一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，包括清管器降速系统、低点缓冲系统和管道减震稳定系统；所述清管器降速系统包括设置于长下坡段、采用厚壁管道和常规管道交替焊接构成的管道系统；所述低点缓冲系统包括设置于长下坡管道末端的大曲率半径、预制外锚固环的弯管；所述管道减震稳定系统包括沿长下坡管道设置的橡胶缓冲层和分段锚固点；所述清管器降速系统与上游输气管道焊接连接；所述清管器降速系统末端与所述低点缓冲系统连接，所述低点缓冲系统与下游输气管道焊接连接；所述管道减震稳定系统沿所述清管器降速系统设置。本实用新型专利技术能缓解清管器对管道末端的冲击；同时实现弯管冲击缓解和长下坡管道增稳的目的。

A Shock Mitigation System for Pigging of Long Downhill Gas Pipeline

The utility model discloses a pipeline pigging impact mitigation system for long downhill gas pipelines, which comprises a pigging speed reduction system, a low-point buffer system and a pipeline shock absorption and stabilization system; the pigging speed reduction system comprises a pipeline system arranged in a long downhill section and alternately welded by thick-walled pipelines and conventional pipelines; the low-point buffer system comprises a large one arranged at the end of a long downhill pipeline. Curvature radius, prefabricated elbow with external anchoring ring; the pipeline shock absorption and stabilization system includes rubber buffer layer and sectional anchoring points along long downhill pipelines; the pigging deceleration system is welded to the upstream gas pipeline; the end of the pigging deceleration system is connected to the low point buffer system, and the low point buffer system is welded to the downstream gas pipeline; and the pipeline is welded to the downstream gas pipeline. The shock absorption and stabilization system is arranged along the speed-reducing system of the pigging device. The utility model can alleviate the impact of the pigging device on the end of the pipeline, and at the same time realize the purpose of alleviating the impact of the elbow and increasing the stability of the long downhill pipeline.

【技术实现步骤摘要】
一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统
本技术涉及一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统。
技术介绍
随着油气开发快速发展，高温、高压气田日益扩张，大口径、高压力、高温差管道逐年增多，这类管道正常运行工况下的管道应力值处于较高的水平。清管是输气管道管道完整性管理的必要操作，对管道内部腐蚀控制、内壁检测和输送效率提升具有重要的作用。在清管过程中，受清管球(或清管器)运动和冲击影响，管道的局部应力水平将一定程度增加，主要体现在弯管、露空管件和设备上。大落差管道在输气管道管网中较为常见，分为爬坡和下坡管道两类。对于长下坡输气管道，由于所输介质具有较强的压缩性，因此清管器在此段管道中呈现出加速下落的特性。鉴于清管器自重较大(尤其对于大口径输气管道)，在长下坡管道末端处受弯管壁厚台阶和弯管转向的作用，会出现较大的碰撞和转向冲击，这对清管器本体、下坡管道、附属山体和水平管道等均可能造成强度、稳定性和在位性等多方面的影响。目前，针对油气管道清管应力问题的研究，仅有少量文献进行报道，研究侧重于清管球(或清管器)对弯管冲击荷载分析和管道整体应力分析。由于清管器存在过盈量，且其自身质量较大，因此在天然气管道内运行时，不可避免会在进入弯管和弯管转向中产生附加荷载：在进入弯管前，由于弯管母管壁厚大于直管，因此必然存在管道内壁壁厚台阶，对清管器运行产生一定阻碍，清管器外侧部件与台阶撞击后，会产生一定附加应力，具体数值与清管器运行速度和清管器质量相关；在弯管内转向时，受曲率半径、清管器尺寸和清管器运行速度影响，在向心力的作用下，产生附加冲击荷载。这些荷载对高压管道产生附加应力，提升管道应力水平。尤其对于一些特殊管道位置，这种影响更加显著：在大落差管道的底部弯管处，受清管器进入弯管前加速影响，此处清管器冲击非常严重；若大落差管道末端相邻设置了输气站场，则清管器以较快的速度进入出地露空弯管处，此时土壤约束消失，冲击效果明显放大，且产生的弯矩对站内安装的绝缘接头及其他法兰连接影响较大。由此可见，有效控制清管器运行参数，对减缓油气管道清管冲击具有重要意义。然而，目前鲜有针对气田集输管道弯管冲击荷载控制方法和具体做法的报道，应进一步提出克服方案，以提高高压气田集输管道的安全水平。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本技术提供了一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，基于输气管道清管过程中，清管器运行规律和管道所受冲击的基本原理，综合考虑保障清管过程中管道本体和附属管件的应力水平，从主动控制清管器运行速度的角度出发，借助调整通道过盈量、增大弯管曲率半径和增强沿途管道约束等手段，对长下坡输气管道进行清管过程应力控制，同时实施应力/应变检测，以降低管道运行风险，进一步实现安全操作。本技术所采用的技术方案是：一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，包括清管器降速系统、低点缓冲系统和管道减震稳定系统；所述清管器降速系统包括设置于长下坡段、采用厚壁管道和常规管道交替焊接构成的管道系统；所述低点缓冲系统包括设置于长下坡管道末端的大曲率半径、预制外锚固环的弯管；所述管道减震稳定系统包括沿长下坡管道设置的橡胶缓冲层和分段锚固点；所述清管器降速系统与上游输气管道焊接连接；所述清管器降速系统末端与所述低点缓冲系统连接，所述低点缓冲系统与下游输气管道焊接连接；所述管道减震稳定系统沿所述清管器降速系统设置。与现有技术相比，本技术的积极效果是：基于长下坡管道在清管干扰下的安全风险控制，从限制清管器下坡段速度的角度出发，通过设置清管器降速系统，缓解清管器对管道末端及弯管的冲击；同时设置清管器通过指示系统、低点缓冲系统和管道减震和稳定系统，实现清管器运行监控、弯管冲击缓解和长下坡管道增稳的目的。具体表现为：(1)设置科学本技术基于先进的应力分析模拟提出，着眼于清管器在长下坡输气管道加速运行的实际情况，借助厚壁管道增大运行摩擦力，减缓清管器加速行为，并降低清管器运行速度；通过厚壁管道/常规管道交替设置的方式，避免持续的高水平摩擦力引起卡球，也起到分散单次冲击荷载的作用，最终保证清管器到达管道末端时处于较低的运行速度，减缓冲击。(2)多措施协同作用本技术在进行清管器主动降速控制的基础上，通过设置低点缓冲系统和管道减震和稳定系统，进一步提高管道本体在运行和清管工况下的稳定性。(3)提升安全水平本技术立足通过有效降低清管器在长下坡管道的运行速度，本质上缓解了清管器与管道壁厚台阶和弯管发生冲击所引起的瞬时附加荷载，进一步提升了长下坡管道系统的安全水平。附图说明本技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本技术的结构示意图。具体实施方式一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，如图1所示，主要包括：上游输气管道1、下游输气管道2、橡胶垫层3、厚壁管道4、常规管道5、锚固结构6和坡底弯管7等。其中，厚壁管道4和常规管道5组成清管器降速系统；所述清管器减速系统为厚壁管道4和常规管道5交替焊接构成的输气管道，通过厚壁管道4增大清管器下坡过程中的运动阻力，降低速度，减小对末端的冲击；所述厚壁管道4的外径与上游输气管道1、下游输气管道2和常规管道5一致，壁厚大于上述管道，增厚量要求影响清管器通过，管端预制内壁坡口，角度不得大于10°；所述常规管道5的规格与上游输气管道1和下游输气管道2一致，与所述厚壁管道4交叉安装；所述厚壁管道4与常规管道5的安装数量比例为1:2或1:3。其中，橡胶垫层3和锚固结构6组成管道减震和稳定系统。所述管道减震和稳定系统为管沟底部敷设的橡胶垫层3和管道本体上间隔安装的锚固结构6，起到正常运行时增大管道稳定性，减小坡底部分管道应力水平和清管工况时冲击减震的作用。所述橡胶垫层3可为连续橡胶垫或废旧轮胎敷设，保持管沟底部平顺；所述锚固结构6为管道上安装的锚固体(例如锚固法兰或锚固钢圈)在管道就位后浇筑的钢筋混凝土结构；所述锚固结构6的刚度不得过大，允许管道方向0.5％位移量。其中，坡底弯管7为低点缓冲系统；所述低点缓冲系统采用大曲率半径弯管，为清管器转向提供充分空间，避免清管器中心金属部件与管道内壁发生碰撞。所述坡底弯管7的曲率半径大于6倍管道直径；所述坡底弯管7采用自然回填和后期夯实打底，不得采用刚性基础；所述坡底弯管7在两边管袖上预制带开孔钢环，钢环直径为弯管外径2倍，钢环间隔300mm安装，起到利用钢环固结、夯实弯管周围土壤，提高抗冲击能力和利用钢环开孔保持弯管轴向位移能力的作用。其中，所述清管指示器和预埋应变检测系统组成安全运行监测系统。所述安全运行检测系统为清管指示器和预埋应变检测系统共同组成的用于各种工况的长下坡输气管道安全监测系统，起到清管器通过信息识别、清管器减速效果评估和管道应力/应变检测的作用。所述清管指示器为2个，安装于上游输气管道1和下游输气管道2，夹持型，在清管工况下临时安装，具备指示并上传清管器通过信息的功能；所述预埋应变检测系统为安装于清管器降速系统和低点缓冲系统外表面的应变片及数据传送系统；所述厚壁管道4和坡底弯管7的焊缝附近区域、弯管区域为主要检测点。所示系统中，上游输气管道1、清管器降速系统、坡底弯管7和下游输气管道2顺序连接，埋地安装，安装组对顺序根据实际地形及施工条件调整。在上游输气管道1和清管器降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，其特征在于：包括清管器降速系统、低点缓冲系统和管道减震稳定系统；所述清管器降速系统包括设置于长下坡段、采用厚壁管道和输气管道交替焊接构成的管道系统；所述低点缓冲系统包括设置于长下坡管道末端的大曲率半径、预制外锚固环的弯管；所述管道减震稳定系统包括沿长下坡管道设置的橡胶缓冲层和分段锚固点；所述清管器降速系统与上游输气管道焊接连接；所述清管器降速系统末端与所述低点缓冲系统连接，所述低点缓冲系统与下游输气管道焊接连接；所述管道减震稳定系统沿所述清管器降速系统设置。

【技术特征摘要】
1.一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，其特征在于：包括清管器降速系统、低点缓冲系统和管道减震稳定系统；所述清管器降速系统包括设置于长下坡段、采用厚壁管道和输气管道交替焊接构成的管道系统；所述低点缓冲系统包括设置于长下坡管道末端的大曲率半径、预制外锚固环的弯管；所述管道减震稳定系统包括沿长下坡管道设置的橡胶缓冲层和分段锚固点；所述清管器降速系统与上游输气管道焊接连接；所述清管器降速系统末端与所述低点缓冲系统连接，所述低点缓冲系统与下游输气管道焊接连接；所述管道减震稳定系统沿所述清管器降速系统设置。2.根据权利要求1所述的一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，其特征在于：在所述清管器降速系统与上游输气管道连接处、以及在所述低点缓冲系统与下游输气管道连接处均设置有清管器运行监控系统。3.根据权利要求2所述的一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，其特征在于：所述清管器运行监控系统包括清管指示器和预埋应变检测系统。4.根据权利要求3所述的一种长下坡输气管道清管冲击减缓系统，其特征在于：所述清管指示器为2个，分别安装于上游输气管道和下游输气管道，为夹持型；所述预埋应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊文，汤晓勇，刘东明，谌贵宇，李束为，杨帆，郭艳林，王磊，昝林峰，李巧，陈杰，李强，
申请(专利权)人：中国石油工程建设有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51