高 超 王 皓 郭東升

上海石油天然氣有限公司, 上海 200041

海底天然氣管道清管風(fēng)險分析及應(yīng)對

高 超 王 皓 郭東升

上海石油天然氣有限公司, 上海 200041

為確保清管作業(yè)安全,有必要在作業(yè)前進(jìn)行充分的風(fēng)險識別,并制定相應(yīng)的防范措施。以平湖油氣田14″(1″=25.4 mm)天然氣海底管道清管作業(yè)為例進(jìn)行風(fēng)險分析,結(jié)果表明:風(fēng)險主要集中在管線本身及管線設(shè)備、管道內(nèi)積液、清管器、人、清除的污物、自然環(huán)境等方面。針對這些風(fēng)險,提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施,包括仔細(xì)查閱管道信息檔案,更換管線設(shè)備,增加防卡裝置,預(yù)測積液量并制定積液處理方案,合理選擇清管器,漸進(jìn)式清管,進(jìn)行專項培訓(xùn),規(guī)避極端天氣作業(yè)等。

天然氣海底管道；清管；風(fēng)險分析；應(yīng)對措施

0 前言

平湖14″(1″=25.4 mm)天然氣海底管道全長389.9 km,是東海最長的天然氣海底管道,管線內(nèi)為:凝析油和天然氣二相流動介質(zhì),部分管段曾有機(jī)械接頭修復(fù)經(jīng)歷,自1998年投產(chǎn)以來未進(jìn)行過清管作業(yè),因此對海底管道的通過能力、承壓水平以及管內(nèi)的清潔程度等現(xiàn)狀不甚了解,清管作業(yè)難度和風(fēng)險較大[1]。本文以該管線清管作業(yè)為例,從管線本體及管線設(shè)備、管道積液、清管器、人、清除的污物、自然環(huán)境等方面入手,識別風(fēng)險[2]并制定了相應(yīng)的防范措施。

1 清管工藝流程

清管工藝流程[3],見圖1。清管器通過發(fā)球筒進(jìn)入海底管道,在輸送介質(zhì)的壓力推動下,最終到達(dá)收球筒。清管器的外徑相對于管道內(nèi)徑有一定的過盈量,保證其與管內(nèi)壁的密封。通過清管作業(yè),可以清除管道內(nèi)的積液、碎屑、污物,減少內(nèi)部腐蝕,降低管道阻力,提高管輸效率和管道的清潔度,同時也可以為智能檢測做準(zhǔn)備[4]。

圖1 清管工藝流程

2 清管風(fēng)險分析及應(yīng)對

2.1 管道本體風(fēng)險

管道本體的風(fēng)險包括:管道厚度、變徑、變形,彎頭的數(shù)量、位置、曲率半徑，有無內(nèi)涂層、路由走向、高程變化、運行工況等。

2.1.1 管道厚度及內(nèi)涂層

管道厚度決定清管器的監(jiān)聽難易程度,如果太厚,接收儀可能接收不到清管器內(nèi)發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號導(dǎo)致丟球。管道內(nèi)如有內(nèi)涂層,鋼刷清管器和智能檢測器可能會對內(nèi)涂層造成損傷,降低管道壽命[5]。

2.1.2 管道的變徑、變形及彎頭曲率半徑

管道內(nèi)沉積物的長期積壓,淺層氣的影響,地震、臺風(fēng)等自然環(huán)境引起的風(fēng)浪流的影響,海底管道所經(jīng)航道過往船舶的拋錨等都可能引起管道的變徑或變形,如果變徑情況嚴(yán)重或彎頭曲率半徑過小,將會造成清管器卡堵,導(dǎo)致海底管道憋壓甚至生產(chǎn)關(guān)斷。嚴(yán)重時可能要割管取球,由此產(chǎn)生的費用甚至與鋪設(shè)1條新海底管道的費用相當(dāng)。

2.1.3 管道路由及高程變化

管道的高程變化將影響管道中清管器的運行速度,如果高程起伏較大,清管器下坡時,速度可能過快,將在管道低洼彎頭處對管子造成沖擊[6]；爬坡時,速度可能太慢,甚至停滯,造成海底管道壓力短時間內(nèi)快速升高,引發(fā)生產(chǎn)關(guān)斷[7]；同時,管道的高程也一定程度上決定了管線內(nèi)積液的分布,在低洼處有可能存在大量積液,如果操作不當(dāng),會發(fā)生清管器卡堵[8]。

2.1.4 管道內(nèi)介質(zhì)的運行工況

海底管道輸送介質(zhì)的壓力、溫度和輸量決定了管道是否滿足通球條件及清管器在海底管道內(nèi)的運行狀況,如果不熟悉管道的運行工況,就無法確定清管器的位置及大概的收球時間,甚至無法判斷清管器是否已發(fā)生卡阻,對生產(chǎn)安全將造成極大的風(fēng)險。

2.1.5 應(yīng)對措施

針對上述風(fēng)險,在進(jìn)行清管作業(yè)前必須對管道信息仔細(xì)調(diào)研評估[9],對影響清管作業(yè)的管段進(jìn)行改造,根據(jù)管道具體情況,確定通球方案。如平湖14″天然氣海底管道清管作業(yè)中,對以上信息進(jìn)行了詳細(xì)的采集,確定符合發(fā)球條件,但在通第1個泡沫球時,原確定工況為流量67×104m3/d(正常生產(chǎn)工況),但通球10 min后,發(fā)球端海底管道壓力迅速由6.5 MPa上升到8.0 MPa,為避免繼續(xù)上升導(dǎo)致生產(chǎn)關(guān)斷,及時關(guān)井降壓生產(chǎn),3 h后,壓力逐漸降低至平穩(wěn),然后生產(chǎn)上將氣量調(diào)至正常工況。經(jīng)分析,距離發(fā)球端6 km處為海底管道最低處,此處有大量積液,導(dǎo)致卡阻嚴(yán)重。在后續(xù)的通球作業(yè)中,仔細(xì)查閱了海底管道高程圖,在發(fā)球時適當(dāng)降低氣量,待泡沫球通過卡阻點后,再恢復(fù)正常操作,避免了類似風(fēng)險的發(fā)生。

2.2 管道設(shè)備的風(fēng)險

清管流程中的主要設(shè)備包括收發(fā)球筒、過球指示器、管線閥門、三通、插入式管道設(shè)備等,在清管作業(yè)前,應(yīng)對管線上的設(shè)備進(jìn)行檢查,確保安全。

2.2.1 收發(fā)球筒

收發(fā)球筒由快開盲板和球筒組成。

2.2.1.1 快開盲板

快開盲板的滑塊因震動而滑脫,密封圈老化等導(dǎo)致密封性能失效。

2.2.1.2 球筒

在收球過程中,如果對球到站的時間判斷失誤,導(dǎo)致球進(jìn)入收球筒后沒有立即隔離泄壓,清管器在收球筒內(nèi)隨介質(zhì)流體做慣性運動,有可能會因為球筒內(nèi)徑比清管器外徑大,使得清管器處于傾斜狀態(tài),清管器在流體的出物料接管口很可能會被卡住[10],見圖2。由于出料口堵塞,收球閥無法及時關(guān)閉,將造成海底管道憋壓,甚至引發(fā)生產(chǎn)關(guān)斷；出料口堵塞后,清管器也可能破損,碎片如進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng),將對設(shè)備造成損壞。

圖2 清管器卡在收球筒出料口

2.2.2 閥門

1)擬清管管線上的閥門可能因長時間不動作,維修保養(yǎng)不到位、執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生變化等原因?qū)е麻y門操作不靈活,閥門開、關(guān)不到位。

2)閥門的選型與管線不匹配,閥門內(nèi)徑小于管線內(nèi)徑。

3)通球管線上存在止回閥。

以上情況都有可能造成清管器的破損或卡堵。

2.2.3 三通

2.2.4 插入式管道設(shè)備

管道中的一些插入式的設(shè)備,諸如插入式的流量計、插入式的腐蝕監(jiān)測裝置等,可能引發(fā)清管器的破損或卡堵。甚至插入式的過球指示器[11],也往往會發(fā)生球已經(jīng)通過,過球指示器卻不起跳的情況,對收發(fā)球操作造成誤判斷。如平湖14″天然氣海底管道收球筒上的過球指示器,甚至出現(xiàn)裝反了的情況,這樣如果清管器到收球筒時,過球指示器不但不會起跳,甚至?xí)?dǎo)致清管器破損、卡堵。

2.2.5 應(yīng)對措施

1)針對快開盲板密封圈密封不嚴(yán)、閥門泄漏、壓力表和過球指示器失靈等風(fēng)險,平湖14″天然氣海底管道清管前,經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)球筒密封條不合格,過球指示器失靈,收球筒盲板甚至因長時間不用無法打開。故作業(yè)前,對密封條進(jìn)行了更換,割掉收球筒的盲板,更換了合格的新盲板,并對相關(guān)閥門進(jìn)行了維護(hù)保養(yǎng),使其恢復(fù)到設(shè)計功能,避免風(fēng)險發(fā)生。

2)針對卡球的風(fēng)險,平湖14″天然氣海底管道清管作業(yè)結(jié)合實際情況,定制收球筒防卡裝置[10],見圖3。此裝置俗稱“鼠籠”,其內(nèi)徑大于清管器外徑,便于通管后的清管器順利進(jìn)入防卡裝置；其外徑小于收球筒內(nèi)徑,便于防卡裝置可順利地從收球筒內(nèi)取出或放入；同時其長度要大于從快開盲板到出物料接管口的長度,避免清管球卡在出物料接管口處。收球筒加裝“鼠籠”示意圖,見圖4。

圖3 網(wǎng)狀防卡裝置“鼠籠”

圖4 收球筒加裝“鼠籠”示意圖

3)針對閥門、三通的風(fēng)險,平湖14″天然氣海底管道清管作業(yè)前仔細(xì)查閱相關(guān)圖紙和歷史資料,并進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研,明晰通球管線上所有閥門和三通的類型、規(guī)格,對有問題的閥門,及時維護(hù)保養(yǎng)或更換；對超過 0.6 D 的三通應(yīng)具備擋條,如無擋條,應(yīng)嚴(yán)格控制通球流程和時間,并增加防卡措施；對于止回閥,應(yīng)根據(jù)止回閥的圖紙,認(rèn)真研究對策,如止回閥的類型是升降式或者蝶式,通球前,需將該止回閥拆除,如止回閥的類型是旋起式,通球前,需將止回閥的閥瓣移除或者固定在閥門全開的狀態(tài)下,以避免清管器或者閥門損壞。

4)針對插入式管道設(shè)備的風(fēng)險,在清管前,可以考慮移除插入式的設(shè)備。平湖14″天然氣海底管道清管作業(yè)前,拆除了過球指示器。在收發(fā)球過程中,通過人耳監(jiān)聽、監(jiān)控DCS壓力參數(shù)變化、清管器中加裝信號發(fā)射機(jī)等多種手段判斷清管器的發(fā)出和到達(dá),避免風(fēng)險發(fā)生。

2.3 管道積液的風(fēng)險

2.3.1 積液量

天然氣在管輸過程中,由于管壁和周圍環(huán)境的熱交換,管內(nèi)流體溫度逐漸降低,一定條件下可能會有凝析液析出[12]。在清管作業(yè)時,如果1次清出的積液超出了收球站捕集器的接收能力和生產(chǎn)裝置的處理能力,如不采取措施,將會導(dǎo)致生產(chǎn)關(guān)斷。

2.3.2 應(yīng)對措施

2.4 清管器的風(fēng)險

2.4.1 清管器的選擇

清管器的風(fēng)險主要在于清管器質(zhì)量、類型及尺寸是否合適[14]。如在對海底管道狀況不明的情況下,貿(mào)然使用機(jī)械清管器清管,一旦出現(xiàn)卡堵,無法通過增大海底管道壓力的方式將清管器擊碎,很可能引發(fā)生產(chǎn)關(guān)斷,甚至對管道本體造成破損。關(guān)于清管器的尺寸選擇,清管器長度過長,可能會在彎頭處卡堵；長度過短,清管器可能會在管線內(nèi)發(fā)生翻滾。清管器的過盈量也要合適,過盈量太大,清管器很容易卡堵；過盈量太小,密封效果不好,可能造成清管器進(jìn)入旁通管道[15]。此外,還應(yīng)考慮清管器的質(zhì)量。即使選擇了合適的清管器類型和尺寸,如果管線過長,清管器依然存在因磨損過大,在管線末端清管器失去過盈量的風(fēng)險。

2.4.2 應(yīng)對措施

2.5 人的風(fēng)險

2.5.1 操作引發(fā)的風(fēng)險

由于多數(shù)海底管道在投產(chǎn)后都未進(jìn)行通球清管作業(yè),現(xiàn)場人員對于收發(fā)球作業(yè)的流程缺少經(jīng)驗,有可能發(fā)生未等到壓力平衡即發(fā)球,未泄壓完畢就打開盲板收球,閥門開關(guān)順序混亂,流程切換不熟練等問題,引發(fā)爆炸、著火和人身傷害等隱患。

2.5.2 管理引發(fā)的風(fēng)險

通球作業(yè)是一個跨部門的系統(tǒng)工程,作業(yè)界面較復(fù)雜,協(xié)調(diào)難度較大,有可能出現(xiàn)因界面不清導(dǎo)致工作缺位,造成安全隱患。

2.5.3 應(yīng)對措施

平湖14″天然氣海底管道清管及內(nèi)檢測作業(yè)前,對操作人員進(jìn)行了專項培訓(xùn),在操作過程中,嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程和方案,并抽調(diào)相關(guān)部門人員,成立專門的項目組,劃清工作界面,建立良好的信息溝通機(jī)制,使各站點相關(guān)人員信息暢通,確保工作有序無缺位。同時,強(qiáng)化現(xiàn)場人員安全意識,做好消防和勞動保護(hù)措施。

2.6 清除污物的風(fēng)險

2.6.1 硫化物等雜質(zhì)的風(fēng)險

個別天然氣管道,清出的污物中含有硫化物。硫化物很容易導(dǎo)致工作人員中毒,有的硫化物(如FeS)還會發(fā)生自燃。此外,對清管器進(jìn)行清洗后的廢水,如果不進(jìn)行妥善處理,將會對環(huán)境造成污染,廢水中含有凝析油,在露天下?lián)]發(fā)也可能引發(fā)火災(zāi)。

2.6.2 應(yīng)對措施

提前收集天然氣的組分化驗報告,明確天然氣的組分構(gòu)成。對硫化物含量高的天然氣管道,打開收球筒之前,對球筒進(jìn)行噴水濕式作業(yè),防止硫化物自燃。收球筒剛打開時,嚴(yán)禁開閃光燈拍照；清出污物后,迅速轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域,并做好預(yù)防自燃的措施。平湖14″天然氣海底管道清管作業(yè)前,收集了天然氣組分報告,天然氣組分中不含硫,無需做相應(yīng)的防范措施。

2.7 環(huán)境的風(fēng)險

2.7.1 環(huán)境風(fēng)險分析

因為海底管道發(fā)球站處于海上平臺,海上環(huán)境多變,如果作業(yè)時遭遇極端天氣或者夜間作業(yè),極易引發(fā)安全事故。同時,因海上平臺空間較小,天然氣外輸、多種設(shè)備運轉(zhuǎn)等產(chǎn)生大量噪音,如長期作業(yè),將對聽力造成損傷。

2.7.2 應(yīng)對措施

平湖14″天然氣海底管道清管及內(nèi)檢測作業(yè),針對以上風(fēng)險,選擇在4～5月通球清管,避開了臺風(fēng)天氣,并且嚴(yán)禁在風(fēng)力超過六級時作業(yè)。為安全起見,盡量避免夜間收發(fā)球,如必須在夜間作業(yè),則需配備足夠的照明設(shè)施。此外,針對海上平臺的噪聲風(fēng)險,作業(yè)時相關(guān)人員配備耳機(jī)等保護(hù)措施。

3 結(jié)論

海底管道通球的風(fēng)險主要集中在管道本體及管道設(shè)備、管道積液、清管器、人、清除的污物、自然環(huán)境等方面,由此制定應(yīng)對的措施,保證了東海最長天然氣海底管道清管作業(yè)的成功。本次清管作業(yè),為平湖投產(chǎn)18年以來首次,通球數(shù)量高達(dá)12個,開創(chuàng)了東海長輸天然氣海底管道清管及內(nèi)檢測成功的先例,同時也為今后類似清管作業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗。

[1] 李美剛,王 猛.海底油氣管道清管作業(yè)安全技術(shù)措施分析[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù),2015,31(3):26-30. Li Meigang, Wang Meng. Analysis on the Technical Measures for the Safety of Subsea Oil and Gas Pipeline Pigging Operation [J]. Petrochemical Safety and Environmental Protection Technology, 2015, 31 (3): 26-30.

[2]郭東升,閆青松,周道川,等.天然氣管道在線清管作業(yè)風(fēng)險識別及控制[J].油氣儲運,2013,32(10):1048-1053. Guo Dongsheng, Yan Qinsong, Zhou Daochuan, et al. Risks Recognition and Control in On-Line Pigging Operation of Gas Pipeline [J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 2013, 32 (10): 1048-1053.

[3]羅敬義,遲元禎.管線通球清管工藝[J].管道技術(shù)與設(shè)備,1995,(1):14-18. Luo Jingyi, Chi Yuanzhen. Pigging Technology of Pipeline [J]. Pipeline Technique and Equipment, 1995, (1): 14-18.

[4]劉年忠,付建華,陳開明.天然氣管道智能清管技術(shù)及應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2005,25(9):116-118. Liu Nianzhong, Fu Jianhua, Chen Kaiming. Intelligent Pigging Technology and Application for Gas Pipelines [J]. Natural Gas Industry, 2005, 25 (9): 116-118.

[5]潘亞東,李 力,湯曉勇,等.長北氣田集輸干線清管研究[J].天然氣與石油,2012,30(4):5-10. Pan Yadong, Li Li, Tang Xiaoyong, et al. Study on Pigging of Gas Gathering and Transportation Trunk Lines in Changbei Gas Field [J]. Natural Gas and Oil, 2012, 30 (4): 5-10.

[6]金朝文.輸氣管道清管球速度控制[J].天然氣與石油,2009,27(1):31-35. Jin Chaowen. Speed Control of Pig in Gas Pipeline [J]. Natural Gas and Oil, 2009, 27 (1): 31-35.

[7]顧亞雄,陽質(zhì)量.輸氣管道內(nèi)檢測器速度控制[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2013,(2):17-18. Gu Yaxiong, Yang Zhiliang. Running Rate Control of the Detector Within Gas Pipeline [J]. Pipeline Technique and Equipment, 2013, (2): 17-18.

[8]王 玉,詹燕紅.渤西南海底輸氣管網(wǎng)聯(lián)合清管技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2010,30(12):81-83. Wang Yu, Zhan Yanhong. Combined Pigging Techniques for the Subsea Gas Transmission Pipeline Network at the Southwest Bohai Bay [J]. Natural Gas Industry, 2010, 30 (12): 81-83.

[9]朱喜平.天然氣長輸管道清管技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2005,31(3):12-16. Zhu Xiping. Pigging Technology of Long Distance Natural Gas Pipeline [J]. Petroleum Engineering Construction, 2005, 31 (3): 12-16.

[10]李 祎.海上油氣田清管球收球筒防卡球裝置的設(shè)計及應(yīng)用[J].石油與化工設(shè)備,2014,17(4):45-47. Li Yi. Design and Application of Anti-Blocking Device for Receiver on Offshore Oil & Gas Field [J]. Petro & Chemical Equipment, 2014, 17 (4): 45-47.

[11]曹麗召.兩種通球指示器結(jié)構(gòu)及運行安全性探討[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù),2015,31(6):55-57. Cao Lizhao. Discussion on the Structure and Safety of Two Types of Pigging Indicators [J]. Petrochemical Safety and Environmental Protection Technology, 2015, 31 (6): 55-57.

[12]李玉星,馮叔初,王新龍.氣液混輸管路清管時間和清管球運行速度預(yù)測[J].天然氣工業(yè),2003,23(4):99-102. Li Yuxing, Feng Shuchu, Wang Xinlong. Prediction of Pigging Time and Velocity for Two Phase Flow in Pipelines [J]. Natural Gas Industry, 2003, 23 (4): 99-102.

[13]梁法春,曹學(xué)文,魏江東,等.積液量預(yù)測方法在海底天然氣管道中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2009,29(1):103-105. Liang Fachun, Cao Xuewen, Wei Jiangdong, et al. Application of Accumulated Liquid Volume Prediction Method in Submarine Gas Pipeline [J]. Natural Gas Industry, 2009, 29 (1): 103-105.

[14]趙小川,管志偉,南宇峰.西氣東輸二線干線西段清管作業(yè)研究與實踐[J].天然氣與石油,2012,30(2):17-22. Zhao Xiaochuan, Guan Zhiwei, Nan Yufeng. Research and Practice of Pigging Operation in Western Section of West East Gas Pipeline [J]. Natural Gas and Oil, 2012, 30 (2): 17-22.

[15]郭 斌,潘東民,劉美艷.海底管線清管作業(yè)風(fēng)險分析與對策研究[J].中國造船,2010,51(2):578-580. Guo Bin, Pan Dongmin, Liu Meiyan. Risk Analysis of Pigging in Subsea Pipeline and the Countermeasure [J]. Ship Building of China, 2010, 51 (2): 578-580.

[16]張 偉,蔡青青,張 勇,等.鋼制管道清管經(jīng)驗及清管器卡堵的應(yīng)急處理[J].天然氣與石油,2010,28(6):14-16. Zhang Wei, Cai Qingqing, Zhang Yong, et al. Steel Pipeline Pigging Experience and Emergency Treatment in Pig Blocking [J]. Natural Gas and Oil, 2010, 28 (6): 14-16.

[17]孫 旭,陳 欣,劉愛俠.清管器類型與應(yīng)用[J].清洗世界,2010,26(6):36-41. Sun Xu, Chen Xin, Liu Aixia. Types and Application of Pig [J]. Cleaning World, 2010, 26 (6): 36-41.

[18]陳傳勝.天然氣長輸管道在線內(nèi)檢測前的清管技術(shù)[J].天然氣與石油,2013,31(5):1-4. Chen Chuansheng. Pigging Technology Before Online Inner Inspection on Long Distance Gas Pipeline [J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 2013, 31 (5): 1-4.

[19]蒲紅宇,劉仕鰲,蔣 洪.天然氣管道清管作業(yè)風(fēng)險分析及應(yīng)對措施[J].油氣儲運,2012,31(6):461-462. Pu Hongyu, Liu Shiao, Jiang Hong. Analysis on Pigging Risks of Natural Gas Pipeline and Study on Corresponding Measures [J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 2012, 31 (6): 461-462.

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.002

2016-06-12

高 超(1985-)，男，上海人，工程師，碩士，主要從事海底管道管理工作。