馬偉平 ，劉忠昊，董 博，廖葉光

1.中國(guó)石油管道科技研究中心 （河北 廊坊 065000）

2.中國(guó)石油天然氣管道局設(shè)計(jì)院 （河北 廊坊 065000）

3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部 （北京 100101）

4.中國(guó)石油西南管道南寧輸油氣分公司 （廣西 南寧 541899)

中俄原油管道是我國(guó)第一條通過(guò)永凍土地區(qū)的大口徑、高壓力、長(zhǎng)距離原油管道，沿線地質(zhì)復(fù)雜、氣候惡劣，深入研究俄羅斯管道標(biāo)準(zhǔn)在高寒凍土區(qū)的理念和作法，借鑒俄羅斯管道標(biāo)準(zhǔn)中先進(jìn)條款和技術(shù)指標(biāo)，對(duì)于保障中俄原油管道安全運(yùn)行具有重要的意義。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)化文件與管道行業(yè)密切相關(guān)的是指導(dǎo)性文件PД、BH、OP、CO等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及OCT、BCH、ПБ和СНиП等部門標(biāo)準(zhǔn)。限于篇幅，本研究從上千項(xiàng)俄羅斯管道標(biāo)準(zhǔn)中重點(diǎn)篩選了管道清管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，力求在一定程度上代表俄羅斯管道清管的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì)（表1）。

中國(guó)管道清管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有3類：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50251-2003《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]、GB 50253-2006《輸油管道設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50369-2006《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5922-2003《天然氣管道運(yùn)行規(guī)范》、SY/T 5536-2004《原油管道運(yùn)行規(guī)程》和SY/T 6695-2007《成品油管道運(yùn)行規(guī)范》；企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 1059-2009《油氣輸送管道線路工程施工技術(shù)規(guī)范》等。

表1 俄羅斯管道清管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1 清管方式

表1中前3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道清管有4種方式：可分離式清管器、不使用可分離式清管器(高速液流沖洗/高速氣流吹掃)、拉伸式清管裝置和液體置換。直徑大于219mm管道應(yīng)使用可分離式清管器；直徑小于219mm管道，當(dāng)曲率半徑小于5倍管徑或者清管長(zhǎng)度小于1km可不使用可分離式清管器，但采用高速氣流吹掃的管段長(zhǎng)度不超過(guò)5km；拉伸式清管裝置是指借助拖動(dòng)推桿移動(dòng)清管器以及利用內(nèi)部或外部定心進(jìn)行清管；液體置換是指管道試壓后通過(guò)高速液流排出污染物的方式進(jìn)行清管。為提高清管質(zhì)量，減少油-水混合懸浮液體積，還使用凝膠-溶劑式機(jī)械分離清管器，溶劑是汽油或二乙烯乙醇（圖1）。相對(duì)我國(guó)管道清管使用清管球(器)，俄羅斯管道清管裝置和清管方式更為多樣化。

關(guān)于清管器允許通過(guò)的曲率半徑，中國(guó)和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)基本相近。GB 50369規(guī)定清管器應(yīng)適用管線彎管的曲率半徑；Q/SY 1059規(guī)定清管器應(yīng)可以通過(guò)曲率半徑5倍的彎管。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ規(guī)定當(dāng)曲率半徑小于5倍管徑時(shí)，可不使用可分離式清管器。

圖1 凝膠-溶劑式機(jī)械分離清管器示意圖

2 清管器運(yùn)行速度

表1中第1、2、5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可分離式清管器運(yùn)行速度不應(yīng)小于1km/h，不使用可分離式清管器，由液體流動(dòng)速度保證清管質(zhì)量，液體流動(dòng)速度不應(yīng)小于5km/h。Q/SY 1059規(guī)定原油清管器運(yùn)行速度宜控制在3～6km/h；SY/T 5922規(guī)定天然氣管道清管器運(yùn)行速度一般宜控制在3.5～5m/s(12～18km/h)。關(guān)于清管器運(yùn)行速度和管道吹掃速度，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。

3 清管周期

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)“清管周期”比較簡(jiǎn)略，缺乏定量要求，不能完全指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1）SY/T 5922規(guī)定輸氣管道應(yīng)根據(jù)氣質(zhì)組成、管道輸送效率和輸送壓差確定合理的清管周期，當(dāng)管道輸送效率小于0.95時(shí)宜進(jìn)行清管。管道輸送效率為實(shí)際輸氣量與設(shè)計(jì)輸氣量的比值，由于氣源不穩(wěn)定性、用戶調(diào)峰和支線分輸?shù)仍颍搮?shù)不能真正反應(yīng)管道實(shí)際情況，作為清管周期的依據(jù)，具有一定片面性和局限性。

2）SY/T 5536規(guī)定原油管道首次和不定期清管，應(yīng)制定清管方案。目前熱油管道結(jié)蠟預(yù)測(cè)技術(shù)較為成熟[2-4]，由于輸量較低、結(jié)蠟層的保溫作用，管道在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可能不清管，應(yīng)綜合考慮管道結(jié)蠟不均勻性、能耗經(jīng)濟(jì)性和低輸量運(yùn)行安全性等因素，進(jìn)而確定最優(yōu)結(jié)蠟厚度和清管周期[5]。

3）SY/T 6695規(guī)定根據(jù)管道運(yùn)行和油品質(zhì)量檢測(cè)情況安排成品油管道清管作業(yè)。由于雜質(zhì)過(guò)多堵塞過(guò)濾器導(dǎo)致成品油管道頻繁停輸較為常見，但管道內(nèi)腐蝕機(jī)理有待進(jìn)一步研究，例如微生物腐蝕、管材氧化腐蝕、水溶性和酸性腐蝕等。

表1中第1項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新建管道要求具備連續(xù)通信能力時(shí)，才可以進(jìn)行清管作業(yè)和壓力試驗(yàn)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)缺少此類規(guī)定。表1中第6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)編制輸油管道清管年度作業(yè)計(jì)劃，應(yīng)根據(jù)輸油管道實(shí)際情況和油品物性確定清管周期，但每季度不少于一次。定期清管周期內(nèi)管道輸送能力下降3%及以上時(shí)，應(yīng)進(jìn)行緊急清管。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)“清管周期”既有原則性規(guī)定，也有最低要求，具有借鑒意義。

4 管道有效直徑計(jì)算

根據(jù)管道歷史運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算管道有效直徑，掌握管道結(jié)蠟狀況，是確定原油管道是否進(jìn)行清管的重要依據(jù)和有效方法，但國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)相關(guān)規(guī)定。表1中第6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定原油管道流速低于1m/s或者未進(jìn)行周期性清管。根據(jù)管道運(yùn)行參數(shù)，每個(gè)月抽取5～10 個(gè)時(shí)間段，周期 8～24h，周期內(nèi)輸油參數(shù)（流量、壓力）無(wú)較大變化。

每個(gè)時(shí)間段管道有效直徑按下式計(jì)算：

式中：D為管段有效直徑，m；L為管段長(zhǎng)度，m；Q為管段平均體積流量，m3/s；v為原油運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；ΔP 為管段壓差，m；ΔZ 為管段高程差，m；m 為水力摩阻系數(shù),對(duì)于層流，m=1,水力光滑區(qū)，m=0.25。

5 清管質(zhì)量控制措施

針對(duì)“清管質(zhì)量控制措施”，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)比較簡(jiǎn)略，例如GB 50251和GB 50369規(guī)定油氣管道試壓前清管應(yīng)不少于2次；GB 50369和Q/SY 1059規(guī)定清管應(yīng)分段進(jìn)行。表1中第2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定清管前應(yīng)向管道注入其容量10%～15%的水，以便濕潤(rùn)和沖刷污染物，清管必須通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)行注水，防止泥沙、異物進(jìn)入管道；表1中第5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管道分段清管，管段長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)40km。俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)具有借鑒意義。

針對(duì)“管道清管合格條件”，中國(guó)和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)基本相近，GB 50369規(guī)定管道清管以開口端不再排出雜物為合格。表1中第2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可分離式清管器從管道中穿過(guò)沒有任何損壞時(shí)認(rèn)為清管質(zhì)量合格；不使用可分離式清管器，由液體流動(dòng)速度保證清洗質(zhì)量，當(dāng)排放管排出液流不含污染物時(shí)認(rèn)為清管質(zhì)量合格。

6 清管器跟蹤

針對(duì)“清管器跟蹤”，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)是非強(qiáng)制性要求，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性要求，例如SY/T 5922規(guī)定清管器宜安裝發(fā)訊裝置，便于跟蹤定位；SY/T 5536規(guī)定首次進(jìn)行清管、不定期清管或清管器破損需發(fā)送機(jī)械清管器推出破損的清管器時(shí)，機(jī)械清管器應(yīng)安裝跟蹤設(shè)備，沿線應(yīng)進(jìn)行跟蹤。表1中第6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定清管器應(yīng)配備防爆構(gòu)型的低頻傳送器，與地面便攜式定位儀監(jiān)測(cè)清管器通過(guò)管段的情況，檢驗(yàn)清管器卡阻的情況。

針對(duì)“清管器跟蹤監(jiān)測(cè)設(shè)置地點(diǎn)”，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)較為簡(jiǎn)略，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)更為細(xì)化，具有借鑒意義，例如SY/T 5922規(guī)定根據(jù)管道全面調(diào)查資料和實(shí)際情況設(shè)置清管器監(jiān)聽點(diǎn)，在中間閥室、支線、穿跨越、高程差較大管道等特殊地點(diǎn)應(yīng)設(shè)監(jiān)聽點(diǎn)，并配備信號(hào)接收裝置和通過(guò)指示儀；SY/T 5536規(guī)定清管器發(fā)送前，根據(jù)管道線路情況，以適宜的距離選擇放置接收機(jī)的地點(diǎn)，特殊地段應(yīng)加密跟蹤點(diǎn)。表1中第5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定清管器跟蹤由配備低頻聲學(xué)測(cè)位器的專業(yè)承包商負(fù)責(zé)，專業(yè)承包商數(shù)量取決于管段長(zhǎng)度(2km以內(nèi)，1 支；2～12km，2 支；12～24km，3 支；24～40km，4支)。用于監(jiān)測(cè)清管器發(fā)送信號(hào)的檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在管道軸線上方，間距不超過(guò)1km，以下位置應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)：①線路截?cái)嚅y；②干線管道與等徑或支線管道的節(jié)點(diǎn)；③干線管道與不小于70%干線管道直徑的支線管道的節(jié)點(diǎn)；④與水平方向夾角45°的干線管道彎管處。

7 清管安全措施

針對(duì)“清管安全措施”，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)為原則性規(guī)定，例如GB 50369規(guī)定管道清管施工前，應(yīng)編制施工方案，制定安全措施，并充分考慮施工人員及附近公眾與設(shè)施安全。清管作業(yè)應(yīng)統(tǒng)一指揮，并配備必要的交通工具、通信及醫(yī)療救護(hù)設(shè)備。SY/T 6695規(guī)定清管作業(yè)應(yīng)制定相應(yīng)的清管方案，明確清管作業(yè)組織機(jī)構(gòu)、清管器的選用、清管步驟、流程操作、運(yùn)行控制、事故預(yù)案等事宜。表1中第5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定原油管道清管作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)閺墓艿垒S線至兩側(cè)25m范圍，天然氣管道清管作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)椋汗艿拦軓?00～300mm，從管道軸線至兩側(cè)40m范圍；管道管徑300～800mm，從管道軸線至兩側(cè)60m范圍；管道管徑800～1 400mm，從管道軸線至兩側(cè)100m范圍，具有借鑒意義。

8 結(jié)論和建議

通過(guò)借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)提高我國(guó)油氣管道運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)水平，以及加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，提出如下建議：

1）建議進(jìn)一步研究不使用可分離式清管器(高速液流沖洗/高速氣流吹掃)、拉伸式清管裝置和液體置換等清管方式的可靠性，特別是上述清管技術(shù)對(duì)于中、小管徑管道的適用性。

2）借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn) СНиП III-42-1980，建議GB 50251和GB 50253規(guī)定新建管道要求具備連續(xù)通信能力時(shí)，才可以進(jìn)行清管作業(yè)和壓力試驗(yàn)。

3）借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)РД 39-30-598-1981，建議SY/T 5536規(guī)定根據(jù)原油管道歷史運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算管道有效直徑，掌握管道結(jié)蠟狀況，進(jìn)而確定清管的周期。

4）借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn) ВСН 011-1988和 ОР-16.01-60.30.00-КТН-2004， 建議 GB 50251和 GB 50253規(guī)定清管作業(yè)應(yīng)利用過(guò)濾器進(jìn)行注水以及分段清管長(zhǎng)度，以保證清管質(zhì)量。

5）借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn) ОР-16.01-60.30.00-КТН-2004，建議SY/T 5536和SY/T 5922針對(duì)“清管器跟蹤”進(jìn)行強(qiáng)制性要求，以及規(guī)定清管器跟蹤監(jiān)測(cè)設(shè)置地點(diǎn)。

6）借鑒俄羅斯標(biāo)準(zhǔn) ОР-16.01-60.30.00-КТН-2004，建議SY/T 5536和SY/T 5922規(guī)定原油清管作業(yè)危險(xiǎn)區(qū)域范圍。

[1]GB 50251-2003輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]黃啟玉，李瑜仙，張勁軍.普適性結(jié)蠟?zāi)Ｐ脱芯縖J].石油學(xué)報(bào)，2008，29(3)：459-462.

[3]王曉梅，陳國(guó)群，艾慕陽(yáng).用雙曲正切結(jié)蠟?zāi)Ｐ陀?jì)算含蠟原油管道的結(jié)蠟分布[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2008，27(12)：24-27.

[4]苗青,石蕾.加劑大慶原油結(jié)蠟規(guī)律研究[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2004,23(7)：53-58.

[5]馬偉平，王艦，王禹欽.任京線正反輸運(yùn)行長(zhǎng)期不清管條件下的結(jié)蠟規(guī)律[J].石油工程建設(shè)，2011,37(6)：7-11.