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低输量原道清管器的选择

来源：刀刀网

专题报告

文章编号:1671-09(2008)08-0028-04

清洗世界

CleaningWorld

第24卷第8期

2008年8月

低输量原道清管器的选择

施冬梅　缪　娟

(1.中国石油抚顺石化分公司,辽宁抚顺113006;2.辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001)

摘　要:根据低输量原道清管作业的特点,研究低输量管道清管器的选用和安全性校核,给出了计算方法。清管工作之前,根据低输量管线的运行条件和积蜡情况,选择适当的清管器种类和尺寸。通过计算清管器可能受到的最大阻力、管道能提供的压差、清管器受到最大压力和清管器旁通流量等参数,来对清管作业进行安全性校核。为含蜡原道现场清管操作提供了理论论据,使清管作业能够更加安全有效地进行。关键词:低输量管道;清管器;安全校核中图分类号:TE832　　文献标识码:B

Pigsselectionforlow-throughtputcrudeoilpipeline

SHIDongmei,MIAOJuan

(1.CNPCFushunPetrochemicalCompany,Fushun,Liaoning113006,China;

2.LiaoningUniversityofPetroleum&ChemicalTechnology,Fushun,Linaoning113001,China)Abstract:Throughanalyzingthecharacteroflow-throughputcrudeoilpipelinepigging,thepigse2lectionandsafetycheckmethodwerestudied.Theappropriatepigmustbeselectedinaccordancewiththewaxdepositandoperatingconditionsinlow-throughputcrudeoilpipelinebeforepigging.Andthispiggingsafetyshouldbecheckedthroughcalculatingthepigresistance,maximumpipelinepressure,andbypassarea.Itwillgivepipelinemanagersareference,andhelpthemmakethepigsrunningmoresafely.

Keywords:low-throughputcrudeoilpipeline;pig;safetycalculation

　　由于受到油田产量下降、上游炼油能力增加和国际石油市场变化等因素的影响,目前我国东部多条原道处于低输量运行状态,其中铁岭至大连输道(简称铁大线)输量下降尤为严重。铁大线始建于1974年,于1975年9月15日建成投产,其设

计输油能力为20Mt/a,投产后实际输量为16～19Mt/a。从1994年起,铁大输道的输量逐年下

降,目前输量为10Mt/a左右,已远远低于设计输量。

低输量原道中原油流速和温度相对较低,管壁上石蜡沉积快,需要经常使用清管器对原

收稿日期:2008-05-26

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道进行清蜡。由于低输量原道运行的稳定性较低,清管作业中一旦操作失误或外部条件发生变化,管道容易进入不稳定工作状态,很有可能引发蜡堵事故,进而导致管线的停产和巨大的经济损失。因此,低输量运行不仅使铁大线清管频率增加,还使其清管作业的安全性下降。所以针对铁大线实际运行情况,分析低输量原道清管特点,选用适合的清管器,并对其进行安全性校核,以避免清管作业事故的发生。

型清管器具有密封性能好、在管道内的通过能力强、清扫能力强的优点,但是不能在管道内双向运行。直板机械清管器,也具有很强的清污能力和通过能力,而且能够在管道内双向运行。低输量原道清管时积蜡多、易发生蜡堵,选用直板型机械清管器,万一遇卡可以反向运行,退回原位。另外,为确定清管器运行位置和运行情况,应该选择内装配电子跟踪设备的电子清管器。2.2　几何尺寸确定

1　低输量管道清管作业特点

低输量运行的热道,由于输油量的减少,管内原油流速下降,各站进站温度偏低,管道内壁更易结蜡,使得清蜡周期缩短。近年来,铁大管道的清管周期已缩短到10天,管道内壁结蜡极为严重,估计结蜡厚度达到20～30mm。这样,清管器清出的积蜡会很多,其对清管器的阻力很大。而清管器只有当油流的推动力大于管壁摩擦阻力、积蜡层的剪切力和被清积蜡的阻力的合力时,清管器才能顺利通过管道

[1]

因为低输量管道内的结蜡很多,容易因为清出的积蜡过多而在管道内形成蜡塞,影响管道的正常生产运行。在清管器上安装旁通孔,通过旁通孔的油流可以将被清除下来的蜡冲走。这就要求旁通流速度大于蜡到达清管器的速度,否则,蜡塞就会产生

[3]

。所以,可以根据这个原理来确定清管器尺寸。

2.2.1　管道的最大清蜡流量

管道的最大清蜡流量是指当清管器运行到管内壁结蜡最多处时,清管器前方刮削下来的蜡的流量。可以根据热道的实际运行数据来反算管道的当量直径,再计算出管道的最大清蜡量。计算式如式(1)、式(2):

Qwmax=kwmaxQamax=kwmax

。所以,低输量管道清管时,管道发生蜡堵

的可能性增大。

而且,低输量含蜡原道运行的稳定性较差,清管器进入管道清蜡会使原油流速进一步降低,管道的安全性下降。因此,有必要根据管道实际情况选择适当的清管器并校核其安全性。

πdVpigd-de,2

]

15-m

(1)(2)

其中,当量直径de=[βq2-mm

。

式内符号含义见文后符号说明。2.2.2　清管器最大旁通流量

2　低输量管道清管器的选用

2.1　类型选择

管壁上沉积的蜡越多,需要的旁通油流流量就越大。同时,由连续性方程可知,旁通流量越大,清管器的速度就越慢,如果清管器的旁通面积太大,可能会导致管线上清管器的停止运行。清管器上的旁通面积一般要低于截面积的2%。由此可计算出管道清管允许的最大旁通流量。根据孔口泄流公式

[4]

对于初次清管和清管周期较长的管道,因为管道内污物和内壁情况不明,多选用通过能力好的橡胶清管球。而对于定期清管的热含蜡道,普遍使用组合式机械清管器

[2]

,其优点是刮蜡效果好,使

用寿命长,并可根据需要装备钢刷和刮板等附件来加强清蜡效果。根据皮碗形状不同,机械清管器还可以分为碟型机械清管器和直板型机械清管器。碟

,最大旁通流量为

Qbmax

πd2

=0.02Cd

ΔPpig2ρ

　。(3)

・30・清洗世界第8期

如果清管器的最大旁通流量大于管道的最大清蜡流量,清管时旁通流可以将清管器前方的蜡冲走,不会形成蜡塞,这时可以按照管道的经济结蜡厚度来确定清管器尺寸。

如果最大清蜡流量大于最大旁通流量,就需要减小清管器的尺寸,分次进行清管,以避免蜡塞形成。即,按照最大旁通流量反算出第一次清管能清除的结蜡量,再确定相应的清管器尺寸。

器运行中的最大压差ΔPmax计算,代入上式得,

kaΔPmaxπ

(d+dflan)(d-dflan)

Z≤[σ]bend。Jy

(7)

3.3　清管器旁通流量

清管器刮削下来的蜡在前面聚集,如果清管器向这些蜡施加的压力梯度超过了蜡的积聚力,蜡塞就会形成。为避免这种情况,要求在最小压差下清管器的旁通流量大于被清除下来的蜡量,旁通孔的面积校核公式为:

Abypass>3　安全性校核

原道在低输量下运行时平稳性较低,而进行清管作业时会使管道的安全性进一步降低。因此,有必要对所选清管器的通过能力和强度进行校核,以保证清管操作时管道的安全运行。3.1　清管器通过能力δ-δ)Vpigπ(2d

4Cd

・

　。(8)ΔPpig24　实例

以铁大线中熊岳—瓦房店段管线为例,进行清管器选择和安全性校核计算。

该管线全长68.3km,高程差为144m,管径Φ720mm×9mm,清管时原油流量为1000t/h,输送的原油平均温度35℃,密度ρ=837kg/m,粘度v=3.746×10

-5

如果油流的推力大于清管器受到的阻力,则清管器可以顺利通过管线,否则需要重新选择清管器。油流可为清管器提供的最大推动力等于管道的最大压差乘以其截面积A,为:

Fmax

ΔZ}・A=ΔPmax・A≤{(P1max-P2min)-hf-γ・

(4)

m/s。管道未清蜡前,平均水力坡降

i=1.83m/km,允许最高出站压力3.02MPa,最小

而清管器所受到的最大阻力等于它顺利运行所需要的最大压差乘以其截面积:

Ffmax+Fc+FRmax+Gpig=ΔPpmax・A　。

入站压力0.13MPa。4.1　选择合适的清管器

(5)

根据管道未清管前的运行参数,计算得出管道平均结蜡层厚度为23mm,清管时平均积蜡流量为0.039m/s,最大蜡流量为0.047m/s,根据清管器

所以,可以通过比较管道的最大压力差和清管器需要的压差来校核清管器的通过能力。3.2　清管器强度校核

最大旁通面积计算得到的最大旁通流量为0.048m/s,大于最大清蜡流量,所以可以一次完成

由于清管器的骨架是钢制的,能承受很大的载荷,一般不需要对清管器的骨架强度进行校核。但是,清管器运行过程中,皮碗易于损坏,从而导致清管器密封失效,无法正常运行。为保证皮碗在管道内顺利运行而不致损坏,要求其受到的最大应力小于皮碗的最高许用弯曲应力

σmax=ka

MmaxZJy

[5]

清管,选择YD-XG-DN700双碟型机械电子清管器。机械清管器皮碗实际直径730mm,长度为990mm,耐压10MPa。清管器皮碗的过盈度为1.3%,在1%～3%范围以内,长度大于管道内径,可

。

(6)

以达到清管器的密封要求。4.2　通过能力及强度校核

≤[σ]bend。

计算得清管器与管壁之间的最大摩擦力为ΔP,受到的抗剪阻力为Fc=Ffmax=5397+0.02

其中,皮碗主要承受的最大力矩Mmax可由清管

第24卷施冬梅等1低输量原道清管器的选择・31・

327N,积蜡最大阻力为FRmax=182126N,由式(5)　　Qbmax:最大旁通流量,m/s;

ΔPpig:清管器两端的压差,MPa;

Cd:流量系数,通常取0.7.

解得清管器运行中需要的最大压差为ΔPmax=0.597MPa。由式(4)计算管道能提供给清管器的最大压

差是0.MPa,大于ΔPmax,可以通过。

清管器耐压能力为10MPa,远大于管道运行压力,所以不需要清管器主体结构进行强度校核。将ΔPmax代入式(7)计算得,皮碗受到的最大弯曲应力

为1.775×10N,小于[σ]bend,符合强度要求。

ΔPmax:管道提供的最大压差,MPa;

p1max:允许最高出站压力,MPa;P2min:允许最小进站压力,MPa;

ΔZ:管道入口与出口之间的高程差,m;γ:原油重度,N/m3;

Fmax:油流为清管器提供的最大推动力。Ffmax:清管器受到的最大摩擦阻力,N;FRmax:最大积蜡阻力,N;Fc:管壁结蜡层的阻力,N;Gpig:清管器的重量,N;

4.3　旁通面积核算

计算得清管器运行时最小压差ΔPmin=0.0014MPa,代入式(8)计算得到旁通面积必须大

于0.00725m,占截面积的1.78%。

所以,选用YD-XG-DN700双碟型机械电子清管器可以顺利完成对该管段的清蜡工作。

ΔPpmax:清管器运行需要的最大压差,MPa;

Mmax:皮碗承受的最大力矩,N・m;Z:皮碗最小惯性半径,cm;Jy:皮碗惯性矩,cm;

dflan:清管器固定皮碗的法兰直径,m;ka:安全系数,取2.5;[σ]bend:皮碗的许用应力,N;Abypass:清管器的旁通面积,m;

5　结束语

针对铁大线低输量运行的实际情况,分析低输量含蜡原道中的清管过程,根据低输量管道流速慢、温度低、结蜡多和稳定性差的特点,提出应该根据管道内的结蜡量来选用适当的清管器,并且分别对选用的清管器的通过能力、强度和旁通流量进行安全性校核,以提高清管工作的效率和安全性。符号说明

Qwmax:最大清蜡流量,m/s;Qamax:平均积蜡流量,m/s;kwmax:积蜡系数,取1.2;Vpig:清管器运行速度,m/s;d:管线的直径,m;de:管道当量直径,m;q:管道输量,m/s;v:原油运动粘度,

i:管道运行的实际水力陂降,m/m;

δ:管道内壁结蜡层厚度,m;

参考

文

献

[1]缪娟,吴明.含蜡原道清管器卡堵事故原因分析

[J].清洗世界,2007,2:8-13.

[2]曲慎扬.原道工程[M].北京:石油工业出版社,

1991:272-278.

[3]黎兴文翻译.对管线除蜡的清管频率评估[J].国外油田

工程,2004,20(11):30-33.

[4]袁恩熙.工程流体力学[M].北京:石油工业出版社,

1986:150-152.

[5]袁克峰.高性能电子清管器及成套仪器研究[D].沈

β,m:摩阻系数和指数;

阳:沈阳工业大学,2003.

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