檢測(cè)器運(yùn)行速度 1～4 m/s）。

2 工況分析

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

式中： L為檢測(cè)器運(yùn)行距離， m； Qn為發(fā)球后累計(jì)進(jìn)氣量， m3； d為輸氣管內(nèi)徑， m； P0、 T0為標(biāo)準(zhǔn)條件下壓力、溫度； P、 T、Z為清管球后管段內(nèi)天然氣平均壓力、溫度和壓縮系數(shù)。可得：

取P0=1.1 013 MPa， T0=273.15 K；當(dāng)管道運(yùn)行參數(shù)P =7.0 MPa， T =283.15 K，壓縮因子取Z≈ 1計(jì)算，檢測(cè)器運(yùn)行速度ν =0.3 m/s。

當(dāng)前工況條件下，檢測(cè)器運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足管道內(nèi)檢測(cè)條件。目標(biāo)管線壓力較高，且輸量較低，造成管道內(nèi)介質(zhì)流速緩慢。根據(jù)天然氣管道內(nèi)部氣體流速計(jì)算公式可知，管道內(nèi)氣體流速與管道壓力成反比，與管道輸量成正比。經(jīng)計(jì)算，在當(dāng)前管道壓力（7.0 MPa）下，管道輸量需達(dá)到9×106 m3/d左右，但是，目前管道下載氣量不易調(diào)整。所以，只能通過(guò)調(diào)節(jié)站間管道運(yùn)行壓力的方法，控制管道內(nèi)氣體流速。

3 運(yùn)行參數(shù)調(diào)整計(jì)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，利用下游用戶消耗管存的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)管道運(yùn)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(nèi)氣體流速。

3.1 參數(shù)調(diào)整方案設(shè)計(jì)

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

3.2 參數(shù)調(diào)整模擬計(jì)算

由于進(jìn)氣量大于出氣量，管線全線壓力緩慢升高，管道內(nèi)氣體流速逐漸降低。結(jié)合公式(1)(2)(3)計(jì)算各時(shí)段管道壓力、氣流速度以及檢測(cè)器運(yùn)行速度及運(yùn)行距離等數(shù)據(jù)。

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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下P0=1.1013， T0=273.15 K；壓縮因子取Z≈ 1，計(jì)算得檢測(cè)器初始運(yùn)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(jì)算得檢測(cè)器此時(shí)運(yùn)行速度ν12=1.66 m/s，檢測(cè)器運(yùn)行距離L12=74.7 km。同理，計(jì)算24小時(shí)、 36小時(shí)及以后檢測(cè)器運(yùn)行速度與運(yùn)行距離（表 1）。從表 1可知，檢測(cè)器運(yùn)行48小時(shí)到達(dá)B站， A站―B站全線壓力由4.0 MPa升至5.36 MPa。檢測(cè)器速度在1.39～1.80 m/s之間，即借助管線運(yùn)行壓力的調(diào)整可以滿足管道內(nèi)檢測(cè)實(shí)施的速度要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效果

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行工況調(diào)整，首先將管線全線降壓，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，以7×106 m3/d的速度向全線注氣。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(cè)器。 A站至E站段由4.0 MPa升至7.0 MPa所需時(shí)間為93 h。

滿足內(nèi)檢測(cè)作業(yè)條件后，發(fā)送首個(gè)測(cè)徑板檢測(cè)器耗時(shí)31 h，檢測(cè)器球速控制在最優(yōu)范圍之內(nèi)，清出污物 10.5 kg，檢測(cè)器運(yùn)行速度統(tǒng)計(jì)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(wěn)定，球速在1.82～2.33 m/s之間波動(dòng)。從發(fā)球到收球，管線壓力由4.13 MPa升至5.85 MPa，現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)補(bǔ)充管存1.899×107 m3，明顯小于降壓時(shí)消耗的管存。

5 總結(jié)

通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)施參數(shù)調(diào) 整方案，能夠保證檢測(cè)器合理運(yùn)行速度，適用于A站―B站間管段內(nèi)檢測(cè)作業(yè)時(shí)的參數(shù)調(diào)整。該方案在氣量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)方面尚存在些許不足，如方案前期A站為注氣端，若B站下游各站間段工藝參數(shù)發(fā)生實(shí)時(shí)調(diào)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)，隨著作業(yè)時(shí)間及工況條件的不同，還需要進(jìn)一步詳細(xì)考慮溫度、壓縮因子等因素對(duì)實(shí)際調(diào)控的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張洋.輸氣管道漏磁內(nèi)檢測(cè)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(guī)范[S].2015.

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

[4] SY/T6889-2012，管道內(nèi)檢測(cè)[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)專業(yè)。現(xiàn)就職于中國(guó)石油西氣東輸管道公司管道處，負(fù)責(zé)管道內(nèi)檢測(cè)、管道第三方管理、 完整性管理。