1、油品管道通球清管分析摘 要：在石化仓储行业中，越来越多企业选用通球清管的方式进行管道处理。然而，在通球过程中清管器（也称为清管球）卡在管线（常称为卡球）的事故常有发生。我们结合自身的经验和前人的理论、流体力学方法等，探讨阻碍清管器正常运行的主要因素，找出导致卡球事故的主要原因，希望对通球清管操作及卡球处理起到一定的指导作用。关键词：油品管道 通球 卡球 一、前言 纵观已有的油气储运行业相关文章，大量科技工作者已对清管作业的清管设备、清管球的选择、清管球的运行状态、通球速度、卡球、如何解卡等进行了报道，这些报道与研究对清管的生产作业提出了大量的理论模型，对油气储运的安全生产有很重要的参考和借鉴意
2、义；但这些报道与研究内容多集中在天然气管道的清管作业方面1，并且是以实验为主，构建清管模型，通过理论结算，计算清管作业的压力降2等，缺少与实际生产相结合，因此与实际生产也存在着较大的差距3。我司属于第三方石化仓储企业，管道长约 3km，投产至今已完成通球清管操作4500 多次，卡球事故也常有发生，因此管线通球操作、卡球处理的经验都较为丰富。根据已有的清管通球知识，我们对已有的通球操作进行建模、总结，结合流体力学的基本定律，计算正常作业情况下管道压降、推算出通球清管气体需求量等，研究实际通球操作中影响通球顺利进行的因素，以求对以后的操作和事故处理起到一定的理论指导作用。 二、通球原理 通球的基本
3、机构包括管道两端安装的清管器发送器（也称为发球筒） 、清管器接收器（收球筒） 、压力管道、清管器（也叫清管球） 。清管器外径比管道内径稍大约 3%5%。把清管器放入发球筒后，在清管器后端注入压缩气体顶入管线内并继续注入压缩气体。当清管器后端气体压力超多前端物料压力、前后产生压差时，清管球在压力作用下沿着管道运动并把物料清扫入罐。 三、卡球原因分析 实际通球操作过程中，影响通球能否顺利进行有多种的因素，结合已有的操作经验，我们发现，导致卡球发生主要有两大方面：清管器前后压差不足，或清管器变形导致 1.清管器前后压差不足 清管器通过前后压差的作用力下沿着管道运动，当压差太小不足以驱动清管器运动时，
4、清管器静止在管线内，导致卡球事故的发生。导致压差不足主要因素有 4 个方面：动力不足，即给气压力不足；收料储罐液位高、静压大；管线物料粘度大；管线内部产生气阻。 1.1 给气压力不足 压缩气体作为通球的动力，若其压力不够，初始时不能使清管球运行；若通球过程中压力不够，清管器不能维持运动状态，静止在管道中，发生卡球。在通球作业过程中需保持给气压力高于阻力才能保障通球作业的顺利进行。以我司一根 DN500 的管线为例简单计算，管线长 3300 米，管线内径为 489mm，包含 90弯头 124 个、45弯头 13 个、球阀 1 个、闸阀 3 个。假设物料密度为 950 kgm-3、粘度为 500
5、mm2s-1、温度为 50、通球平均流速为 1m/s，计算得出理论管道压力损失为0.454MPa。实际通球作业过程种，平均给气压力约 0.65MPa，与理论计算数据相吻合。为了保障通球的顺利进行，需预备压力超过 0.65MPa 的压缩气体 600m3。 清管球在管内运行，是靠管内气体的能量作用于清管球上产生的推力来实现的，推力的大小取决于清管球前后端的压力差，只有当推力足以克服清管球所受的摩擦阻力及切削阻力、管道压力损失以及清管球接收器端流体静压之和，且管内介质达到一定的流速时，清管作业才能进行。 在水平管道中，清管球受到的阻力包括油品阻力和摩擦阻力；在管廊架上升过程中的阻力增加了清管球自身的
6、重力；在管廊架下降过程中清管球重力变为动力。正常情况下，清管球与管壁间的滑动摩擦力及其自身的重力都远远小于管道压力损失及流体静压，为了简化，分析中忽略摩擦阻力及重力的影响。 实际在通球作业中，控制通球速度不大于 1m/s，因此，在连续性通球作业情况下，认为清管球前端阻力只与管线长度、弯头数量有关，根据上面阻力损失计算公式可看出，两者呈线性关系。通球过程中假设清管球前端管线长度为 L1，90弯头数量为 m，45弯头数量为 n，闸阀数量为 3，球阀数量为 1，因此通球过程中的阻力为 随着通球的进行，阻力不断减少。 上述计算种，流体视为理想流体，在管道内作层流运动，对实际通球管道压降只能做为参考、借
7、鉴作用。 2.收料储罐液位高、静压大 通常通球作业的接收容器为储罐。若储罐的液位达到 10m 时，理论静压约 0.1MPa，使通球阻力明显增加。 3.管线物料粘度大 液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。由于粘度的作用，使物体在流体中运动时受到摩擦阻力和压差阻力。粘度越大，清管器推动油品运动的阻力也越大。所以在实际清管作业过程中，高粘度的油品的清管作业往往容易出现卡球。 凝点是指在规定的冷却条件下一切液态流体停止流动的最高温度。油品的凝固和纯化合物的凝固有很大的不同。油品并没有明确的凝固温度，所谓“凝固”只是作为整体来
8、看失去了流动性，并不是所有的组分都变成了固体。显然，当油品失去流动性后，通球阻力大增，容易出现卡球事故。 4.管线内部产生气阻 我司油品管道热补偿设计为纵向方形补偿器。纵向形成多个 U 形管道，如右图所示。假设红色部分为液体，空白处为气体。在管道两个 U形管内在垂直方向上形成液位差 h1、h2，且压力平衡时，压力关系为P1=P2+gh1，P2=P3，P3=P4+gh2。若油品密度以 950kg/m3 计算，每米液位差产生约 0.093MPa 压差。假设 h1+h2=1m，则 P1=P4+0.093Mpa。清管器从左侧向右侧运动，当管道有大量的热补偿器并形成的压差足够大时，压差阻力足以平衡给气动
9、力，导致清管球静止在管道内，导致卡球事故发生。 二、清管器过气 一方面，清管器在管道中运动磨损达到一定程度时，清管器损坏，压缩气体从损坏之处直接串到清管器前端，导致清管器后端的压力大大降低，在油品阻力的作用下停止运动。 另一方面，在管道弯头处，清管器不能完全切合管道变形而形成缝隙，尤其是皮碗式清管器，在弯头处，受到自身重力、压缩气体推动力、管道弯头对皮碗的反作用力，导致皮碗大量变形。 参考文献 1安金龙.长输管道排水过程中的气阻现象与气阻定律J.石油工程建设，2010，36（5）：13-17. 2李旭.长输管道清管试压公式计算浅析J.江汉石油科技，2012，22（1）：55-57. 3陈福林，刘明亮等.长输天然气管道在地形起伏山区地段的清管J.油气储运，2012，31（7）：549-553.
