国内外长输管道清管技术综述

国内外长输管道清管技术综述
张妮1张华卓2李磊3马晓斌4马伟平1
(1.中国石油管道科技研究中心，河北廊坊065000; 2•中石油中亚天然气管道有限公司，北京 100007; 3•中国石油天然气股份有限公司管道济南输油分公司，山东济南250000; 4•中国石油青
海油田分公司管道输油处，青海格尔木816000)
摘要：清管是管道建设和运行中的重要程序。

国内管道清管问题是清管效果不理想，未制
定专门清管技术标准。

分别从清管器类型、清管器选型依据、清管质量控制、清管周期、清管器 速度控制、清管器跟踪、清管器卡阻以及清管安全措施等方面，介绍了国外管道清管技术新进 展，包括应用凝胶-机械式清管器，研发适用于长距离站间距的清管器，基于旁通阀调速机理的清 管器实时控制等。

此外还介绍了俄罗斯管道清管标准的先进理念，包括新建管道清管质量控制措 施，原油管道基于输送能力下降紧急清管方法，专业化清管器跟踪服务商，以及划定清管作业安 全区域等。

借鉴国外清管技术的先进性，对于提高我国管道清管技术水平以及制定清管标准规范 具有重要意义。

关键词：管道清管技术清管器选型清管周期调速监听卡堵
中图分类号：TE 8
文献标识码：A
DOI ： 10.13726/j .cnki .11 -2706/tq .2017.04.006.05
An Overview on Domestic and Foreign Long Distance Pigging Technology
ZHANG Ni 1, ZHANG Hua-zhuo 2, LI Lei 3, MA Xiao-bin 4, MA Wei-ping 1
(l.Petrochina Pipeline R&D Center , Langfang 065000, China ; 2.Trans-Asia Gas Pipeline Company Limited , Beijing 100007, China ; 3.Pipeline Jinan Oil Transportation Sub -company , Jinan 250000, China ;
4.Pipeline at the China Petroleum Qinghai Oilfiele Company , Geermu 816000, China )
Abstract : Pipeline pigging was the important procedure for pipeline construction and operation stage . The main problem o f domestic pipeline pigging was insufficient pigging , and lack of specific pipeline pigging standard . The paper expounded the new technology of pipeline pigging abroad and the advanced experience of Russia pipeline pigging standards from pigs type , and pig selection basis , and pipeline pigging quality control , and pipeline pigging period , and pigs velocity control , and pig monitoring , and pigs blocking , and pipeline pigging safe zone . The new technology of pipeline pigging abroad included application of gel (solvent ) -mechanical isolation pig , and development of long distance station spacing pigs , and development of bypass valve speed adjusting device for control pigs velocity . The advanced experience of Russia pipeline pigging standard included the new pipeline pigging quality control measure , and pipeline emergency cleaning based on pipeline transportation capacity decrease , and professional pigs monitoring service provider , and designating pipeline pigging safe zone . With the reference foreign pipeline pigging technology , it was important for improve China pipeline pigging level and develop China pipeline pigging standards .
Key words : pipeline ; pigging technology ; pig ; selection ; pipeline pigging period ; velocity control ; monitoring ; blocking
作者简介：张妮(1987-)女，陕西渭南人，工程师，硕士，现主要从事油气管道标准化研究工作。

技术
0引言
清管是管道建设和运行中的一项重要工作，对 于保证管道安全、降低管道能耗具有重要意义。

国内管道清管主要问题是效果不理想，特别是大落差 管道；清管器跟踪预测精度低，发生清管器卡阻等 问题[1]。

目前国内尚未制定专门的清管技术标准，现 行的行业标准SY/T 5922-2012《天然气管道运行规 范》和SY/T5536-2004《原油管道运行规程》侧重于 制定清管方案和清管安全措施，缺少管道清管技术 要求，不能完全指导管道清管作业。

本文介绍了国 内外管道清管技术新进展，以及俄罗斯管道清管标 准的先进理念。

借鉴国外管道清管技术先进性，对 于提高我国管道清管技术水平以及制定清管标准规 范具有重要意义。

1清管器类型
国内外广泛应用的管道清管器类型包括清管球、聚氨酯泡沫清管器、机械清管器、测径清管器、智能 清管器（漏磁检测清管器）和凝胶清管器等。

1.1清管球
清管球为橡胶材质，通过控制注水量控制清管 球过盈量。

清管球主要清除管内积液和分隔介质，清除块状物能力较差。

1.2聚氨酯泡沫清管器
聚氨酯泡沫清管器具有较高的弹性和初性，最 大变形量大于50%，通过能力强，如卡堵可利用高 变形性通过。

泡沫清管器适用于清除带内涂层的管 道；缺点是一次性使用，运行距离短，清除杂物能 力一'般。

1.3机械清管器
机械清管器不仅能清除积液，还能清除固体杂 质，并可安装钢刷或刮板增强清管效果。

使用寿命 长，可运行800 ~1000km，可安装跟踪仪、测径板和 磁铁等；缺点是通过性差，不适用于多弯头、阀门 和存在较大变形的管道。

机械清管器主要是碟型皮 碗清管器和双向直板清管器。

1.4测径清管器
测径清管器用于测量管道椭圆度、凹凸不平度和焊缝焊透性，可提供管道初始状况的基础数据。

1.5智能清管器
智能清管器可采集管道数据信息包括：
(1)管道变形缺陷测量，包括管道凹痕、皱 褶、椭圆度和弯曲度等；
(2)管道局部金属损失量、蜡层厚度以及腐蚀
程度；
(3)管道裂纹缺陷。

1.6凝胶清管器
凝胶清管器在俄罗斯和北美管道公司有应用案
例[2]，可用于沉积物清除、成品油顺序输送界面隔
离、管道投产阶段油、（气）水隔离等，适用于各
种直径管道，具有良好密封性和弹性变形，可吸附
大量碎屑而不堵塞管道。

凝胶清管器参数公开文献
较少，俄罗斯标准P«153-39.4p-118-2002《现役干
线石油管道线路压力试验规程》推荐使用凝胶（溶
剂）-机械隔离式清管器，规定了凝胶制作工艺和注
入管道方法等，溶剂是汽油和二乙烯乙醇混合液。

2清管器选型依据
油气管道发展趋势是大口径、高压力和高等级
钢材，对清管器的需求是耐高压、耐磨损、稳定运
行、自解堵、适合于不同管径和功能多样化，特别
是适应长距离站间距清管要求，例如中亚天然气管
道全长1833km，管径1067mm，设计压力9.81MPa，
设计输量300亿m3/a，清管站间距最大为250km。

俄
罗斯标准卩《-16.01-74.20.00-〖丁只-058-1-2005《东
西伯利亚-太平洋干线输油管道设计与施工专用标
准》规定输油管道干线清管站距离不超过280km。

清
管器选型主要考虑的因素包括清管器机械强度、耐
磨性、吸附性与管道中输送介质的反应性以及通过
能力等。

3新建管道清管质量控制
国内新建管道清管主要问题是清管效果不理
想，特别是山区大落差管道，管道低点位置积液不
能完全清除。

针对清管质量控制措施，国内标准较
简略，例如GB 50251-2003《输气管道工程设计规
范》规定新建管道试压前应至少进行2次清管；GB
技
术
50369-2006《油气长输管道工程施工及验收规范》规定管道清管业以管道末端不排出杂质为验收合格。

实践证明，新建管道普遍存在较多施工垃圾和 积液，应尽可能进行多次清管以保证质量。

俄罗斯标准在新建管道清管质量控制方面有相应做法，具有借鉴意义，例如俄罗斯标准O P-16.01-60.30.00-K T H-2004 《石油管道建筑安装工程 竣工后清管和以及强度和密封性试验以及强度、密 封性试验》规定新建管道在发送第一个清管器前，应向管道注入0.1%管段体积的水，以便湿润和冲 刷污染物，应通过过滤器进行注水，防止泥沙进入 管道；新建管道清管分段清管，管段长度不应超过 40km;清管器到达收球筒无损坏，且推出的液流中 不含泥土、沙子等杂质，才视为清管质量合格。

4运行管道清管周期
频繁的清管作业会导致不必要的经济浪费，并 对管道运行造成影响，确定合理的清管周期，特别 是针对输气管道，尤为必要。

4.1原油管道
行业标准SY/T 5536-2004《原油管道运行规程》规定管道输送效率小于95%应清管。

输送效率 指管道实际输量与计算输量的比值，依据输送效率 确定进行清管具有局限性，国内原油管道由于油源 规划调整等原因，普遍存在低输量运行的情形，管 道结蜡严重。

文献[5]建立了含蜡原油管道具有普适性 结蜡预测模型，并指出由于结蜡层保温作用，原油 管道存在经济清管周期。

建议含蜡原油管道应考虑 管道结蜡状况、管道能耗状况以及管道低输量运行 安全性等因素，确定经济清管周期。

俄罗斯标准P« 153-39.4-056-2000《干线输油管 道运行技术规程》规定根据油品物性和管道运行状况 确定清管周期，每季度清管作业不少于1次。

如每季 度内管道输送能力下降3%及以上时，应进行紧急清 管。

上述规定适用于输送轻质原油的管道，原油粘度 小，由于管道结蜡导致摩阻和压力变化灵敏且线性 度高。

建议轻质油品管道应根据管道运行特性制定 计划性清管周期和特殊工况条件下的紧急清管。

4.2天然气管道
行业标准SY/T 5922-2012《天然气管道运行规
范》规定天然气管道应根据气质质量、管道输送效
率和运行压力确定合理的清管周期，管道输送效率
小于95%时宜进行清管。

管道输送效率指实际输气
量与设计输气量的比值，国内输气管道由于气田阶
段投产产量限制等原因，很多管道实际输量低于设
计输量，以输气效率作为清管周期的依据是不可靠
的。

调研美国Alliance管道、Rockies Express管道、Alaska NG 管道、Texas Eastern Transmission Corp管
道以及俄罗斯西西伯利亚输气管道系统，上述天然
气管道均无固定清管周期，清管周期普遍较长，一
般为3~5年，最短清管周期也在1年左右。

因此针
对在役运行天然气管道，不建议进行周期性清管，
天然气管道应根据气体质量监测结果，确定合理经
济的清管周期。

目前普遍认可的天然气管道清管周
期确定方法是综合分析多项管道运行参数和技术指
标，包括：
(1)根据美国天然气管道完整性管理标准ASME B31.8S-2014《天然气管道的完整性管理系
统》规定，管道内检测周期一般为5年，内检测前应
进行清管，从标准规范角度可认定，输气管道清管
周期最大值等于管道内检测周期；
(2)天然气管道运行过程中过滤器、分离器需 定期排污，在管道不同服役期，排污类型和数量有
一定规律性，管道投产初期如试压干燥不彻底，可
能出现水或液态烃；管道稳定运行期，若管道干燥
则排出黑色粉末杂质；管道服役后期，一般腐蚀情
况比较严重，腐蚀产物含量较多；记录并掌握管道
排污规律是判断输气管道清管的重要依据；
(3)管道中含水或液态烃，可通过监测分析管 道运行参数确定管道中是否含有积液量，利用管道
进出站温度和沿线水露点等监测参数，通过Mcketta-
Wehe计算法计算管道最大允许积液量，国外管道石
油公司以管道内积液量不超过下游液体捕集器处理
能力为准则，确定是否进行清管；
(4)定义相对输气效率，即管道实际输气效率 与管道上一次清管后的输气效率的比值，该值可反
技术
映初始输气效率偏低的管道的真实输送情况，例如 实际应用中可将是否小于90%作为判断是否需要清 管的条件；
(5)管道始末端压差梯度，清管结束后视为管 道原始摩阻压差梯度，管道实际运行压差梯度超过 管道原始摩阻梯度的一定程度时，管道应进行清管 作业。

对于长距离大管径管道，如输气量偏低，及 时管道内积液量较多，管道始末端压差梯度变化也 不会太大。

因此可将管道压降的非正常因素导致的 急剧变化作为清管的预警信号。

5清管器速度控制和预测技术
我国在“十三五”期间建成了西气东输、陕
京四线、川气东送等大型天然气管道工程，这类 管道具有大管径（1016~1219mm )、运行压力高 (10~12MPa )和流速快（10~20m/s )特点，存在 清管器速度过快且不稳定的问题，例如西气东输管 道运行压力约10MPa ，清管器运行速度可达10m/s ， 甚至接近20m/s [4]。

清管器运行速度过快的危害是：(1)
清管效果差。

清管器前后发生窜漏气，不
能完全清除杂质；
(2) 高速清管器携带机械杂质的摩擦作用，可
能破坏管道内涂层；
(3) 清管器高速运行对弯头和收球筒产生巨大
冲击，造成安全隐患；
(4) 清管器速度过高造成清管器机械损伤，螺
栓松动、皮碗或直板脱落，甚至骨架断裂。

5.1国内清管器速度控制技术
传统简单的清管器速度控制方法是控制清管
器前后压差，例如机械清管器皮碗上钻泄流孔调节
清管器泄流量，但该方法对清管器速度控制作用有
限。

耿岱等[5]提出了速度可控清管器设计方案，由普 通清管器、电子仓、信息轮、电机仓、直流伺服电 机、转阀、旁通壳体电机仓等组成，但未进行工业 管道现场试验。

国内天然气管道清管器速度控制主 要基于调整输气量控制管道流速，工艺措施包括控 制上游来气压力、协调下游接气量、用户供气方式
调整等，但由于管道瞬时气量不稳定、清管器运行 特性和泄流孔作用等，该方法存在调速滞后、误差 大等缺点。

5.2国外清管器速度控制技术现状
国内管道行业尚不能完全对清管器实时运行 速度进行精确控制。

国外管道机构研制了可控制清 管器速度的旁通阀调速装置，并进行了工业管道试 验，例如韩国Nguyen 研究了旁通孔流速与清管器运 行速度的关系，在KO G AS 输气管道进行试验，验 证了含旁通孔清管器的速度预测方法的可靠性。

俄 罗斯Podgobunskikh 研制了基于旁通阀的调速管道内 检测器。

英国BJ 、德国Rosen 、美国GE-PII 公司和 Tuboscope 公司已有成熟的调速清管器产品，成立了 全球性管道行业协会-管道技术与服务协会（PPSA ， Pigging Products and Service Association )，致力于提 供专业的管道可调速清管作业和管道内检测服务[6]。

5.3清管器进收球筒速度控制技术
为避免高速清管器对收球筒设施的冲击隐患， 应严格控制清管器进收球筒前的速度。

传统方法是
在清管器距接受站约1km 关闭进站阀，减缓清管器
进筒速度，缺点是管道振动大、存在气流颤动，需
预备废弃轮胎作为缓冲物。

国外管道在设计阶段考
虑了管道末端清管器速度控制问题，管道进站阀后
安装一个旋塞阀，通过调节旋塞阀开度控制清管器
运行速度。

近年来国内西气东输管道应用了 “二次
收球”方法[7]，即在发清管器前，接受站场导通收
球流程，但不完全关闭进站阀（进站阀关度范围为
35% ~ 50% )，待清管器通过进站三通，释放前后背
压而减速；缓慢关闭进站阀并调节其开度，缓慢推
动清管器进入收球筒。

“二次收球”方法可部分改
善了接收清管器的安全性，但对于新建管道可能造
成管道清管杂质进入站内管线的问题。

6清管器跟踪定位技术
国内还没有适用于天然气管道清管过程模拟的 成熟软件产品[8]，天然气管道清管器跟踪定位主要 依靠定点监听和计算预测，可能导致丢球，或者收 球流程切换不及时导致污物进入站内管道的事故。

技术
定点监听一般做法是在清管管段的线路阀室设置监 听点，另外至少设置2个监听点，原则上在发球站 出站500 ~1000m处，另一个设置在收球站进站前 1000 ~2000m处，此外在隧道、穿越点设置临时监 听点。

俄罗斯标准O P-16.01-60.30.00-K T H-2004规定清管器跟踪由专业承包商负责，专业承包商数 量与清管管段长度相关（小于2km，1支承包商；2~12km，2支；12~24km，3支；24~40km，4 支）。

此外在下列位置也设置监测点，例如线路截 断阀；与干线管道不小于70%夹角的支线管道连接 处；与干线管道夹角45°的弯管处。

俄罗斯重视清 管器跟踪作业，由专业承包商负责，监测点设置位 置、间距等要求相对国内标准更为严格细致，具有 借鉴意义。

7清管器卡堵预防和处置
管道清管作业最大的风险因素是清管器卡堵。

国外预防清管器卡堵的方法是研制自解堵型清管器，在运行过程中识别前方蜡沉积物的数量和结构 强度，超过设定的临界强度值，剪切装置感应启 动，破坏蜡晶结构，防止蜡沉积物堆积导致清管器 卡堵。

国内管道实践表明，清管器卡堵的主要原因 是管道变形、弯头半径小于清管器允许通过的最小 半径、管道内水和污物过多、三通设计不合理等[9]。

8清管安全措施
国内管道行业针对天然气管道清管中的风险因素，包括清管器卡堵、盲板打开、阀门泄漏、硫 化物自燃、可燃气体爆炸和环境污染等，提出了预 防措施[10]。

针对清管作业安全措施，国内标准较简 略。

例如GB 50369-2006《油气长输管道工程施工及 验收规范》侧重于编制施工方案和人员医疗救护。

俄罗斯标准O P-16.01-60.30.00-K T H-2004规定应 考虑高速运行的清管器及附件设施的危险性，以及 清管器附件从管道中飞出的可能性，其覆盖范围是 清管器沿运行方向60°夹角覆盖范围，原油和天然 气管道清管作业危险区域为从管道轴线至两侧25m范 围。

建议在清管器跟踪预测到达指定地点时，划定禁止进入清管器文献区域的范围，对于保证清管器
跟踪人员安全具有重要意义。

9结论
国外管道清管技术的先进性表赃以下几个方面：
(1)清管器发展趋势是应用于管道全生命周 期阶段，涵盖新建管道、运行管道和管道报废等
阶段，清管器功能包括油（气）水隔离、清扫、干
燥，以及用于管道腐蚀、变形、裂纹缺陷的监测评
价等；
(2)管道清管技术新进展包括应用新型凝胶- 机械式清管器；研制适用于长距离站间距、大功率
的清管器；基于旁通阀调速机理实现清管器实时运
行速度控制和预测等；
(3)俄罗斯管道清管标准先进性包括新建管 道严格控制清管次数、水和泥沙含量等质量措施，
原油管道即有定期计划性清管作业，也有根据输送
能力下降的紧急清管方案；专业化清管器跟踪服务
商，在阀室、分输/注入管线、穿跨越处设置监测，
以及划定禁止人员进入的清管作业安全区域等。

参考文献
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