国内外输油(气)管道清洗技术综述

国内外输油(气)管道清洗技术综述

1.前言

管道运输是原油 、天然气最主要的运输方式.但因 油、气中含有各种盐类、杂质、硫化物 、细菌等 , 管线经 长期运行而造成结垢、被腐蚀等影响生产的因素, 因 此,需对管道进行清洗、修复, 输油(气)管道清洗技术 也随之而产生, 清洗是一门工程技术, 是一个新兴的科 学技术领域。 输油(气)管道清洗技术是该科学技术领域的一部 分,是一项延长管道使用寿命保证管道正常运行的实 用技术 。按其清洗目的可分为投产前的清管 , 运行中 的除垢,改输前的清洗。 目前,对于管线清洗技术主要分为三大类:物理 清洗法、化学清洗法 、物理和化学结合清洗法 。

2 物理清洗法

包括高压水射流清洗 、机械法清洗 、 PIG 清洗 、喷 砂清洗、电子跟踪式清洗 、爆炸法清洗等。

2.1 高压水射流清洗

是近年发展起来的一种新的清洗技术 。其清洗原 理是由高压泵产生的高压水通过喷嘴 , 将其压力能转 化成高速流体动能, 高速流体正向或切向冲击被清洗 件的表面 , 产生很大的瞬时碰撞动量, 并产生强烈脉 动 ,从而使附着在管内壁上的结垢剥离下来。根据管 内壁附着物情况(如硬质性 、粘着性 、油性 、水性等)选 用不同压力, 对水性 、油性 、粘着性附着垢压力一般为 20 ～ 30M Pa ,对硬质垢为 30 ～ 70M Pa。 高压水射流清洗装置主要由高压泵动力装置、压 力调节装置、高压管 、各种喷枪 、喷嘴等机具与配件组 成 ,可装在工程车上,便于现场施工。根据清洗对象不 同可采用刚性喷杆和柔性喷杆, 前者适用于直管,后者 适用于曲管清洗 。喷杆头部接喷嘴 ,喷嘴又分为多孔 固定喷嘴与旋转喷嘴 , 设计与改变喷嘴孔的大小、形 状 、数量 、喷射角度、方向等来调整与提高清洗能力。 根据清洗目的可采用低压力大流量或高压力低流量 。 高压水射流清洗作业易操作 、效率高,超高压可除 去硬垢、难容垢。与化学清洗比较具有不污染环境 ,不 腐蚀清洗对象 ,清洗效率高及节能等特点,且对一些化 学药剂难溶或不溶的特殊垢可有效去除, 并能保证管 道的清洗质量。不足之处是设备投资大, 复杂结构的 管线需解体清洗, 长距离管线需分段清洗 。

2.2 机械法清洗

采用通过驱动力推动旋转机械头部安装的各种类 型的钻头 、刀具或钢丝刷实现清洗管道的目的。机械 法清洗因清除的污垢不同而有不同结构的装置, 如装 有圆锥形皮碗和弹性底座的清管器 ,装有刮刀和锥形皮碗的球形清管器和装有多个钢刷的清管刷等。装有 圆锥形皮碗和弹性底座的清管器对清除松软的沉积物 是很有效的 ,但是对粘性的沉积物或硬蜡垢的清除效 果欠佳 。因为当皮碗或刮刀通过时有弯曲的倾向 , 带 弹性导向支座的钢刷同样会弯曲, 但它能穿入到坚硬 的沉积物里去, 因此比刮刀清蜡效果要好得多 。 POLLY 型清管器如果是由密度很硬的塑料制成, 并装有钢 制刷或刮刀时 , 则对清除石蜡和污垢有很好的效果 。 机械清管器的优点是清洗效果好, 坚固耐用, 制造工艺 简单而广泛应用在长输管道上 。但机械清洗的动力源 不易控制 ,弯曲管施工有困难 。

2.3 PIG(清管器)清洗

专门用于管道清洗 , 尤其适于长距离管道清洗 。 PIG 是采用富有弹性可压缩的高发泡聚氨脂为主要材 料做成的炮弹状或球状 , 根据管垢的不同, 在其表面 嵌植不同硬度的铁钉类磨削物, 可去除软垢 、油垢 、铁 垢、焊渣、加热炉炉管焦渣等, 通过改变或控制聚氨脂 发泡率可得到不同硬度。 PIG 的标准尺寸在 50 ～ 700mm 范围有多种规格 ,可根据管径选取。 PIG 清洗的优点是通过能力强 ,对变形较大的管 线也能通过 ,不易造成阻塞 , 一旦破碎易于排除 , 清洗 效果较好 ,具有一定的密封性能,重量轻 ,弹性好。 PIG 清洗技术是由成套设备和多项技术组成 。它 的主体包括 PIG 发、收系统 ,相关的检测技术, 动力源 等。

2.3.1 PIG 发、收系统

专门用来发送 PIG 进入管道 内运行和收回清洗运行完毕的 PIG 装置, 是 PIG 清洗 管道时的关键设备之一。根据管道特性及清洗要求 , 发送器上主要配备有动力源入口、测压计、通过指示器 等。根据管道安装状况及清洗条件, 发射器可设计成 水平式 、倾斜式和垂直式。 PIG 接收器安装在清洗管 道的末端, 回收清洗后的 PIG 。接收器上设计有排放 口、排气孔 、通过指示器等 。

2.3.2 相关检测系统

(1)压力监测装置,清洗过程中密切注意管内压力 的变化,由此可判断管道内结垢情况和 PIG 运行状况 ; (2)PIG 定位装置, 可以将地下管道中运行的 PIG 与地面探测器实现有效地联系, 从而可以比较准确地 判断 PIG 运行或停滞的位置; (3)PIG 通过指示器 ,通过定点安装的指示器 , 操 作人员可以直观准确地得知 PIG 通过与否和时间 。

2.3.3 动力源(推动介质) 是保证 PIG 顺利运行的关 键,根据被清洗管线和环境确定动力源。水(水是最常用 的推动介质,但水源必须可靠并能连续供给,清洗废液有 污染时须设污水处理装置),空气,油或其它流体介质均可 作为动力源。选择动力源要考虑的因素有管道设计压力、 输送压力、管径、输送介质、结垢状态和性质等。最大动力源压力不得大于管道设计压力。在线清 洗将 PIG 发送器和接收器安装在管道系统中 ,通过阀 门进行收发切换控制 , 实现清洗和输送工艺的转换。为收发 PIG 的简单工艺切换流程 。PIG 清洗最大 故障是卡径或堵塞 ,这种故障只要事先充分调查与准 备可完全避免 。喷砂清洗, 即用石英砂、钢丸等磨料靠 压缩空气作高速喷射, 以去除管道内壁的锈垢、油脂等 污物的一种清洗方法

2.4 喷砂清洗可分为干喷砂和湿喷砂 

为抑制粉尘的发生 ,干喷砂需配备集尘装置,湿喷 砂需在水中添加缓蚀剂以防锈。近年来在高压水射流 清洗技术基础上 , 开发出磨流射流技术。其原理是在 高速水射流形成真空作用下 ,引射石英砂等磨料,形成 均匀的两相射流 , 其除锈效果十分显著。金属表面均 匀发亮 。 喷砂清洗对短小口径的管子具有较高的清洗效 率 ,对于大口径管道由于进行磨料冲刷需要大量的压 缩空气, 在现场施工不现实 ,对长距离管路由于压力损 失太大 ,也不适宜施工 。

2.5 电子跟踪式清洗 

电子跟踪式清洗由皮碗式清管器、电子发射机 、电 子接受机 、通过指示仪组成 ,专门用于管道检测 。长输 管线,如给水 、输油、送气或化工原料输送管道有的长 达数千公里, 要进行清洗和检修之前必须摸清管内情 况 ,找到沉渣淤结点和管道变形处,电子跟踪式清洗由此产生 。当障碍物较大、管道严重变形时, 电子跟踪清 管器就会卡住, 被卡堵的信号的位置就是测定电子清 管器停留的地方 。在电子跟踪清管器内装有低频信号 发生器(电子发射机), 由于低频磁场穿透金属能力较 强,只要在管道上方的地面设置一些低频信号接受点 (通过指示仪)就能知道电子清管器的进程。 

2.6 爆炸法清洗 

是根据污垢的性质和厚度, 在排垢管道内布线状 装药(冲击载荷源), 并充水作为传压介质 。由于水是 不可压缩的 ,当线状装药在管道内沿传播方向爆炸时 , 产生瞬间的冲击波经过传压介质均匀作用于污垢和管 壁上, 污垢承受不住冲击波作用 , 变得疏松和细碎 , 管 壁受冲击发生弹性变形 , 污垢与管壁发生分离 。虽然 冲击载荷本身不能将粉碎的污垢排出管外 , 但辅以别 的机械办法及化学方法就可以做到这一点 。在我国爆 炸法清洗也已在水煤气管道清理等方面得到应用 。