天然氣地面集輸系統(tǒng)基線檢測動力源優(yōu)選

張廷遠(yuǎn)

（中國石化天然氣分公司榆濟管道分公司，山東 濟南 250000）

0 引言

近年來，隨著油氣行業(yè)對天然氣管道和地面集輸系統(tǒng)安全意識和管理認(rèn)知的不斷提高，管道本體缺陷的發(fā)現(xiàn)和集輸系統(tǒng)完整性的保障對于天然氣集輸過程意義重大。利用基線檢測可以獲得管道的基本狀況，在管道投產(chǎn)前或投產(chǎn)初期進(jìn)行基線檢測是獲得管道基線的最佳時機?，F(xiàn)今的智能檢測也叫內(nèi)檢測[1]，即利用攜帶的儀器工具和設(shè)備通過清管作業(yè)的方式對管道進(jìn)行在線檢測，檢測過程中工具運行需要選取合適介質(zhì)作為動力源。目前較為普遍的是采用液氮作為動力源進(jìn)行智能檢測，具有安全系數(shù)高、通用性強等優(yōu)點，但液氮使用的綜合成本較高、使用要求高。因此，根據(jù)天然氣地面集輸系統(tǒng)現(xiàn)場的實際情況，擬在部分施工環(huán)節(jié)探索采用空氣+膜制氮氣代替液氮作為檢測作業(yè)的動力源，以達(dá)到降低施工成本的目標(biāo)。

1 地面集輸系統(tǒng)基線檢測方法

天然氣地面集輸系統(tǒng)包括單井站、集氣站、控制站、閥室、輸氣管網(wǎng)等，在施工過程中進(jìn)行的敷設(shè)、焊接、掩埋等工作中會在管道及容器內(nèi)產(chǎn)生殘留物，造成管道和設(shè)備堵塞，在集輸系統(tǒng)投產(chǎn)前通過吹掃、清管、氣密、智能檢測等技術(shù)手段實施基線檢測，可發(fā)現(xiàn)管材制造缺陷、焊接缺陷、機械損傷、變形等多種在生產(chǎn)及敷設(shè)過程中造成的缺陷，獲得管道的基線檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合完整性評估，為今后管道進(jìn)行復(fù)檢提供數(shù)據(jù)校對的基礎(chǔ)信息，能有效降低管線事故的發(fā)生率，保證管道的壽命使其安全平穩(wěn)運行[2]。

1.1 管道吹掃及清管

通過各類清管工具對管道進(jìn)行清潔，并獲得管道的實際基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而保證智能檢測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。首先采用氯丁橡膠清管器通球，掃除管道內(nèi)積水；再進(jìn)行鋼刷清管器通球，去除較硬的沉積物和硬質(zhì)碎片；然后采用皮碗測徑板清管器通球，測量管道內(nèi)徑；最后采用海綿清管器通球，并對最后一個海綿球進(jìn)行切割測量，使得管道內(nèi)的清潔程度達(dá)到智能檢測要求為止。

1.2 氣密試驗

按照管線的設(shè)計壓力依次對不同管段壓力進(jìn)行氣密試驗，升壓時采取逐步升壓觀察法，分別升壓至試驗壓力的1／3和2／3時穩(wěn)壓30min，驗漏檢查合格后，繼續(xù)升壓至氣密試驗壓力并穩(wěn)壓30min，檢查管段壓力無下降、各動靜密封點無泄漏情況則為合格[3]。

1.3 智能檢測

管道智能檢測現(xiàn)場工作包括管道預(yù)檢測清管、幾何變形檢測、漏磁金屬損失檢測[4]。

1）預(yù)檢測清管及測量檢測。檢測內(nèi)容程序為：第一遍清管使用定徑片雙向移動清管器；第二遍清管使用刷頭雙向移動清管器；第三遍清管使用磁鐵雙向移動清管器。

2）幾何變形檢測。檢查管線形狀，當(dāng)測量儀器穿過管線時，機械手感觸管線內(nèi)表面情況，并將內(nèi)徑的變化情況記錄下來。在進(jìn)行內(nèi)檢測之前，也需要使用該工具確定檢測工具是否能夠安全穿過管線，然后對所檢查到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，突出顯示超過規(guī)定值的變形情況。內(nèi)容包括管線長度、彎頭半徑、內(nèi)徑變化檢測、凹坑、橢圓度、彎頭角度等。

3）漏磁金屬損失檢測。金屬損失檢測主要內(nèi)容包括：金屬損失（均勻腐蝕、點蝕、軸向溝槽、環(huán)向溝槽）、環(huán)焊縫與直焊縫、凹陷、施工損壞、管道設(shè)備和配件。

2 基線檢測動力源優(yōu)選

2.1 動力源特性比較

目前作為基線檢測的動力源有3種，分別是清水、液氮及空氣＋氮氣代替部分液氮。① 清水。使用清水作為檢測期間發(fā)球作業(yè)的動力源具有穩(wěn)定性好、可壓縮性小等特點，能保證設(shè)備在管道內(nèi)以穩(wěn)定的速度運行，保證數(shù)據(jù)的有效性和精度。使用清水時，檢測實施對管道的壓力、流量要求較低，但是施工過程中存在需求水量大、施工完成后管道存水、環(huán)保要求等問題。② 液氮。使用液氮在天然氣場站及管道進(jìn)行置換、氣密試壓、智能檢測、聯(lián)動調(diào)試等作業(yè)過程中作為動力源具有可燃性低、純度高（99.99%）、壓力及流量控制范圍大（液氮泵車最大施工壓力為103.4MPa，氮氣排量范圍為（52～310）m3／min）等優(yōu)點，但液氮施工準(zhǔn)備時間長、連續(xù)性差、損耗量大[5]。③ 空氣+氮氣代替部分液氮。使用空氣+氮氣代替部分液氮作為檢測期間施工作業(yè)的動力源，雖然氣體壓縮性較強，但是通過控制機組數(shù)量、壓力、流量輸出等參數(shù)能夠保證流量的穩(wěn)定性和施工的連續(xù)性，施工參數(shù)包括：空壓機壓力為2.5MPa，排量為42.5m3／min；增壓機壓力為16.5 MPa，排量為80m3／min；膜制氮氣壓力為2.5 MPa，排量為80m3／min，膜制氮氣純度高于95%。

不同動力源介質(zhì)施工參數(shù)對照如表1所示。

2.2 基線檢測動力源介質(zhì)優(yōu)選

根據(jù)天然氣地面集輸系統(tǒng)不同作業(yè)項目基線檢測施工要求（表2），除場站作業(yè)因氣密試壓要求高（氣密壓力為9.6MPa、20MPa、40MPa）和智能檢測中金屬損失檢測介質(zhì)要求（所需介質(zhì)必須為液氮，以避免檢測設(shè)備在含氧環(huán)境中產(chǎn)生火花和粉塵影響檢測準(zhǔn)確度）外，其他如管道吹掃、清管、智能檢測中的幾何變形檢測均可采用空氣＋膜制氮氣代替液氮作為動力源，滿足施工需求[6-7]。

表1 不同動力源介質(zhì)施工參數(shù)對照表

表2 不同作業(yè)項目基線檢測施工要求表

3 現(xiàn)場應(yīng)用評價

3.1 概況

氣田17×108m3年產(chǎn)能建設(shè)共包括15口開發(fā)井、8座單井井站、1座采氣井場、5座集氣站、1座集氣總站、2座污水處理站、1座污水回注站；72.2 km長的酸氣管道、56.6km長的燃料氣管道、57.162 km長的污水管線。凈化廠管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)包括凈化氣年產(chǎn)能為34×108m3，建設(shè)4個單列處理規(guī)模為300×104m3／d的天然氣凈化裝置、配套的公用工程、硫磺成型儲運裝置及其他輔助生產(chǎn)設(shè)施等。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用

氣田地面集輸系統(tǒng)完成了13段酸氣管線、5段燃料氣管線及5段污水收集管線的調(diào)試工作，累計長度190.2km，其中酸氣管道74.4km、燃料氣管道54.2 km、污水收集管線61.6km，主要包括：① 酸氣管線共完成了13次氣密及186次收發(fā)球作業(yè)，其中包括酸氣管道清管129次、管道測徑14次、幾何變形檢測13次、漏磁檢測14次、緩蝕劑預(yù)涂膜16次；② 燃料氣管線共完成了8次吹掃、1次清管、5次氣密、3次氮氣置換工作；③ 污水收集管線共完成了7次試壓。集輸系統(tǒng)累計使用空氣796590m3，膜制氮氣248244m3，液氮作業(yè)量1595.3m3。凈化廠管網(wǎng)系統(tǒng)累計使用空氣714572.5m3，膜制氮氣257537 m3，液氮作業(yè)量634.8m3。

3.3 應(yīng)用評價

1）空氣＋膜制氮氣滿足施工要求。按照表2基線檢測施工要求，采用空氣+膜制氮氣作為動力源進(jìn)行氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的吹掃、清管和智能檢測中的幾何變形檢測作業(yè)，符合GB27699-2011《鋼質(zhì)管道內(nèi)檢測技術(shù)規(guī)范》等要求，證實了空氣+膜制氮氣作為動力源替代液氮進(jìn)行上述作業(yè)項目技術(shù)上是完全可行的。以YB1-1H至集氣總站酸氣管線為例，管徑168.3mm、長度6.52km，使用壓縮空氣為動力源進(jìn)行管道校量（皮碗檢測器施工），背壓0.6MPa，壓差0.4MPa，流速控制在1m／s；使用氮氣為動力源進(jìn)行管道幾何變形檢測（卡尺球）時，背壓2.0 MPa，壓差0.5MPa，流速控制在1m／s。累計運行推出的雜質(zhì)、水等污染物總質(zhì)量小于5kg，施工過程安全順利，滿足智能檢測作業(yè)要求。

2）空氣＋膜制氮氣作為動力源成本大幅降低?？諝猓ぶ频獨庾鳛閯恿υ捶绞降淖鳂I(yè)內(nèi)容占到整體作業(yè)內(nèi)容的75%，但綜合成本只占液氮的17%，大大降低了施工成本，并實現(xiàn)了作業(yè)環(huán)節(jié)的安全施工，如表3所示。

表3 兩種動力源成本對比表

4 結(jié)論

1）采用空氣＋膜制氮氣代替液氮可作為天然氣地面集輸系統(tǒng)基線檢測中管道吹掃、清管、智能檢測中部分項目等作業(yè)程序的動力源介質(zhì)，施工壓力和氣體排量控制調(diào)節(jié)方法滿足檢測工具使用要求，施工成本大大降低。

2）現(xiàn)場施工中通過優(yōu)化空壓機機組、膜制氮機組及液氮車組的設(shè)備配套及分布方案，根據(jù)場站場地大小、作業(yè)內(nèi)容、電力負(fù)荷、施工順序等進(jìn)行分類專項施工，可進(jìn)一步減少空氣、膜制氮氣用量，節(jié)約作業(yè)時間和施工成本。

[1]劉年忠，付建華，陳開明.天然氣管道智能檢測清管技術(shù)及應(yīng)用[J]. 天然氣工業(yè)，2005，25（9）：116-118.

[2]馮慶善，賈光明，何淼，等.關(guān)于管道基線檢測的理解與探討[J].油氣儲運，2014，33（11）：1159-1163.

[3]董紹華.管道完整性管理體系與實踐[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[4]馮慶善.在役管道三軸漏磁內(nèi)檢測技術(shù)[J].油氣儲運，2009，28（10）：72-75.

[5]崔茂林，吳長春.輸氣管道投產(chǎn)中氮氣置換的原則及技巧[J]. 天然氣工業(yè)，2015，35（2）：81-86.

[6]劉雪梅，謝英，袁宗明，等.輸氣管道投產(chǎn)安全的探討[J]. 天然氣與石油，2007，25（4）：11-14.

[7]張志文，史瑞龍，吳良寅，等.油氣管道投產(chǎn)前驗收檢測技術(shù)現(xiàn)場的應(yīng)用[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新， 2017，30（1）：75-77.