一种偏远大口径集气管道缓蚀剂单球预膜系统及方法

摘要

本发明公开了一种偏远大口径集气管道缓蚀剂单球预膜系统及方法，系统包括车载缓蚀剂注入系统、清管阀发球系统、清管阀收球系统与缓蚀剂回收系统。与现有技术相比，本发明的积极效果是：(1)工艺简单：本发明通过控制气体压力，进而控制预膜球运行速度，从而对管道进行缓蚀剂预膜；配合装备，操作更加方便，且该装备可在多个站场重复使用，节约大量基建投资与操作管理费用。(2)安全可靠：本发明具备带压放空、排污及段塞流捕集等操作流程，保证站场内工艺流程及设备安全稳定运行。(3)节约投资：本发明依靠站场自带的收发球筒或者清管阀，适应性强，无需新建大型装备，不仅可以节约投资，也方便操作。

说明书

技术领域

本发明属于石油与天然气工程技术领域，具体涉及一种偏远大口径集气管道缓蚀剂单球预膜系统及方法。

背景技术

随着天然气集输管道的高速建设及其在役管线的老化，管道腐蚀穿孔和泄漏燃爆事故时有发生。缓蚀剂预膜技术作为一种操作使用方便、经济高效的防腐方法，在集气管道系统中的应用极为广泛。常用加剂方法是利用高压喷嘴将缓蚀剂雾化成微米级的液滴，并喷注到集气管中心，使其随气流作用到管道内壁；但由于气流速度、管道铺设地形起伏、缓蚀剂雾化程度及注入压力等因素的影响，这种加注方法的防腐距离与整体缓蚀效果都将受到极大的限制。因此，缓蚀剂预膜技术也就应运而生，并越来越受到管道运营管理者与专家学者的广泛关注。目前，国内外缓蚀剂预膜工艺主要有注入式、喷射式及清管器三种投加工艺。其中，清管器投加工艺能够与管道清管系统有效结合，可一次性达到清管、洗管、预膜的目的，且缓蚀剂成膜均匀、缓蚀效果显著；因此该方法备受集气管道维护者青睐。

现用清管器投加工艺普遍采用双球预膜技术，即先在发球筒内装入两个清管球，其间夹带定量的缓蚀剂液柱，然后利用清管球前后压差推动清管球，使清管球与液柱一并发送到管道末端的收球筒。然而，由于受清管器发球筒长度的限制，两球之间所夹带的缓蚀剂液柱长度非常有限，对于管径大于DN250、长度在50km以上的偏远集气管，其预膜所需缓蚀剂的液柱长度最少为70～80m，一般发球筒显然无法夹带如此长的液柱。因此，双球预膜工艺只适用于距离较短、管径较小的集气管道。为此，针对偏远大口径集气管道或者只设有清管阀而没有清管收发球筒的集气管道，有必要提供一种工艺简单、经济高效、适应性强、操作灵便的缓蚀剂单球预膜方法及装备。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种偏远大口径集气管道缓蚀剂单球预膜系统及方法，主要用于有效控制此类管道的内腐蚀、提高其使用寿命、确保运行管理安全。其装备具有缓蚀剂注入和缓蚀剂回收等功能；主要用于更加快捷、方便地配合操作人员完成缓蚀剂单球预膜操作。

本发明所采用的技术方案是：一种偏远大口径集气管道缓蚀剂单球预膜系统，包括车载缓蚀剂注入系统、清管阀发球系统、清管阀收球系统与缓蚀剂回收系统，其中：

所述车载缓蚀剂注入系统包括装载车、缓蚀剂罐和电潜泵，在缓蚀剂储罐顶部管嘴处设置有球阀V7；

所述清管阀发球系统包括设置在出站管线上的清管阀V3，在清管阀V3上设置有排污阀V6、压力表G2和安全放空阀V8，在安全放空阀V8上旁接有球阀V4；清管阀V3上游设置干线球阀V1，清管阀V3下游依次连接干线球阀V2和过球指示器；

所述清管阀收球系统包括设置在进站管线上的清管阀V10，在清管阀V10上设置有排污阀V14、安全放空阀V19和压力表G5，在安全放空阀V19上旁接有球阀V21；清管阀V10上游依次连接过球指示器和干线球阀V11，清管阀V10下游连接球阀V15、干线球阀V12、球阀V18和干线球阀V13；

所述缓蚀剂回收系统包括装载车和撬装段塞流捕集器，在撬装段塞流捕集器入口处设置球阀V16；在撬装段塞流捕集器气相出口处设置球阀V17。

本发明还提供了一种偏远大口径集气管道缓蚀剂单球预膜方法，包括如下内容：

一、清管阀发球和缓蚀剂加注：

(1)按照预膜所需加注量在缓蚀剂储罐中配置好缓蚀剂溶液，并通过装载车运至清管阀V3处；

(2)关闭干线球阀V1，关闭清管阀V3，打开球阀V4，待压力表G2显示为0时，打开清管阀V3的快拆阀盖，放入缓蚀剂液柱前缘控制塞，关闭清管阀V3的快拆阀盖并打开清管阀V3；

(3)将球阀V7与清管阀V3的排污阀V6通过快速接头连接，打开V6和V7，将缓蚀剂溶液加注到出站管线内，并在控制塞后端形成缓蚀剂液柱；

(4)加注完毕后，关闭V6、V7，关闭电潜泵，取下快速接头；

(5)关闭清管阀V3，打开排污阀V6排出球腔内多余液体，开启球阀V4，待压力表G2显示为0，打开清管阀V3的快拆阀盖，装入预膜球，关闭清管阀V3的快拆阀盖，打开干线球阀V1，打开清管阀V3，利用站内气压将预膜球、缓蚀剂溶液和控制塞推出；

(6)当过球指示仪显示预膜球已出站后，调节天然气出站压力，控制预膜球的运行速度，使预膜球前的缓蚀剂满管流长度及其停留时间满足预膜要求；

二、清管阀收球和缓蚀剂回收：

(1)将缓蚀剂回收系统的球阀V16和球阀V17通过快速接头分别与清管阀收球系统的球阀V15和球阀V18相连接，关闭干线球阀V12，打开球阀V15、V16、V17、V18，使进站管道内流体经过撬装段塞流捕集器流入下游干线阀门V13；

(2)当过球指示仪发出信号后，确认缓蚀剂液柱前缘控制塞已经在清管阀V10内，关闭清管阀V10，打开球阀V21和排污阀V14，通过排污阀V14排净球腔内液体，待压力表G5显示为0时，打开清管阀V10的快拆阀盖，取出缓蚀剂液柱前缘控制塞；

(3)封上清管阀V10的快拆阀盖，打开清管阀V10，多余的缓蚀剂和管内积液流入撬装段塞流捕集器，缓蚀剂和污水混合溶液沉降于撬装段塞流捕集器底部，天然气经过捕雾器、球阀V17和球阀V18流入进站管线下游；当预膜球进入清管阀V10内时，关闭清管阀V10，关闭球阀V15、V16、V17、V18，取下快速接头，打开干线球阀V12；

(4)打开球阀V21和排污阀V14，通过排污阀V14排出清管阀内腔污物；当压力表G5显示为0时，打开清管阀V10的快拆阀盖，将预膜球取出，并用清水清洗清管阀V10剩余污物；封上清管阀V10的快拆阀盖，打开清管阀V10。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明针对现有双球预膜技术存在的问题，提出一种适合偏远大口径输气管线缓蚀剂预膜的新方法，丰富和拓展缓蚀剂预膜技术及其应用范围，具体优点表现如下：

(1)工艺简单：本发明通过控制气体压力，进而控制预膜球运行速度，从而对管道进行缓蚀剂预膜；配合装备，操作更加方便，且该装备可在多个站场重复使用，节约大量基建投资与操作管理费用。

(2)安全可靠：本发明具备带压放空、排污及段塞流捕集等操作流程，保证站场内工艺流程及设备安全稳定运行。

(3)节约投资：本发明依靠站场自带的收发球筒或者清管阀，适应性强，无需新建大型装备，不仅可以节约投资，也方便操作。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明的工艺简图，其中：1管线上游气体区、2预膜球、3缓蚀剂溶液、4、缓蚀剂液柱前缘控制塞、5管线下游气体区。

图2为缓蚀剂注入与预膜球发送系统，其中：6出站管线、7过球指示仪、8绝缘接头、9装载车、10缓蚀剂储罐、11电潜泵、12快速接头、G1～G3压力表、N1排污口、N2管嘴、V1～V2干线球阀(常开)、V3清管阀、V4～V5球阀(常关)、V6排污阀(常关)、V7球阀(常关)、V8～V9安全放空阀；图中AG与UG分别表示地面以上和地面以下。

图3为缓蚀剂与预膜球回收系统，其中：13进站管线、14绝缘接头、15过球指示仪、16装载车、17撬装段塞流捕集器、18旋流分离器、19分液挡板、20捕雾器、G4～G6压力表、N3缓蚀剂回收口、N4排污口、N5人孔、N6～N7管嘴、V10清管阀、V11～V13干线球阀(常开)、V14排污阀、V15～V18球阀、V19～V20安全放空阀、V21～V22球阀(常关)；图中AG与UG分别表示地面以上和地面以下。

具体实施方式

一种偏远大口径集气管道缓蚀剂单球预膜系统，包括车载缓蚀剂注入系统、清管阀发球系统、清管阀收球系统与缓蚀剂回收系统。

下面结合附图说明本发明系统构成及连接方式。

图2为缓蚀剂注入与预膜球发送系统，其中：

车载缓蚀剂注入系统由装载车9、缓蚀剂罐10、电潜泵11、球阀V7及快速接头12组成；缓蚀剂罐10通过鞍座直接固定在装载车9上；缓蚀剂储罐10底部设排污口N1，顶部设管嘴N2；球阀V7可以通过快速接头12与清管阀V3的排污阀V6连接；电潜泵11可由管嘴N2伸入罐底部并抽吸缓蚀剂溶液，并将缓蚀剂注入出站管道6内。

清管阀发球系统由出站管线6、过球指示器7、绝缘接头8、干线球阀V1～V2，清管阀V3、球阀V4～V5、排污阀V6、安全放空阀V8～V9和压力表G1～G3组成；清管阀V3布置在出站管线6上，清管阀V3上游连接干线球阀V1和压力表G1，清管阀V3下游连接压力表G3，安全放空阀V9，干线球阀V2，过球指示器7和绝缘接头8；清管阀V3上连接排污阀V6、压力表G2和安全放空阀V8；球阀V4旁接在安全放空阀V8上，球阀V5旁接在安全放空阀V9上。

图3为缓蚀剂与预膜球回收系统，其中：

缓蚀剂回收系统由装载车16、撬装段塞流捕集器17、快速接头21和快速接头22组成；撬装段塞流捕集器17通过鞍座固定在装载车16上；撬装段塞流捕集器17入口球阀V16可以通过快速接头21和球阀V15连接；撬装段塞流捕集器17气相出口球阀V17通过快速接头22和球阀V18连接；撬装段塞流捕集器内部进口设置旋流分离器18，底部设置分液挡板19，分液挡板19左侧的底部设置缓蚀剂回收管嘴N3，分液挡板19右侧的底部设置排污管嘴N4；撬装段塞流捕集器17顶部设置捕雾器20、检修人孔N5和安全放空阀V20，球阀V22旁接在安全放空阀V20上。

清管阀收球系统由进站管线13、绝缘接头14、过球指示器15、清管阀V10、干线球阀V11～V13、排污阀V14、球阀V15、球阀V18、球阀V21、安全放空阀V19和压力表G4～G6组成；清管阀V10布置在进站管线13上，清管阀V10上游连接绝缘接头14、过球指示器15、干线球阀V11和压力表G4，清管阀V10下游连接球阀V15、干线球阀V12、球阀V18、干线球阀V13和压力表G6；清管阀V10上连接排污阀V14、安全放空阀V19、压力表G5；球阀V21旁接在安全放空阀V19。

下面说明本发明各系统的主要作用及工作原理。

如图1所示，缓蚀剂单球预膜利用发球系统的清管阀V3发送缓蚀剂液柱前缘控制塞4，对管道内壁预处理，清除内壁铁锈和管内积液等杂质，同时保障缓蚀剂液柱始终处于满管状态。

缓蚀剂单球预膜利用车载缓蚀剂注入系统将定量的缓蚀剂溶液3泵入集气管道。

缓蚀剂单球预膜利用发球系统的清管阀V3发送预膜球2。

缓蚀剂单球预膜利用收球系统的清管阀V10接收液柱前缘控制塞4。

缓蚀剂单球预膜利用缓蚀剂回收系统的撬装段塞流捕集器17捕集回收多余的缓蚀剂液塞，并运送到集中处理站处理再使用。

缓蚀剂单球预膜利用收球系统的清管阀V10接收预膜球2。

缓蚀剂单球预膜利用站场内天然气出站压力控制预膜球2运行速度，使处于满管流的缓蚀剂溶液在管段的停留时间满足预膜要求。

清管阀发球和缓蚀剂加注流程如图2所示，其具体实施步骤如下：

(1)按照公式(1)计算预膜所需的缓蚀剂加注量，提前按照加注量在缓蚀剂储罐10中配置好缓蚀剂溶液，并通过装载车9拉到清管阀V3发球系统处；

(2)关闭干线球阀V1，关闭清管阀V3，打开球阀V4，待压力表G2显示为0，打开清管阀V3的快拆阀盖，放入缓蚀剂液柱前缘控制塞4，关闭清管阀V3的快拆阀盖，打开清管阀V3。

(3)将车载装置的泵出口球阀V7与清管阀V3的排污阀V6通过快速接头12连接，打开球阀V6和V7，打开电潜泵11，将储罐10内的缓蚀剂溶液加注到出站管线6内，并在控制塞4后端形成缓蚀剂液柱。

(4)注入完毕后，依次关闭球阀V6、V7，关闭电潜泵11，取下快速接头12。

(5)关闭清管阀V3，打开排污阀V6排出球腔内多余液体，开启球阀V4，待压力表G2显示为0，打开清管阀V3的快拆阀盖，装入预膜球2，关闭清管阀V3的快拆阀盖，打开干线球阀V1，打开清管阀V3，利用站内气压将预膜球2、缓蚀剂溶液3和缓蚀剂液柱前缘控制塞4推出。

(6)当过球指示仪7显示预膜球2已出站后，应根据管道起伏情况和公式(3)，调节天然气出站压力，控制预膜球2运行速度，使预膜球2前缓蚀剂满管流长度及其停留时间满足预膜要求。

清管阀收球和缓蚀剂回收流程如图3所示，其具体实施步骤如下：

(1)将装备的快速接头21和22分别与球阀V15和球阀V18相连接，关闭干线球阀V12，打开阀门V15、V16、V17、V18；此时进站管道13内流体经过撬装段塞流捕集器17流入下游干线阀门V13。

(2)当过球指示仪15发出信号后，确认缓蚀剂液柱前缘控制塞4已经在清管阀V10内，关闭清管阀V10，打开球阀V21和排污阀V14，通过排污阀V14排净球腔内液体，待压力表G5显示为0时，打开清管阀V10的快拆阀盖，取出缓蚀剂液柱前缘控制塞4。

(3)封上清管阀V10的快拆阀盖，打开清管阀V10，多余的缓蚀剂和管内积液流入撬装段塞流捕集器17，缓蚀剂溶液经过旋流分离器18预分离；缓蚀剂和污水混合溶液沉降于撬装段塞流捕集器17底部，天然气经过捕雾器20、球阀V17和球阀V18流入进站管线13下游；当预膜球2进入清管阀V10内时，关闭清管阀V10，关闭球阀V15、V16、V17、V18，取下快速接头21和22，打开干线球阀V12。

(4)打开球阀V21和排污阀V14，通过排污阀V14排出清管阀内腔污物；当压力表G5显示为0时，打开清管阀V10的快拆阀盖，将预膜球2取出，并用清水清洗清管阀V10剩余污物。

(5)封上清管阀V10的快拆阀盖，打开清管阀V10，收拾机具，恢复站内生产。

(6)装载车16将撬装段塞流捕集器17拉入处理站内，排污口N4与站内污水处理系统连接，对污水进行处理，缓蚀剂回收口N3与缓蚀剂回收系统连接，回收并储存缓蚀剂溶液。

1缓蚀剂加注量计算

缓蚀剂加注量的计算见式(1)：

Q＝K·π·D₁·H·L+Q₁

式中K——附加量系数，一般为1.15；

Q——缓蚀剂使用量，L；

D₁——管道内径，m；

H——缓释剂成膜厚度，mm，一般取0.076～0.125；

L——管道总长度，m；

Q₁——管线上支管段三通、排污口等容积，L；

D₂——支管段内径，m；

L₂——支管段的长度，m；

Q_其他——其他排污损耗量之和，L。

2所需气量计算

清管前应估算清管所需总进气量，安排好气量调度工作。如果管道内污物、积液多，高程差较大，特别应注意气量的储备。一般以下列公式近似估算总进气量：

Q_总＝Q₁+Q₂(2)

式中Q₁——上坡段消耗进气量，m³；

Q₂——下坡段消耗进气量，m³；

Q_总——总进气量，m³；

F——管道内径横截面积，m²；

L₁——预膜球上坡运行距离，km；

L₂——预膜球下坡运行距离，km；

——预膜球后平均压力，MPa；

ρ——缓蚀剂密度，kg/m³；

g——重力加速度，m/s²；

h——缓蚀剂液柱长度，m；

θ——管道倾角。

3预膜球运行速度及运行时间计算

式中v——预膜球运行理论瞬时速度，km/h；

Q——瞬时输气流量，m³/d；

F——管道内径横截面积，m²；

——预膜球后平均压力，MPa；

ρ——缓蚀剂密度，kg/m³；

g——重力加速度，m/s²；

h——缓蚀剂液柱长度，m；

θ——管道倾角。

4预膜球运行距离估算

一般近似公式为：

式中D₀＝0.101325MPa，T₀＝293.15K；

L——预膜球运行距离，km；

Q_b——发预膜球后累计进气量，m³；

F——管道内径横截面积，m²；

——预膜球后平均压力，MPa；

T——预膜球后管段内气体平均温度，K；

Z——在平均压力下的压缩系数。