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鋼制管道清管經(jīng)驗(yàn)及清管器卡堵的應(yīng)急處理

文檔作者：張偉蔡青青張勇周衛(wèi)軍張磊文檔來源： 1．中國石油塔里木油田銷售事業(yè)部 2．中石油獨(dú)石化分公司煉油廠銷售車間 3．長江大學(xué)石油工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月21日
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第28卷第6期
2010年12月
天 然 氣 與 石 油
Natural Gas And Oil
Vo1．28．No．6
Dee．20l0
鋼制管道清管經(jīng)驗(yàn)及清管器卡堵的應(yīng)急處理
張 偉 ，蔡青青 ，張 勇 ，周衛(wèi)軍 ，張 磊。
(1．中國石油塔里木油田銷售事業(yè)部，新疆庫爾勒841000；2．中石油獨(dú)石化分公司煉油廠
銷售車間，新疆克拉瑪依833600；3．長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北荊州434023)
摘要：清管器在運(yùn)行過程中會因?yàn)橹T多不可預(yù)見因素而卡堵在管線內(nèi)。介紹了清管器的
運(yùn)行規(guī)律，綜合分析了鋼制管道清管作業(yè)過程中清管器可能卡堵的原因，總結(jié)了相應(yīng)的解卡辦
法，以新疆某油田清管作業(yè)過程中清管器卡堵事件為例介紹了清管器的解卡。結(jié)合多年的現(xiàn)
場經(jīng)驗(yàn)對清管作業(yè)提出了幾點(diǎn)可供借鑒的啟示，供現(xiàn)場技術(shù)人員參考。
關(guān)鍵詞：鋼制管道；清管器；卡堵；解卡
文章編號：1006-5539(2010)06-0014-03 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0 前言
管道內(nèi)壁結(jié)垢、泥沙增多、低洼處含水是輸油、
輸氣管道普遍存在的問題，由于管內(nèi)結(jié)垢使管徑有
效截面減小，管道摩擦阻力增加，不僅降低了管路輸
送能力，增加了能耗，而且嚴(yán)重影響了生產(chǎn)和安全。
清管作業(yè)是管道建設(shè)和運(yùn)行過程中不可缺少的工作
內(nèi)容，定期清管可以降低流體壓降，提高管道的輸送
效率，降低管道腐蝕程度。
水力清管技術(shù)是利用管內(nèi)流體的流動能量，在
清管器前后造成一個壓差，產(chǎn)生推力，推動清管器前
進(jìn)，由它所具有的刮刷作用來清除管內(nèi)結(jié)垢和沉積，
檢測管線的通過性，應(yīng)用效果良好。但是，清管器在
管道中會對管道系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，而且其運(yùn)行
情況又不能被直接觀察到，如果清管器被卡在管道
中，將會影響到管道的正常運(yùn)行，甚至?xí)l(fā)管道初
凝、停輸事故。因此，有必要分析清管器的受力情況
和運(yùn)動規(guī)律，找出發(fā)生清管器卡堵事故的原因，總結(jié)
解堵的方法，以保證管道的安全運(yùn)行。
l 清管器受力分析
在清管器運(yùn)行方向上，它主要受到前后油流的
作用力P 、P2，自身重力分力G ，管壁的摩擦阻力
和F。結(jié)蠟層的抗剪阻力共同作用 ，如圖1所示。
圖1 清管器受力分析圖
1．1 兩端油流的作用力
清管器前后兩端都受到油流的作用力，二者的
差值是清管器向前運(yùn)行的推動力。只有油流給予清
管器的推動力大于其受到的阻力，清管器才能順利
通過管線。
1．2 管壁的摩擦阻力
在清管過程中，清管器的皮碗緊貼在管壁上向
前滑動，因而受到管壁的摩擦阻力的作用。它與清
管器對管壁的壓力成正比。當(dāng)管道的直徑、方向不
變時，清管器與管道之問的摩擦力基本不變。但是，
清管器運(yùn)行到管徑變小、彎頭和斜口處時，皮碗的變
形增大，引起清管器對管壁的壓力增加，進(jìn)而使摩擦
阻力增大。
收稿日期：2010-08-03
作者簡介：張偉(1985一)，男，湖北松滋人，助理工程師，本科，現(xiàn)從事管道運(yùn)行、管道完整性及可靠性技術(shù)研究。
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第28卷第6期 張 偉，等：鋼制管道清管經(jīng)驗(yàn)及清管器卡堵的應(yīng)急處理 15
1．3 結(jié)蠟層的抗剪阻力
原油管道清管時，要把管內(nèi)壁上的蠟層刮削下
來，清管器的皮碗將受到蠟層的阻力。不同原油管
壁上沉積物的剪切強(qiáng)度不同，它與管輸原油的性質(zhì)、
油流速度和清管周期等因素有關(guān)。因此，結(jié)蠟層對
清管器阻力的大小根據(jù)管道實(shí)際情況變化。
1．4 重力分力
清管器重力分力是隨著管道的角度變化而變化
的，在水平管段內(nèi)其數(shù)值為0，垂直管段內(nèi)等于清管
器重量。
2 清管器運(yùn)行規(guī)律
當(dāng)清管器剛由發(fā)射筒進(jìn)入管道時，其速度大于
油流速度，受到前方油流的阻礙作用，使清管器速度
逐漸減少，直到與油流速度相等。此時，清管器受到
的推動力等于阻力，作勻速運(yùn)動；但是，清管器受到
的阻力是不斷變化的。隨著清管器在管道內(nèi)的運(yùn)行
距離增大，其刮削下來的蠟也不斷增多，這使得管道
下游的阻力不斷加大，尤其當(dāng)清管器運(yùn)行到管道變
形和彎頭的位置，受到的阻力會更大，使其速度減
小，甚至停止運(yùn)動。這時，清管器后面流體的流動受
到阻礙，引起推動力逐漸增大，清管器的速度又開始
增大。
因此，含蠟原油管道中清管器的運(yùn)動是一個非
穩(wěn)態(tài)過程，其速度的變化與阻力變化有關(guān) 。在水
平直管段內(nèi)，清管器受到阻力變化很小，其速度近似
于油流速度；而在管道變形、彎頭等處，清管器受到
阻力變化較大，速度有較大變化，清管器速度低于油
流速度越多，引起的油流推動力就越大。清管器能
在管線內(nèi)順利運(yùn)行的條件是，管線可以提供的推動
力大于它所受到的最大阻力，否則清管器就會堵卡
在管道中。
3 卡堵的原因分析
清管器堵卡事故的直接原因就是它受到的阻力
大于管線可提供的最大推動力 。所以清管器在
運(yùn)行的過程中可能會因?yàn)橄铝星闆r而卡堵在管線
內(nèi)。
3．1 管道自身問題
施工過程中或管道投產(chǎn)運(yùn)行后，由于外力破壞
造成的管道變形會導(dǎo)致清管器的卡堵；管線上的附
屬設(shè)施，如閥門、法蘭、變徑等的內(nèi)徑與管道內(nèi)徑不
一致甚至相差很大；管道彎頭曲率半徑未達(dá)到清管
要求，彎頭的曲率半徑應(yīng)≥1．5D以上；管道焊接施
工結(jié)束后管道內(nèi)壁焊瘤未及時清除；管道施工后期，
在管道整體焊接時不慎遺留在管道中的鐵鍬、撬杠
等雜物也會造成清管器的卡堵。
3．2 清管作業(yè)的準(zhǔn)備不夠
清管器的運(yùn)行速度控制不好，球速太慢造成球
被卡在彎頭、爬坡、三通等處；清管器尺寸選擇不合
適；管線中含有大量泥沙，隨著清管器行走距離的不
斷增加，清管器前端的泥沙會導(dǎo)致清管器停滯不前；
管線上截斷閥門未達(dá)到全開的狀態(tài)。
3．3 清管器故障
清管器在管道內(nèi)運(yùn)行過程中由于安裝不牢靠、
受外力破壞致皮碗密封性能降低或者干脆破裂漏
氣，這樣清管器不能維持其前行所需的最小前后壓
差也會導(dǎo)致清管器卡堵。
4 解卡的常用方法
長輸管線的清管器發(fā)出后，應(yīng)該使用電子定位
接收機(jī)密切跟蹤清管器在管線內(nèi)的運(yùn)行。如果電子
定位接收機(jī)在預(yù)定位置遲遲未檢測到清管器的通
過，并有可能伴隨下游壓力降低，輸量急劇下降等現(xiàn)
象的出現(xiàn)，則可判斷是清管器卡堵在管線的某個位
置。
確定清管器卡堵后作業(yè)人員要在清管器內(nèi)的訊
號發(fā)射機(jī)電池電量耗盡之前，利用電子定位接收機(jī)
確認(rèn)卡堵位置。根據(jù)卡堵位置和管線內(nèi)壓力、流量
的變化來綜合分析卡堵的原因，選擇合適的解堵辦
法。一般來說清管器的解堵有以下幾種方法。
4．1 清管器漏氣
推球壓差不增加，計算清管器運(yùn)行距離遠(yuǎn)大于
實(shí)際運(yùn)行距離，可視為清管器存在密封不嚴(yán)。一般
采用發(fā)第二個過盈量稍大的清管球(或清管器)的
辦法處理。也可根據(jù)實(shí)際情況采取增大球后進(jìn)氣
量，降低球前天然氣壓力以增大壓差使球啟動的辦
法
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16 天 然 氣 與 石 油 2010生
4．2 清管器破裂
清管器破裂，無法建立清管器起動壓差，清管器
停止運(yùn)行。解決辦法是再發(fā)一個清管器，重新建立
清管器運(yùn)行所需的前后壓差。
4．3 清管器被卡
清管器被卡，清管器后壓力持續(xù)上升，清管器前
壓力持續(xù)下降，清管器停止運(yùn)行。解卡的辦法：a．采
用增大輸量，提高壓力，以增大壓差，但應(yīng)保證清管
器后壓力不超過管道允許最高工作壓力；b．降低清
管器前壓力，以增大壓差；c．如果以上兩種辦法都不
成功，則可發(fā)送第二個清管器推動第一個清管器繼
續(xù)運(yùn)行；d．排放清管器后介質(zhì)，反推清管器解卡；e．
以上方法均無法解卡時，采取斷管取清管器的辦法。
5 解堵實(shí)例
2009年11月，新疆某油田為了在入冬前清除
凝析油管線內(nèi)的積水和蠟，決定對某凝析油管線進(jìn)
行清管通球。
清管器于2009年11月11日從首站順利發(fā)出。
現(xiàn)場跟球人員在跟蹤并確定清管器在分別通過出站
50 m(19：05)、2#(19：27)、4#+300 m(20：43)后便
停止了清管器的跟蹤。根據(jù)首站的日流量估算清管
器需運(yùn)行約18h便可達(dá)到末站，但在經(jīng)過69 h，于
11月14日16：O0打開末站收球區(qū)收球筒后仍然沒
有發(fā)現(xiàn)清管器，且末站進(jìn)站壓力、流量及首站出站壓
力、流量均很穩(wěn)定，并沒有出現(xiàn)卡球產(chǎn)生的壓力、流
量的變化。立即對管線沿線翻越點(diǎn)及各大小彎頭等
處進(jìn)行多次跟蹤檢測仍然沒有接收發(fā)射機(jī)發(fā)射的信
號，確認(rèn)清管器已經(jīng)丟失。
通球組決定發(fā)射第二個清管器，靠第二個清管
器的動力，將丟失于管道中的清管器推出，并要求跟
球人員在每一陰極保護(hù)測試樁設(shè)置一個跟蹤點(diǎn)，全
程跟蹤清管器沿線動向。
跟球人員每一陰極保護(hù)測試樁設(shè)置一個跟蹤
點(diǎn)，在8#陰極保護(hù)測試樁的位置卻遲遲未跟蹤到清
管器的通過，確定發(fā)出的第二個清管器也發(fā)生了卡
堵。于是跟球人員沿管線從8}}陰極保護(hù)測試樁至7
#陰極保護(hù)測試樁段利用電子定位接收機(jī)確定清管
器位置。隨后跟球人員在出站8 km+350 m處找到
清管器，此時現(xiàn)場能清晰聽到清管器被卡發(fā)出的聲
音。確認(rèn)清管器卡在出站8 km+350 m處。
最后通過割管取球的方法才將兩個清管器從被
卡處拿出?，F(xiàn)場觀察被割管段，發(fā)現(xiàn)清管器被卡于
兩管段對接焊縫VI處。由于焊接質(zhì)量原因和焊瘤未
及時清理干凈，最終導(dǎo)致此次清管器卡堵事件。
6 結(jié)束語
由于清管器的卡堵可能會給企業(yè)帶來諸多的問
題和風(fēng)險，故要極力避免。為了管道的清管通球能
夠順利，需要注意的是：
a．管道竣工交付使用前必須經(jīng)過嚴(yán)格的通球、
測徑、試壓等質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，確保不能影響投產(chǎn)后的
清管工作。
b．管道清管作業(yè)實(shí)施前必須做好做足相應(yīng)的
準(zhǔn)備工作。確認(rèn)彎頭、變徑、法蘭、閥門等管道設(shè)施
能滿足清管要求，閥門處于全開狀態(tài)，管道無變形
等。
c．管道投入使用后的第一次清管通球作業(yè)須全
程跟蹤清管器的動向。
d．清管器的尺寸必須選擇合適，過盈量宜為
3％ ～8％ ，尺寸過小或過大都會影響清管器在管道
的運(yùn)行。
e．清管器和發(fā)射機(jī)必須安裝牢靠，必要時對緊
固螺栓采用加裝限位螺母的方式確保緊固螺栓連接
可靠。
f．清管器在管道運(yùn)行過程中，應(yīng)盡量保持管道
運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定，并且嚴(yán)密監(jiān)視參數(shù)變化情況。
g．根據(jù)輸量和壓力可以計算清管器的運(yùn)行速
度，準(zhǔn)確地計算清管器的運(yùn)行速度是保證跟球工作
順利進(jìn)行的關(guān)鍵。當(dāng)然清管器運(yùn)行速度還與壓差的
大小、管道彎曲度、坡度、含蠟量、清管器密封性等因
素有關(guān)，所以要根據(jù)清管器前期的實(shí)際運(yùn)行速度來
確定清管器后期運(yùn)行規(guī)律，這對跟球工作很重要。
參考文獻(xiàn)：
[1] 呂平，吳明，栗佳，等．清管器在輸油管道中的
運(yùn)動規(guī)律研究[J]．管道技術(shù)與設(shè)備．2006，(5)：42-
44．
[2] 金朝文．輸氣管道清管球速度控制[J]．天然氣與石
油．2009，27(1)：31—35．
[3] 王亞新，栗佳，包瑞新．輸油管道清管器受力數(shù)值研
究[J]．遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2007，27(2)：4041．

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