天然氣地面集輸系統基線檢測動力源優選

張廷遠

（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，隨著油氣行業對天然氣管道和地面集輸系統安全意識和管理認知的不斷提高，管道本體缺陷的發現和集輸系統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，在管道投產前或投產初期進行基線檢測是獲得管道基線的最佳時機?，F今的智能檢測也叫內檢測[1]，即利用攜帶的儀器工具和設備通過清管作業的方式對管道進行在線檢測，檢測過程中工具運行需要選取合適介質作為動力源。目前較為普遍的是采用液氮作為動力源進行智能檢測，具有安全系數高、通用性強等優點，但液氮使用的綜合成本較高、使用要求高。因此，根據天然氣地面集輸系統現場的實際情況，擬在部分施工環節探索采用空氣+膜制氮氣代替液氮作為檢測作業的動力源，以達到降低施工成本的目標。

1 地面集輸系統基線檢測方法

天然氣地面集輸系統包括單井站、集氣站、控制站、閥室、輸氣管網等，在施工過程中進行的敷設、焊接、掩埋等工作中會在管道及容器內產生殘留物，造成管道和設備堵塞，在集輸系統投產前通過吹掃、清管、氣密、智能檢測等技術手段實施基線檢測，可發現管材制造缺陷、焊接缺陷、機械損傷、變形等多種在生產及敷設過程中造成的缺陷，獲得管道的基線檢測數據，結合完整性評估，為今后管道進行復檢提供數據校對的基礎信息，能有效降低管線事故的發生率，保證管道的壽命使其安全平穩運行[2]。

1.1 管道吹掃及清管

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

1.2 氣密試驗

按照管線的設計壓力依次對不同管段壓力進行氣密試驗，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時穩壓30min，驗漏檢查合格后，繼續升壓至氣密試驗壓力并穩壓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

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

1）預檢測清管及測量檢測。檢測內容程序為：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，當測量儀器穿過管線時，機械手感觸管線內表面情況，并將內徑的變化情況記錄下來。在進行內檢測之前，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據進行分析，突出顯示超過規定值的變形情況。內容包括管線長度、彎頭半徑、內徑變化檢測、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容包括：金屬損失（均勻腐蝕、點蝕、軸向溝槽、環向溝槽）、環焊縫與直焊縫、凹陷、施工損壞、管道設備和配件。

2 基線檢測動力源優選

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球作業的動力源具有穩定性好、可壓縮性小等特點，能保證設備在管道內以穩定的速度運行，保證數據的有效性和精度。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、環保要求等問題。② 液氮。使用液氮在天然氣場站及管道進行置換、氣密試壓、智能檢測、聯動調試等作業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）等優點，但液氮施工準備時間長、連續性差、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的動力源，雖然氣體壓縮性較強，但是通過控制機組數量、壓力、流量輸出等參數能夠保證流量的穩定性和施工的連續性，施工參數包括：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%。

不同動力源介質施工參數對照如表1所示。

2.2 基線檢測動力源介質優選

根據天然氣地面集輸系統不同作業項目基線檢測施工要求（表2），除場站作業因氣密試壓要求高（氣密壓力為9.6MPa、20MPa、40MPa）和智能檢測中金屬損失檢測介質要求（所需介質必須為液氮，以避免檢測設備在含氧環境中產生火花和粉塵影響檢測準確度）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 不同動力源介質施工參數對照表

表2 不同作業項目基線檢測施工要求表

3 現場應用評價

3.1 概況

氣田17×108m3年產能建設共包括15口開發井、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。凈化廠管網系統建設包括凈化氣年產能為34×108m3，建設4個單列處理規模為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設施等。

3.2 現場應用

氣田地面集輸系統完成了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次收發球作業，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。集輸系統累計使用空氣796590m3，膜制氮氣248244m3，液氮作業量1595.3m3。凈化廠管網系統累計使用空氣714572.5m3，膜制氮氣257537 m3，液氮作業量634.8m3。

3.3 應用評價

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行氣田地面集輸管網系統的吹掃、清管和智能檢測中的幾何變形檢測作業，符合GB27699-2011《鋼質管道內檢測技術規范》等要求，證實了空氣+膜制氮氣作為動力源替代液氮進行上述作業項目技術上是完全可行的。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、水等污染物總質量小于5kg，施工過程安全順利，滿足智能檢測作業要求。

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內容占到整體作業內容的75%，但綜合成本只占液氮的17%，大大降低了施工成本，并實現了作業環節的安全施工，如表3所示。

表3 兩種動力源成本對比表

4 結論

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基線檢測中管道吹掃、清管、智能檢測中部分項目等作業程序的動力源介質，施工壓力和氣體排量控制調節方法滿足檢測工具使用要求，施工成本大大降低。

2）現場施工中通過優化空壓機機組、膜制氮機組及液氮車組的設備配套及分布方案，根據場站場地大小、作業內容、電力負荷、施工順序等進行分類專項施工，可進一步減少空氣、膜制氮氣用量，節約作業時間和施工成本。

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

[2]馮慶善，賈光明，何淼，等.關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：石油工業出版社，2009.

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

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

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

[7]張志文，史瑞龍，吳良寅，等.油氣管道投產前驗收檢測技術現場的應用[J].機電產品開發與創新， 2017，30（1）：75-77.