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檢測管道缺陷的首要方法，但一些管道的工況條件無法滿足管道內檢測要求。低氣體流速下的管道內檢測作業方法，在現有天然氣管道介質低流速工況條件下，根據介質流速模擬計算，指導調節管道運行參數，獲得最佳檢測工況。調整結果經現場操作驗證，獲得了較好的運行效果。

關鍵詞： 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，能夠直觀反映管道的缺陷狀況，常見的內檢測方法主要有常規漏磁檢測、環向漏磁檢測、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工藝情況（是否具有收發球裝置）和管道口徑、壓力等因素。多年來，小管徑、低流速工程管道的管道內檢測、防腐及維護等作業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）而難以進行。在檢測低流速管線時，宜考慮增加介質流速[3]。可通過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

某天然氣長輸管道全長812 km，包含5個收發球站間段，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，下游用戶最小分輸壓力為4.0 MPa。管線進氣端為A站，目前工況下，由于氣速較低，不能滿足管道內檢測作業條件（檢測器運行速度 1～4 m/s）。

2 工況分析

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

式中： L為檢測器運行距離， m； Qn為發球后累計進氣量， 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。可得：

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足管道內檢測條件。目標管線壓力較高，且輸量較低，造成管道內介質流速緩慢。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，采取間歇性關閉A站進氣閥門，利用下游用戶消耗管存的方式來實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

經過分析計算，可以將管道運行壓力降至4.0 MPa時進行內檢測作業。檢測前A站出口壓力在7.0 MPa，關閉A站進氣口閥門，利用下游用氣消耗管存，待管線壓力降至4.0 MPa時進行發球作業。檢測器從A站發出后，打開A站進口閥門對該管線進行充壓操作。通過改變A站進氣閥門開度控制管線氣體流速，增大管線單位時間內的氣體流量至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

由于進氣量大于出氣量，管線全線壓力緩慢升高，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（0 h）：取管道壓力 P = 7 . 0，T =283.15 K，進氣量Qoh=7×106 m3,標準狀態下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小時后，考慮首站注入和下游用氣，進氣量Q12h=3.5×106 m3，按照公式計算得檢測器此時運行速度ν12=1.66 m/s，檢測器運行距離L12=74.7 km。同理，計算24小時、 36小時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小時到達B站， A站―B站全線壓力由4.0 MPa升至5.36 MPa。檢測器速度在1.39～1.80 m/s之間，即借助管線運行壓力的調整可以滿足管道內檢測實施的速度要求。

4 現場作業效果

現場根據運行參數的計算結果進行工況調整，首先將管線全線降壓，經過16天的管存消耗，管道壓力降至4.0 MPa；然后打開A站進口閥門，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，開始發送檢測器。 A站至E站段由4.0 MPa升至7.0 MPa所需時間為93 h。

滿足內檢測作業條件后，發送首個測徑板檢測器耗時31 h，檢測器球速控制在最優范圍之內，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。從發球到收球，管線壓力由4.13 MPa升至5.85 MPa，現場統計補充管存1.899×107 m3，明顯小于降壓時消耗的管存。

5 總結

通過分析現場內檢測器運行數據，實施參數調 整方案，能夠保證檢測器合理運行速度，適用于A站―B站間管段內檢測作業時的參數調整。該方案在氣量實時調節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發生實時調整，則需要考慮注氣端和B站的壓力上升延時等因素。同時，隨著作業時間及工況條件的不同，還需要進一步詳細考慮溫度、壓縮因子等因素對實際調控的影響。

參考文獻：

[1] 張洋.輸氣管道漏磁內檢測器速度控制問題研究 完整性管理。[D].沈陽：沈陽工業大學， 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，工學碩士， 2012年畢業于東南大學工程力學專業。現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。