含蜡原油原油管道清管器卡阻原因分析

含蜡原油原油管道清管器卡阻原因分析

王宇哲丁秉军张小康

中国石油管道公司长庆输油气分公司宁夏—银川750001

摘要：管清管器在运行过程不可见，只能通过发射机和接收机的相互配合使用来跟踪清管器的位置，清管过程中清管器会因诸多不可预见的因素卡阻在输油管线内，因此清管作业是一项非常重要且风险较高的工作。本文介绍了清管器运行规律，综合分析了清管作业中清管器卡阻的可能原因总结了相应的解卡办法。

关键词：清管；压力；卡阻

前言

原油管道内壁结蜡是输送含蜡原油管道普遍存在的问题，结蜡会使输油管道内径减小，磨阻增加，不仅降低了管道输油能力，而且严重影响着输油安全。提高管输温度，使油品温度高于析蜡点温度是减少析蜡的方法，但会增加耗油，提高运行成本，输油运行不经济，定期开展清管作业是提高管道的输送率最直接有效的解决办法，而且可以降低管道腐蚀程度。

定期向含蜡原油管道发送清管器，是缓解和消除管壁结蜡，提高管输能力的有效方法，但是清管过程会对管道系统的运行产生影响，而且清管器在管内的运行情况又不能被直接观察到，一旦发生清管器卡阻，将直接影响到管道的正常运行。因此分析清管器的运行规律及受力分析，对清管器在运行过程中出现的卡阻原因分析讨论，具有很重要的现实意义。

1.清管器受力分析[1]

清管器在运行过程中，沿管道方向的受力主要来自五部分，分别为清管器后端的动力压力P1；清管器前端的阻力压力P2；自身沿管道方向的重力分力G*sina，a为管道与清管水平正方向的夹角；清管器与管壁的摩擦阻力Ff；结蜡层对清管器的抗剪切阻力Ft；清管器在管道中受力分析如图1所示：

图1清管器在管道中运行时的受力示意图

摩擦阻力Ff：清管器受到的摩擦力Ff为滑动摩擦力，Ff的大小与清管器自身重力的分力G*sina和由于过盈量产生的挤压力有关。随着清管器的运行，清管器磨损导致挤压力减小，Ff逐渐减小后趋于稳定；当清管器运行到管径变小、弯头处时，皮碗的变形增大，引起清管器对管壁的压力增加，进而使摩擦阻力增大。

结蜡层的抗剪阻力Ft：结蜡层与管壁紧密贴合，清蜡作业实际是对结蜡层的一个剪切过程，不同原油管壁上沉积物的剪切强度不同，它与管输原油的性质、油流速度和清管周期等因素有关。

清管器匀速运动时，清管器前后端受到油流的压力作用，后端压力P1提供动力，P2、Ff、Ft提供阻力。对清管器沿X轴即清管器的运动方向列写平衡方程，其中X正方向为清管器的运动方向，a为X轴与清管水平正方向的夹角：

P1=P2+Ff+Ft+G*sina

重力分力G*sina：可以看出当a等于0°时，清管器水平运行；当a小于90°时，重力G*cosa分力充当阻力，即进入上坡阶段；当a大于90°时，重力G*cosa分力提供动力，即进入下坡阶段；因此清管器上坡阶段，清管器处于加速度增加的减速运行，清管器下坡时，清管器处于加速度增加的加速运行。

2清管器卡阻原因分析

清管器卡阻最根本的原油就是清管器受到的推动力小于清管器阻力，导致清管器卡阻的原因主要有一下几方面。

2.1清管器磨损严重

清管在运行过程中，由于密封板磨损严重或受力撞击导致清管器变形，泄流量增大，油流通过清管器周边流过，导致清管器前后压差小，造成清管器运行速度减慢，甚至滞留在管线内。

由于清管器前压力没有持续上升，且压力较平稳，清管器后压力没有持续下降，且压力较平稳，可以排除清管器卡阻在管线内的可能性，初步分析清管器滞留在管线内。

遇到这种情况，首先需要通过清管器接收器确认清管器位置，或者根据输量及管容确定清管器大体位置，通过发送救援清管器挤顶清管器。如果挤顶无效，则需要开孔或换管取出清管器。

2.2清管三通挡条缺失或破损

目前输油管线清管三通主要使用挡条式三通和花管式三通，三通如果使用时间长，挡条破损，就会造成清管器卡阻，年限较长的管道清管三通处甚至没有挡条，因此在清管作业过程中，也会出现卡阻。

正常情况下，当清管器卡阻在出站清管三通处时，由于清管器没有将输油管线完全堵塞，因此在正输流程情况下，压力和输量会有轻微影响，出站压力较正常情况下会有所上升，但是会趋于平稳，当导通发球流程时，压差就会增大。

遇到这种卡阻情况，首先需要确定清管器位置，但是由于清管器受到撞击，而且站内干扰较大，可能不能准确定位清管器位置。首先通过提压挤顶，提压挤顶无效后，尝试发送救援清管器进行挤顶，如果发送救援清管失效，则需要停输更换清管三通。

2.3加热炉堵管

含蜡原油管线在清管过程中，当A-B管段进行清管作业时，A站加热炉运行，热洗管线，B站未点加热炉运行，如果清理出来的杂质较多，可能会造成B站的加热炉炉管堵塞，严重时会造成清管器前后压差变小，清管器停滞停输。表现出的情况就是B站加热炉进出炉压差大，进炉温度低等现象。

遇到这种情况，首先运行备用加热炉，同时将被堵塞的加热炉点炉运行，负荷调至最低，由于被堵塞的加热炉内原油不流通，温度升温较快，密切观察加热炉温度，反复点炉运行，将蜡慢慢融化。

同时在清管前，提前1-2天热洗管线，当A-B管段进行清管作业时，A站加热炉运行，热洗管线，B站也需要启加热炉运行。

3清管器卡阻位置判断

3.1通过接收器判断清管器位置

目前在清管作业过程中，大多数的清管器都带有发讯器和接收器，当清管器卡阻时，可以通过接收器来判断清管器位置，但是，由于目前所用信号接收器抗干扰能力较差，而且当管线埋深超过3米就无法准确接收到信号，加之清管器上安装的信号发射器的电池电量有限，随着时间的推移，导致无法确定清管器的位置，因此需要用多种方法来综合判断清管器位置。

3.2通过排量和时间计算清管器位置

清管器在发生卡阻时，压力、流量会急剧变化发生变化，记录参数变化时间。

根据Q=VπD2/4得，V=4Q/（πD2），又S=VT，得：S=4QT/（πD2），通过计算可以判断清管器的大体位置，但是由于清管器在上坡，下坡过程中不会是匀速运行，因此该公式只能辅助判断清管器位置。

说明：Q：清管作业过程中的排量；

V：清管器的运行速度；

D：管道内径；

S：距离。

3.3根据水击波计算清管器位置

如果清管器发生卡阻，此时管内必发生水击，根据水击波传递速度V和时间T，即可算出清管器在管中所行进的距离。

S=VT，以水击波的传播速度V=1000m/s估算，S=1000T。

说明：T：时间；

S：距离

4结束语

处理清管器卡阻的费用远高于清管操作，且会产生一系列副作用，因此在清管过程中，保留较大的操作裕量，以应付管内意外情况。本文所介绍的方法，能较好的为清管作业保驾护航，即使遇到清管器卡堵的问题一般也能很快的确定清管器的位置，从而为后续工作的开展提供便利。

参考文献

[1]缪娟，吴明，郑平，等.含蜡原油输送管道清管卡堵事故原因分析[J].清洗世界，2007，23（2）：19-21.