摘　要：闡述城市燃?xì)獾乩硇畔⑾到y(tǒng)(GIS)中清管模塊開發(fā)的背景、需求、設(shè)計(jì)思路、模塊功能。通過該清管模塊在實(shí)際清管作業(yè)、變形檢測(cè)作業(yè)中的應(yīng)用，驗(yàn)證清管模塊具有錄入設(shè)標(biāo)點(diǎn)信息、指導(dǎo)控制清管器和檢測(cè)器速度、預(yù)計(jì)清管器和檢測(cè)器通過各設(shè)標(biāo)點(diǎn)時(shí)間、自動(dòng)計(jì)算實(shí)際球速等功能，可節(jié)省人力成本，提高作業(yè)效率。指出該清管模塊的不足之處，給出了修正球速理論值與實(shí)際值之間偏差的方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：清管；??內(nèi)檢測(cè)；??地理信息系統(tǒng)(GIS)；??清管模塊；??流量控制；??球速控制

Abstract：The development background，demand，design thinking and functions of pigging module in geographic information system(GIS) of city gas are expounded．Through the application of pigging module in the actual pigging operation and deformation detection，it is verified that the pigging module has some functions including inputting pipeline mark data，instructing control of pig and detector velocity，forecasting the times of pig and detector passing through each mark and automatic calculation of actual pig velocity，which can save labor costs and improve the working efficiency．The shortcomings of pigging module are indicated．The method and empirical data to correct the deviation between the theoretical value and the actual value of pig velocity are given．

Keywords：pigging；internal detection；geographic information system(GIS)；pigging module；control of flow rate；control of pig velocity

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隨著環(huán)保要求的提高，天然氣需求增長(zhǎng)迅速，天然氣管道建設(shè)速度將加快，預(yù)計(jì)到2015年中國(guó)天然氣管道長(zhǎng)度將接近10×10⁴km。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特頒布了TSG D7003—2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——長(zhǎng)輸(油氣)管道》，要求新建管道應(yīng)當(dāng)在投產(chǎn)3a內(nèi)進(jìn)行首次包括內(nèi)檢測(cè)的管道全面檢查，之后根據(jù)管道的最大允許壓力、運(yùn)行條件下的應(yīng)力水平、失效壓力等條件確定內(nèi)檢測(cè)周期。

管道內(nèi)檢測(cè)又叫智能檢測(cè)，屬于在線檢測(cè)。檢測(cè)器在管道內(nèi)隨介質(zhì)運(yùn)行并實(shí)時(shí)采集、記錄管道信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道本體變形、內(nèi)腐蝕的檢測(cè)。內(nèi)檢測(cè)的主要工作包括前期踏勘及設(shè)標(biāo)、管道清管、管道變形檢測(cè)、管道腐蝕檢測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)處理和分析、檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證、管道變形和腐蝕檢測(cè)報(bào)告編制、管道完整性評(píng)價(jià)。前期踏勘管道沿線，確定清管器或檢測(cè)器跟蹤點(diǎn)(又稱設(shè)標(biāo)點(diǎn))的位置、間距、跟蹤方式。跟蹤方式分為人工跟蹤、埋設(shè)AMG盒。人工跟蹤方式是跟蹤人員在設(shè)標(biāo)點(diǎn)使用接收機(jī)接收由清管器或檢測(cè)器上發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)，確認(rèn)清管器或檢測(cè)器通過設(shè)標(biāo)點(diǎn)。當(dāng)清管器或檢測(cè)器在管道中發(fā)生卡堵時(shí)，可用接收機(jī)準(zhǔn)確判斷出清管器的卡堵位置。埋設(shè)AMG盒方式是在人員難以及時(shí)到達(dá)的設(shè)標(biāo)點(diǎn)處預(yù)埋AMG盒，記錄清管器或檢測(cè)器的經(jīng)過時(shí)間。利用清管器或檢測(cè)器通過相鄰兩設(shè)標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間，可以計(jì)算管道內(nèi)的清管器或檢測(cè)器的運(yùn)行速度并判斷運(yùn)行的穩(wěn)定性。清管、變形檢測(cè)、腐蝕檢測(cè)這三項(xiàng)工作按序進(jìn)行，作業(yè)開始時(shí)需在發(fā)球門站將清管器或檢測(cè)器發(fā)送至管道內(nèi)，清管器或檢測(cè)器以管道內(nèi)輸送介質(zhì)的壓差為動(dòng)力，沿主管道進(jìn)行管道的清掃或壁面變形、腐蝕缺陷的掃描檢測(cè)，至收球門站進(jìn)入收球筒，完成全程的清管或檢測(cè)。清管器的類型通常有碟型清管器、測(cè)徑板清管器、鋼刷清管器、磁力清管器、鋼刷磁力組合清管器。這些清管器上都帶有皮碗，并根據(jù)實(shí)際情況在皮碗上開有數(shù)量、大小不同的泄流孔。受清管器的重量、摩擦力、泄流孔的面積等因素影響，正常運(yùn)行的情況下，清管器或檢測(cè)器的運(yùn)行速度小于管道內(nèi)氣體流速。在管道工況相同時(shí)，不同類型的清管器、變形檢測(cè)器、腐蝕檢測(cè)器的實(shí)際運(yùn)行速度各不相同，這增加了速度控制的難度，而檢測(cè)器在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)直接影響到檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性。為保證穩(wěn)定的氣流，檢測(cè)器經(jīng)過分輸支線前后0.5h的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，需進(jìn)行支線的停供。支線停供對(duì)城市燃?xì)庥脩艄獾挠绊懯购芏喑鞘腥細(xì)膺\(yùn)營(yíng)單位難以實(shí)施內(nèi)檢測(cè)。

深圳市天然氣次高壓管道安坪段于2006年8月投產(chǎn)，管道全長(zhǎng)為68.8km，通過坪山門站、安托山門站接收廣東大鵬液化天然氣公司供應(yīng)的澳洲氣源。為安全供氣，安坪段管道連接了大工業(yè)區(qū)LNG應(yīng)急氣化站和梅林LNG應(yīng)急氣化站。隨著西氣東輸二線的氣源供應(yīng)深圳及其他高壓、次高壓管道、廠站的陸續(xù)投產(chǎn)，氣源保障逐步增強(qiáng)，在進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)作業(yè)時(shí)，城市燃?xì)庥脩艄獾靡员Ｕ?。因此，?013年首次進(jìn)行了安坪線次高壓管道的內(nèi)檢測(cè)作業(yè)。發(fā)球門站為坪山門站，收球門站為安托山門站，安托山門站連接次高壓管道的東線(安坪線)和西線，西線連接由西氣東輸二線供應(yīng)的求雨嶺門站及留仙洞高壓一次高壓調(diào)壓站。次高壓管道的設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，實(shí)際運(yùn)行壓力為1.5MPa，主線管道規(guī)格為?508×7.9，材質(zhì)為L(zhǎng)360(X52)，采用3PE外防腐層。安坪段沿線共有閥室13座，分輸支線9條，支線上連接次高壓一中壓調(diào)壓站14座，經(jīng)過大中型河流4處，穿越公路118處，穿越鐵路7處，穿越施工方式包括大開挖、頂管、定向鉆。

①保持清管器或檢測(cè)器所在管段的壓力、流量穩(wěn)定；

②保證檢測(cè)器所在管段氣體流向始終由坪山門站流向安托山門站，避免變形檢測(cè)器、腐蝕檢測(cè)器出現(xiàn)倒行而損壞設(shè)備；

③檢測(cè)設(shè)備所在管段內(nèi)氣體流速控制在0.5～3m／s，盡量保持流速穩(wěn)定；

④沿線調(diào)壓站在清管器、檢測(cè)器到達(dá)前30min臨時(shí)關(guān)閉，通過后30min再緩慢打開；

⑤通過作業(yè)開始時(shí)間及球速控制，盡量保證白天進(jìn)行收發(fā)球、跟蹤作業(yè)，降低操作風(fēng)險(xiǎn)。

為安全、有序、協(xié)調(diào)進(jìn)行作業(yè)，建立了項(xiàng)目指揮部，分設(shè)管道現(xiàn)場(chǎng)指揮組、廠站現(xiàn)場(chǎng)指揮組、HSE(Health，Safety，Environment)組、應(yīng)急保障組、調(diào)度中心，作業(yè)涉及人員185人。管道現(xiàn)場(chǎng)指揮組設(shè)置4個(gè)跟球小組，滾動(dòng)式作業(yè)，跟球小組需及時(shí)向調(diào)度中心匯報(bào)清管器或檢測(cè)器通過設(shè)標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間。廠站現(xiàn)場(chǎng)指揮組又分為發(fā)球組、收球組、工藝操作組。發(fā)球組、收球組分別負(fù)責(zé)在坪山門站發(fā)球，在安托山門站收球；工藝操作組則負(fù)責(zé)在清管器或檢測(cè)器通過支線前0.5h和通過后0.5h進(jìn)行支線上次高壓—中壓調(diào)壓站的停止供氣和恢復(fù)供氣。

調(diào)度中心收集、匯總現(xiàn)場(chǎng)信息，計(jì)算分析清管器或檢測(cè)器實(shí)時(shí)速度，調(diào)整供氣門站、LNG應(yīng)急氣化站的流量，有效控制球速，滿足內(nèi)檢測(cè)作業(yè)的工藝要求。預(yù)測(cè)清管器或檢測(cè)器通過各分輸支線及收球門站的時(shí)間，提前通知廠站現(xiàn)場(chǎng)指揮組做好相應(yīng)操作準(zhǔn)備。通過調(diào)整清管器或檢測(cè)器的發(fā)球時(shí)間和速度，避免在供氣高峰時(shí)段關(guān)停重要的調(diào)壓站而影響下游供氣。在清管器或檢測(cè)器卡堵的應(yīng)急情況下，進(jìn)行管網(wǎng)運(yùn)行工況調(diào)整及供氣保障的氣量調(diào)度。

在作業(yè)過程中，調(diào)度中心綜合實(shí)現(xiàn)了信息收集、數(shù)據(jù)分析、管網(wǎng)工況調(diào)整、協(xié)調(diào)作業(yè)等功能。為有效調(diào)度，調(diào)度中心借助信息化手段，利用GIS中與SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的功能、拓?fù)淇臻g計(jì)算能力及簡(jiǎn)潔直觀的人機(jī)界面，開發(fā)了專用于清管和檢測(cè)作業(yè)的模塊(簡(jiǎn)稱清管模塊)，拓展了GIS在城市燃?xì)鈨?nèi)檢測(cè)作業(yè)中的應(yīng)用。

①利用GIS中的拓?fù)涔δ埽ㄟ^人工選取收、發(fā)球門站，自動(dòng)識(shí)別高壓、次高壓管道及調(diào)壓站的連接關(guān)系，定義上下游流向。

②利用GIS中原有的管道屬性信息及直觀的人機(jī)界面，錄入設(shè)標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)、序號(hào)、周邊環(huán)境、跟蹤方式(人工跟蹤或AMG盒)，預(yù)先設(shè)定清管器或檢測(cè)器通過設(shè)標(biāo)點(diǎn)的平均速度，記錄清管器或檢測(cè)器的實(shí)際通過時(shí)間、實(shí)際平均速度，預(yù)計(jì)通過下游設(shè)標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間。

③按原SY／T 6383—1999《長(zhǎng)輸天然氣管道清管作業(yè)規(guī)程》中第5．1．7條，推導(dǎo)出清管器或檢測(cè)器理論推球流量的計(jì)算公式如下：

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式中q0——清管器或檢測(cè)器理論推球輸氣流量(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，m³／h

d——管道內(nèi)直徑，m，通過讀取GIS中管道屬性的外直徑、壁厚信息，自動(dòng)計(jì)算出

內(nèi)直徑

v——清管器或檢測(cè)器通過設(shè)標(biāo)點(diǎn)的預(yù)設(shè)平均速度，m／s，在模塊中設(shè)標(biāo)點(diǎn)屬性欄中輸入

p——清管器或檢測(cè)器所在位置上游最近的閥室壓力或調(diào)壓站進(jìn)站壓力的SCADA讀數(shù)，MPa

④有關(guān)理論控制流量的計(jì)算。本工程的次高壓管道涉及到門站、高壓—次高壓調(diào)壓站、次高壓—中壓調(diào)壓站、LNG應(yīng)急氣化站。其中門站、高壓—次高壓調(diào)壓站、LNG應(yīng)急氣化站是向次高壓管道供氣的設(shè)施，次高壓—中壓調(diào)壓站是由次高壓管道供氣的設(shè)施。在內(nèi)檢測(cè)作業(yè)中，門站按功能分為發(fā)球門站、收球門站、僅供氣用門站。城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)分輸支線較多，發(fā)球門站供氣除滿足推球輸氣流量外，尚應(yīng)保證清管器或檢測(cè)器上游分輸支線實(shí)時(shí)變化的次高壓—中壓調(diào)壓站的供氣需求。建立內(nèi)檢測(cè)作業(yè)輸配系統(tǒng)簡(jiǎn)圖(見圖1)，計(jì)算發(fā)球門站的理論控制流量qs、清管器(檢測(cè)器)下游進(jìn)氣的理論控制流量qd。

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式中qs——發(fā)球門站的理論控制流量(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，m³／h

Qt,i——各調(diào)壓站的供氣流量(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，m³／h

i——以發(fā)球門站為始端，次高壓—中壓調(diào)壓站的序號(hào)，當(dāng)i=0時(shí)，qt,0＝0

m——清管器或檢測(cè)器上游次高壓—中壓調(diào)壓站的數(shù)量

ql,j——清管器或檢測(cè)器上游各LNG應(yīng)急氣化站的供氣流量(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，m³／h

j——以發(fā)球門站為始端，LNG應(yīng)急氣化站的序號(hào)，當(dāng)j＝0時(shí)，ql,0＝0

k——清管器或檢測(cè)器上游LNG應(yīng)急氣化站的數(shù)量