清管器毕业设计.doc

毕 业 论 文课题名称天然气清管技术及管道保护研究系/专 业 机械工程/机械制造与自动化 班 级机自1011班 学 号学生姓名相大双指导教师：李萍萍 2023年 5 月 10日摘 要 清管作业是天然气长输管道投产前或运营中的一项重要工作，可保证管道的正常运营和输气效率。文章从清管器的种类、性能、跟踪和定位方法、清管工艺、清管效果评价指标以及清管过程中常出现的故障和解决方法等方面对清管技术进行了全面的论述，针对目前清管作业中存在的问题，如清管器结构单一、清管效果不太抱负、清管器的减振效果差、偏磨严重、跟踪仪器脱落、清管器损坏甚至骨架断裂等进行了较具体的探讨，并提出了改善建议。关键词：天然气长输管道；清管器；清管工艺；故障；改善措施。AbstractPigging operation is an important work of pipeline before production or operation of long distance gas, normal operation can guarantee the pipeline and gas transmission efficiency. This article from the pig species, properties, tracking and positioning method, pipe cleaning technology, cleaning effect evaluation index and pigging process often appears the fault and processing method of cleaning technology are discussed in this paper, aiming at the existing problems in the operation of cleaning pipe, such as pipe cleaner single structure, cleaning effect is not ideal, pigging damping effect is poor, serious, tracking device off, damage pigging even skeleton fracture partial grinding are discussed in detail, and putforward suggestions for improvement.kewords: natural gas pipeline; pigging process; pigging; fault; improvement measures. 目 录第一章 绪论11.1本课题的背景11.2清管目的11.3清管器发展历程21.4清管器的种类21.4.1清管球21.4.2皮碗清管器21.4.3直板清管器31.4.4测径清管器31.4.5泡沫清管器41.4.6磁漏检测清管器41.4.7组合式涡轮清管器51.4.8智能清管器5第二章 清管技术72.1清管器的工作原理72.2 清管设备的组成72.3 清管器收发装置82.4工艺流程92.4.1清管器清洗工艺流程92.4.2清管器发送和接受过程9第三章 清管器运营参数113.1清管器过盈量的选择113.2 清管段起终点最大压差的估算113.3 清管始发站输气压力113.4 清管器运营速度113.5 清管所需推球输气流量的估算113.6 清管所需总进气量估算113.7 清管器运营距离估算12第四章 清管器在管道内涂敷中的运用134.1管道内涂层的意义及发展现状134.2 内涂层减阻原理144.3 管壁粗糙度154.4内涂层管道水力计算164.5内涂层施工技术204.5.1 管道内涂层施工技术的发展水平204.5.2管道内涂敷施工工艺20第五章 天然气管道清管作业风险分析及应对措施245.1清管器卡堵245.2清管器窜气245.3球筒盲板操作风险245.4收发球筒阀门泄漏255.5泥沙和污物阻塞管道255.6清出大量污水、污泥255.7清出硫化物255.8收发球操作时天然气爆炸或着火255.9阀门拆卸导致天然气爆炸255.10环境污染265.11收球在线排污作业风险265.12人身伤害26第六章 新管线投产置换方案276.1管道概况及方案制定依据276.1.1 工程基本状况276.1.2 工艺站场、阀室276.2 投产指挥工作流程276.3 置换投产必须具有的条件286.4 置换前的准备工作296.5 总体环节296.6 薛埠站动火连头作业及新工艺管线升压306.6.1 动火连头期间，薛埠站生产运营安排306.6.2动火连头环节316.6.3站内新工艺管线天然气置换升压316.7干线天然气置换升压326.7.1置换方法326.7.2监视点设立326.7.3干线升压环节326.7.4薛埠分输站至高塍分输站干线氮气置换操作326.7.5薛埠分输站至高塍分输站干线天然气置换操作:33第七章 清管器的研究与应用337.1国内的研究与应用337.2国外研究与应用34第八章 展望35结束语37谢辞38参考文献：39 第一章 绪论1.1本课题的背景管道在工业生产和民用部门都有着广泛的应用,对于水、石油、燃气等流体采用管道方式运送具有方便、快捷、成本低等多种优点特别是在远距离输送过程中更能显示出它的优势。但在长期使用过程中在管道的内壁上会沉积或形成污垢。如在输水管道中会形成水垢或私泥垢,在输油管道的内壁会形成油垢或积蜡,在工业的输气管道中也会形成结焦积碳等污垢。这些污垢沉积在管道中大大增长了流体在输送过程中的阻力不仅使传输效率减少并且使输送流体所需的动力能耗也大大增长。污垢还会对管道材料导致腐蚀和损害。严重时会使管道破裂,输送流体外泄导致损失,甚至导致停产。管道被污染腐蚀往往是导致管道运送经济上、安全上重大危害的重要因素。随着管路的增多，管龄的增长和压力的提高,跑、冒、滴漏、结垢、腐蚀、堵塞和爆炸事故不断出现。管道出现的这些故障不仅会给正常的生产和生活带来不良影响，还会给人们的生命财产导致无法填补的损失,因此需要对管道进行定期清理。清理管道根据结垢的具体情况不同可采用多种方法,如可以使用酸、碱或表面活性剂等化学药剂的水溶液进行管线的闭路循环清洗、也可以用超声波、水射流或其它物理方法将污垢从管壁上剥离而去除。但在管道结垢较轻的初期采用清管器进行清洗是一种简朴易行、成本低而又效果好的方法。1.2清管目的在天然气长输管道建设和运营中，清管是一项非常重要、同时也是非常有风险的作业。对于新建管道来说，施工作业遗留物较多，管道打压实验时遗留的水比较多，清管的重要目的是清除管道内的水以及施工遗留物，涉及焊条、焊渣、木棍、石块、土、沙子、饭盒、塑料以及毛刺，假如这些杂物不清除，会堵塞下游的过滤器和阀门，损坏压缩机。天然气中一般具有H2S和CO2等酸性气体，水的存在会加速管道腐蚀，同时易形成水合物，导致管道和设备的堵塞，对安全导致威胁。对于新建管道，经常在投产前用测径清管器对管道椭圆度和管道内表面的凸凹不平进行测量，作为管道完整性管理的原始资料。对已经投产运营的管道，清管的重要目的是清除FeS铁粉，提高管壁光洁度和管输效率；对运送湿气的管道，通过清管可以清出管道内的水；对于从气田或地库出来的管道，通过清管可将轻烃等凝析液排出。在管道运营过程中，对管道进行内腐蚀检测和泄漏检测非常必要。近几年，天然气管道内检测技术发展迅速，欧洲和北美等国家已经开始应用天然气管道的智能内检测技术，在管道的运营维护中发挥了重要的作用。2023年，我国在陕京管道主干线上实行了内检测技术，取得了良好的效果。1.3清管器发展历程清管工艺已有200数年的历史。早在182023,美国潮汐公司就开始对管道进行清洗,清管器的历史长短与此相同。在初期,人们发现发送一个带有皮制圆盘的活塞,可以除去积存于油气管道内壁上的石蜡,无需增长动力就能提高流量,增长刮刀或钢丝刷可提高除垢效果。为了在清管器遇卡时能迅速在地面找到其确切位置,国外在20世纪60年代末发明了电子定位清管器,使清管器清洗技术有了巨大发展。在清管器上增长传感器,可以收集到管道内的各种信息。据大量技术资料表白,国外640Mm输气管道中,1950年以前设计的装有清管器收发装置的占24%,1960年以前建造的占51%,而1960年以后建设的长输管道几乎100%装有清管器收发装置。由此可见清管工艺在迅速发展和普及。国内采用清管工艺清洗管道是从20世纪60年代中期开始的,在输气管道上应用比较普遍,但近几年发展不久,油、气、水管道都广泛采用,并取得越来越显著的效果。近几年,城市供水和供气管道也积极推行这项技术,不仅取得了良好的经济效益,更取得了很好的社会效益。1.4清管器的种类传统的清管器已有100数年的历史，从简朴到复杂，目前发展到300多个种类，清管器重要分为3大类：清管球、机械清管器、用于管道检测的清管器。常用的有如下几种： 1.4.1清管球常用的清管球由橡胶制成，中空，壁厚3050mm，球上有一个可以密封的注水排气孔。注水孔有加压用的单向阀，用以控制打入球内的水量，从而控制球对管道的过盈量。清管球重要清除管道内的液体和分离介质，清除块状物的能力较差，现在一般不使用。如图1.1、1.2所示。 图1.1 清管球 图1.2 清管球结构图 1-气嘴（拖拉机内胎直气嘴）；2-固定岛（黄钢H62）；3-球体（耐油橡胶） 1.4.2皮碗清管器皮碗清管器结构相对简朴，安装形式灵活，常用的皮碗按形状分为平面、锥面和球面三种。皮碗清管器是由一个刚性骨架和前后两节或多节皮碗构成。它在管内运营时，可以保持着固定的方向，所以可以携带各种检测仪器和装置。为了保证清管器顺利通过大口径支管三通，前后两节皮碗的间隔应有一个最短的限度，根据理论计算和实验，拟定前后皮碗的间距不应小于管道直径D，清管器的总长度可根据皮碗节数的多少和直径的大小保持在1.11.5D范围内，皮碗唇部对管道内径的过盈量取2%5%。皮碗清管器有多道密封，密封性能好，钢刷为其清理工具。如图1.3所示。 （a） (b)图1.3 皮碗清管器图 1.4.3直板清管器直板清管器的主体骨架和皮碗清管器基本相同，直板重要分为支撑板（导向板）和密封板，其形状为圆盘，支撑板的直径比管道的内径略小。密封板相对管道内径要有一定的过盈量。直板清管器最大的优点是可以双向运动，其清除管道杂物的能力较强，在管道投产前期最佳用直板清管器，一旦发生堵塞等情况，可进行反吹解堵。如图1.4所示。 (a) (b)图1.4 直板清管器1.4.4测径清管器测径清管器重要用来检测管道内部的几何形状，它通过一组传感器将管道内径的变化记录在主体内的记录器中，涉及管道焊缝的焊透性情况、椭圆度以及不平度等。测径清管器的主体结构紧凑，直径大约为管道内径的60%，皮碗的柔性较好，可以通过缩孔15%的孔洞。通过测径清管器的测量，提供管道状况的原始数据，为管道维修和清管提供相关依据。在智能清管之前，一般先发测径清管器，拟定管道内部状况，检测管道的通过能力。如图1.5、图1.6所示。 图1.5 皮碗测径清管器 图1.6 clpz-i型直板测径清管器1.4.5泡沫清管器泡沫清管器重要由多孔的、柔软抗磨的聚氨酯泡沫制成，其长度为管径的1.752倍，泡沫根据密度分为低密度、中密度和高密度。每一种密度的泡沫做成的清管器其功用也有差别，用低密度泡沫做成的清管器重要用来吸取液体，干燥管道，目前国内应用较多；中密度泡沫用来制作干燥、脱水以及清扫管道的清管器；高密度泡沫制作的清管器可以清除管内沉积的杂质和其他比较难除的杂质。泡沫清管器可收缩，柔性好，对管道和阀门等设备的损伤小，通过能力强，堵塞也许性低，管道振动小，安全系数高，但只能一次性使用，运营距离较短。如图1.7所示。 (a) (b)图1.7 泡沫清管器1.4.6磁漏检测清管器 管道在运营过程中常受到化学腐蚀、细菌腐蚀、应力腐蚀和氢脆等的影响，导致管道破裂，导致很大损失，及早发现管道的腐蚀缺陷并加以防范和更换非常重要。通过漏磁检测可以拟定管道内外壁的缺陷位置、面积以及严重限度。其基本原理是在管道截面充满磁场，运用置于磁极之间的传感器感应磁场泄漏和偏移，从而拟定金属损失的面积。在2023年，对陕京管道进行了内检测，取得良好的效果，采用的内检测清管器重要由检测器、支撑系统、驱动系统、钢刷、探头和电路系统以及信号解决系统组成。检测器重要由驱动系统、能源系统、磁化系统、传感器系统、数据记录和解决系统、里程系统、旋转检测系统、定位系统等组成。如图1.8所示。图1.8 磁漏检测清管器1.4.7组合式涡轮清管器该清管器由中国石油天然气集团公司管道科学研究院的专利产品。采用涡轮转动带动偏心轮和刀盘旋转，以清除管壁污垢。该清管器组合型好强度高，反复运用率高，不仅可用于原油管道，也可用于自来水管道、煤矿或热电厂的排灰管道及排水管道。1.4.8智能清管器 （1）当前,智能清管器的开发非常快,结构差异很大,如图1.9所示。智能清管器具有高分辨率漏磁技术,能采集管道状况的各种数据,再将采集的数据进行计算机解决,可以得到管道腐蚀、轮廓、变形、壁厚、裂纹、管阀配件的位置等各种信息。智能清管器运营过程中还可以采用卫星定位系统进行定位。智能清管器的结构和原理各不相同。支撑轮式清管器是在普通清管器前后皮碗内侧,沿周边方向增长若干数量的滚轮。滚轮靠弹簧圆周支撑清管器本体,使得清管器同管道的摩擦为滚动摩擦。这种清管器通过安装各种传感器和探测器,用来探测管道的轮廓、变形、壁厚、裂纹等信息。 图1.9 Lcqz-gl型智能刮腊清管器（2）双向电子清管器可双向操作,遇有易卡阻管道,可逆行回原处。通常采用聚氨酯皮碗,通过能力强,耐磨损,寿命长;其电子定位发射机选用改型后的高性能电子定位发射机,工作时间长、功率大,内装专用高性能电池,不需要充电,工作时间达200h以上;当出现卡堵后,采用定位接受机能迅速查找到卡堵位置;选用锥形皮碗,通过能力强,密封性能好,在管道发生畸变时仍能通过;清管范围从10cm至100cm以上。如图1.10、图1.11所示。 图1.10 聚氨酯双向电子清管器 图1.11 电子定位双向清管器（3）万向节智能皮碗清管器除了具有全智能清管器及以往清管器的所有优点外,其新特点如下: 可根据需要随意挂接清管器皮碗,方便快捷地组成清管列车,实现一次发射完毕刮蜡、清理、除水(锈)、涂敷等多次任务; 皮碗采用进口新型材料,强度单程可超2023km; 采用可挂式、拆卸方式,安装、拆卸方便简朴; 可通过任何弯头、膨胀节等。如图3.12所示。智能清管器采用超声波技术,可用来检测管道的堵塞与腐蚀情况。智能清管器还可采用频率辨认技术,可以排除地磁干扰和部分电磁干扰,可以用于野外远离电磁干扰的场合。智能清管器如采用模式辨认技术,可以排除各种地磁和电磁干扰,可以应用于几乎任何场合(连续产生强干扰的场合,导致磁脉冲信号被淹没,应避开)。为了使内检测清管顺利进行，保证内检测效果，在发射智能清管器前先发射普通清管器对管道进行清理，然后再发射测径清管器和模拟清管器检查管道的通过能力。 图1.12 万向节智能皮碗清管器 第二章 清管技术2.1清管器的工作原理清管器清洗依靠被清洗管道内流体的自身压力或通过其他设备提供的水压或气压作为动力,推动清管器在管道内向前移动,刮削管壁污垢,将堆积在管道内的污垢及杂物推出管外。清管器在管道中前进是靠前后压差来驱动的,具体的驱动方式有两种。一种是运用流体的背压作为清管器行走的动力,并在推动中清除管道中清管器前方的污垢。这种方式适合对较短管道的清洗。另一种方式是运用从清管器周边泄漏的流体产生的压力,使附着在管壁上的污垢粉化,并被排送出去。这种方式较适合长管道的清洗。清管器的外径通常比管道内径要大3%5%,能与管道紧密结合,因此它在运营当中密封性很高,易于对污垢进行清理。特别是使用液体做压送液体时,所形成的射流会对管壁上的污垢产生很强的冲击能力。2.2 清管设备的组成清管设备是管道在施工和运营过程中需要用到的设备之一。其作用涉及： （1） 清管以提高管道效率； （2） 测量和检查管道周向变形，如凹凸变形; （3） 从内部检查管道金属的所有损伤，如腐蚀等； （4） 对新建管道在进行严密性实验后，清除积液和杂质。清管设备的设计和安装应满足一定的使用规定，如清管检测器的尺寸和结构规定。并应遵循有关的设计规范，保证其适应性和安全性。如图2.1所示，清管器发射和接受装置通常为卧式结构，有一个相对于水平面的倾角，清管器发射装置为，而清管器接受装置为一，这样便于清管器的装卸。在设计清管器发射和接受装置时必须配备有安全阀、压力表、放空口、排污口和其他仪表口，使装置可以正常操作，并能观测装置的工作状况。主筒体的长度通常是由清管器的数量和清管器的长度决定，在主筒体入口采用快开盲板。 (a) 发球装置 （b） 收球装置 1-发球筒 2-隔断阀 3-线路主阀 4-通球指示器 1-接受筒 2-隔断阀 3-线路主阀 4-平衡阀 5-平衡阀 6-平衡管 7-清洗坑8-放空管和压力表 5-平衡管 6-排污阀 7-排污管 8-通球指示器图2.1 清管器发射和接受装置2.3 清管器收发装置 （1）清管器收发筒和盲板清管器收发筒直径应比公称管径大1到2级。发球筒的长度应不小于筒径的34倍。接受筒除了考虑接纳的污物外，有时还应考虑连续接受两个清管器，其长度不应小于筒径的46倍。清管器收发筒上应有平衡管，放空管，排污管，清管器通过的指示器，快开盲板。对发球筒，平衡管接头应靠近盲板；对接受筒，平衡管接头靠近清管器接受筒口的入口端。排污管应接在接受筒下部。放空管应接在收发筒上部。清管器信号指示器应安在发送筒的下游和接受筒入口处的直管段上。快开盲板应方便清管器的快速通过，并应安有压力安全锁定装置，以防止当收发筒内有压力时被打开。 （2）清管器收发筒隔断阀清管器收发筒隔断阀安装在清管器收发筒的入口处，它将起到清管器收发筒与主干线隔断的作用。假如在主干线上没有安装隔断阀，通常在该阀门的主干线一侧安装绝缘法兰，以隔绝主干线与收发筒和阀门间的阴极保护电流。该阀必须是全径阀，以保证清管器的通过，最佳是球阀。 （3）清管器收发筒平衡阀门和平衡管线 清管器收发筒平衡阀门和平衡管线连到收发筒的旁路接头上，其管径直径应为管道尺寸的1/41/3之间。阀门通常是由人手动控制清管器慢慢通过清管器收发筒隔断阀。 （4）连接清管器装置的导向弯头 连接清管器装置的导向弯头半径必须满足清管器可以通过的规定；对常用的清管器一般采用的弯头最小半径等于管道外径的3倍。但是，对于电子测量清管器需要更大的弯头半径。 （5）线路主阀线路主阀通常用于主干线和站自身隔开。规定该阀为全径型，以便减少阀门产生的压力损失。该阀靠近主干线处应有一绝缘法兰以隔绝主干线阴极保护电流。 （6）锚固墩和支座通常使用的锚固墩是钢筋混凝土结构。但是根据土壤条件，也有其他类型的锚固墩，如钢桩和钢支架。2.4工艺流程2.4.1清管器清洗工艺流程清管器清洗工艺流程比较简朴,如图2.2所示,清洗系统重要由四部分组成,即动力源、发球装置、清管管线及收球装置等图2.2 清管器清洗工艺流程清管时,要提供足够的压力和流量,以推动清管器及清除掉的管垢向前运动。根据管内结垢情况,要精心地选择清管器的规格及类型,并由小到大依次发送,以免清管器在管内堵卡。依据收到的上一次清管器的表面磨损情况,并通过管线压力及流量的变化,计算出当前状况下的当量管径,来选择下一次所用的清管器尺寸。清管前应清楚了解管线的规格、长度、使用年限、安全工作压力、相对高差、穿越和跨越情况、弯头、斜口、有无变形、阀室、阀井、支线、三通、地貌的特殊情况。还应了解管线有无改造，及改造部位的壁厚等。值得注意的是，有的管线在改造时，所使用的短节、三通和本来的内径相差较大，并且这些三通和短节往往又距收发装置的距离很近，这种情况给收球带来很大的困难。重要表现在清管器运营到这些地方的时候，由于管道内径变小而受阻，需要较高的压差才干推动，清管器一旦启动运营时，速度不久，很容易对接受装置形成冲击，发生事故。所以，在对管线改造时选择和原有的内径大体相同的管材，以免遗留后患。清管器收发装置必须完好，相关阀门开关灵活无内漏、仪表性能可靠，排污及放空符合清管规定，放空点火装置完好，排污池容量满足规定，干气清管排污口建议被水淹没300mm以上，确认清管器、清管指示器、快开盲板完好，清管器跟踪仪完好等。根据清管作业前的现场调查与以往清管的经验、资料、数据，按照天然气管道工艺特性等，编制清管方案。2.4.2清管器发送和接受过程（1）清管器发送过程 关闭发送筒隔断阀门和平衡阀门； 打开放空阀，卸掉发送筒中的压力，在发送筒中压力未达成大气压力前，不能急于 打开盲板； 打开盲板，放入清管器，知道清管器到达发送筒颈缩管处，并在该处紧紧地贴合； 关闭盲板，轻微的打开平衡阀排出发送筒中空气； 关闭放空阀并慢慢的使发送筒中的压力增长到管线压力； 关闭平衡阀，若没有关闭平衡阀就打开清管器发送筒的隔断阀门时，也许会损坏清管器； 打开清管器发送筒隔断阀门； 打开平衡阀，关小线路主阀，使清管器通过发送筒； 打开线路主阀； 关闭发送筒隔断阀门和旁通平衡阀。（2）接受过程 关闭放空阀和盲板 在清管器未到达之前，先打开平衡阀，然后打开接受筒隔断阀门，若清管器没有进入接受筒，应慢慢关闭线路主阀直到清管器被压入接受筒为止； 一旦清管器进入接受筒，应打开线路主阀阀门； 关闭接受筒隔断阀门和平衡阀门； 打开放空阀排出筒中的压力，待接受筒中压力下降到大气压； 打开盲板并取出清管器； 关闭盲板，轻微打地打开平衡阀，排出接受筒中的空气； 关闭放空阀，并慢慢使接受筒中压力上升到管线压力； 关闭平衡阀，若要接受下一个清管器，平衡阀和接受筒隔断阀应打开着。 第三章 清管器运营参数清管器的选择应根据管道状况、清管器特性，可选择清管球、皮碗清管器或两者结合使用等。 3.1清管器过盈量的选择 一般情况下： 清管球注满水过盈量：310。 皮碗清管器过盈量：14。 3.2 清管段起终点最大压差的估算 根据管道地形高程差、污水状况、起动压差、目前输气压力差、历次清管记录等估算。一般近似计算公式如式3-1为： P=P1+P2+P3 （式3-1） 式中：P最大压差，MPa P1清管器的起动压差，MPa P2当前收、发站之间输气压力差，MPa P3估算管内最大的积液高程压力，MPa。 3.3 清管始发站输气压力 根据用户用气状况、管道允许最高工作压力、最大压差的估算等拟定清管始发站输气压力。 3.4 清管器运营速度 清管器的运营速度一般宜控制在1218kmh。 3.5 清管所需推球输气流量的估算 根据清管器运营速度、推球平均压力、管道内径横截面积近似估算。一般近似计算公式如式3-2为： （式3-2）式中：Q输气流量，km3d； v清管器运营平均速度，kmh； F管道内径横截面积，m2； p清管器后平均压力，MPa。 3.6 清管所需总进气量估算 清管前应估算清管所需总进气量，安排好气量调度工作。假如管道内污物、积液多，高程差较大，特别应注意气量的储备。一般以下列公式近似估算总进气量。一般近似计算公式如式3-3为： （式3-3） 式中：Q总总进气量，km3； F管道内径横截面积，m2； L清管器运营距离，km； p清管器后平均压力，MPa。3.7 清管器运营距离估算 清管器运营距离近似公式如式3-4为: （式3-4）式中：L清管器运营距离，km； Qb发清管器后的累积进气量，km3； p器后平均压力，MPa； F管道内径横截面积，m2。3.8 清管器运营速度估算 假如可以计算输气流量，可以采用式3-2估算清管器运营瞬时速度。注意将实际速度值尽量控制在方案规定值附近，清管器运营速度公式为式3-5： （式3-5）式中：v清管器运营速度，kmh； Q输气流量，km3d； F管道内径横截面积，m2； p清管器后平均压力，MPa。 假如不能计算输气流量，可以采用式3-3估算清管器运营平均速度 （式3-6） 式中： v清管器运营平均速度，kmh； L清管器运营距离，km； t运营L距离的实际时间。 第四章 清管器在管道内涂敷中的运用4.1管道内涂层的意义及发展现状近年来减阻研究取得了较大的进展，减阻技术的应用已扩展到离岸石油的勘探开采以及石油天然气的长距离管道输送等方面。就目前研究结果而言，碱阻方法大体可归纳为： （1）光滑减阻； （1）高分子稀溶液减阻； （3）弹性材料护面（柔顺边界）减阻； （4）形体减阻。理论分析表白，对内流（即管内流动）而言，光滑碱阻的潜力是最大的。一些文献的实验结果揭示出，光滑减阻率能达成百分之十几甚至几十。由此可见，光滑减阻的效果是惊人的。对管线而言，要达成其内壁面光滑的方法很多，目前从经济、实用的角度而言，内壁减阻涂层是有效方法之一。管道内涂层是指将涂料喷涂在管道内表面，形成一层均匀薄层。天然气管道内涂层减阻技术的研究始于20世纪，大规模应用于长输天然气管道是在20世纪50年代。1955年，美国田纳西天然气管线公司初次将内涂层管线投入实际应用，洲际天然气管线公司也于1959年将内涂管线投入实际应用。田纳西天然气管线公司在1958年初次进行了典型的Refugio天然气管道内涂层实验，实验结果表白，管道涂覆内涂层后的流动效率提高了6。20世纪六七十年代，国外把涂料喷涂在油气管道内壁上，其目的重要是改善油气介质的流动性和防止管内壁结蜡。通过几十年的应用发展，管道内涂层的涂料生产和施工技术日趋成熟，欧美许多油气管道公司也开始结识到管道内涂层减阻的优越性，并对天然气管道的主干线涂覆内减阻涂层，涉及横跨欧洲的马格里布管道，世界上最长的海底管道Zeepipe和加拿大到美国的联盟(Alliance Pipeline)管道等，表4.1列出了最近几十年国外采用内减阻涂层的长输天然气管道的技术参数情况。表4.1 采用内减阻涂层的长输天然气管道的技术参数管道名称施工或投产期长度，km 管径，mm压力，MPa马格里布洲际管道1994-1996 1392 559/914/12207-8Alliance管道_1998-2023 2988 914/1067 12邓比尔-佩恩输气管道1981-1984 1420 508/660 8.5西班牙东北输气管网1982-1990 765 610/660/762 7.2Zeepipe海底管道1991-1993 814 1016 15.7Statepipe海底管道1985-1990 800 711/762/914 13.4 1968年，美国石油协会（API）制定了输气管道内涂层的推荐准则，对内涂层的材料、施工和质量都作了严格的规定，之后许多国家也制定了相关的标准。例如，英国气体理事会（Gas Cauncil）制订了内涂层标准GIS/CMI-1968，法国的标准R03和20S50，荷兰的标准CS-1-M，加拿大阿尔伯达干管公司标准C-1等。中国石油行业标准SYJ-4042-89钢制管道粉末内涂层技术标准经能源部批准于1999年10月1日实行。 通过几十年的应用发展，管道内涂层的涂料生产和施工技术日趋成熟。目前内减阻涂层技术处在领先地位的国家涉及美国、德国、英国、意大利等欧美国家，在进入20世纪80年代以后，国外大口径长输天然气管道已普遍采用内涂层减阻技术来提高输气压力，增长输气量。管道内涂层所产生的流动效率的提高，可为生产带来诸多好处，归纳为如下几点：（1） 提高输气量；（2） 扩大增压站的距离，减少增压站的数量； （3） 延长清管周期； 涂敷防腐涂层后，管壁内表面光滑度得到增强，内涂层的光反射可更明显地揭示出管子缺陷。同时敷设后地清扫更容易，并且水压实验后地干燥速度也更快。不加内涂层地管道，一般一年清管三次，加内涂层后，一年到一年半清管一次，并且由于管壁光滑度增强，较少了阻碍气体流体地物质沉积，从而使的清管是的驱动力可以减少一半。 （4） 延长管道使用寿命； 管道采用内涂层技术，防止或减少了管内壁腐蚀，减少了管道事故，从而延长管道使用寿命。 （5） 减少输送动力消耗和泵输成本； 据国外资料介绍，使用内涂层后，输油气动力消耗可减少15%20%。众所周知无内涂层管道，其泵输消耗随时间推移而增长，而有内涂层管道，能保持管内流量，泵输成本不因时间推移而增长。 4.2 内涂层减阻原理 在工业管输流动中，管内流动几乎所有为湍流流动，管内壁凸出物附近的流体呈湍流状，流体绕过凸出物时发生脱流现象，于是在凸出物的后面形成了涡流区。如图4.1所示图4.1 突出物剖面压力分布图 由于涡流区的存在，凸出物的前后产生较大压差，这个压差就是阻力损失，这个压差（阻力损失）的大小与涡流区的大小及涡流区涡流强度的大小有关，而涡流区的大小又与凸出物的凸起高度（即粗糙度）有关。理论与实践都证实：在其它条件不变时，凸出物的高度越大，涡流区就越大，从而产生的压差（阻力损失）也越大。光滑减阻的目的就是要减小凸出物的高度，减小涡流区的大小，从而达成减小凸出物前后压差的目的。输气管道采用内涂层就可大大减小管内壁凸出物（粗糙度）的高度，减小阻力损失，其机理如图4.2、图4.3所示 图4.2 无涂层时涡流区示意图 图4.3 有涂层时涡流区示意图4.3 管壁粗糙度目前，天然气管道内涂层减阻技术在欧美等国家，特别是西欧受到普遍重视并得到广泛应用。在计算新建管道内涂层经济效益时，通常要涉及到一个非常重要的参数就是管道的绝对当量粗糙度。天然气管道工艺设计时所选取的粗糙度，一般是指绝对当量粗糙度（也叫有效粗糙度），它涉及管子的内表面粗糙度、焊缝、弯头以及内部沉积物引起的粗糙度，因而绝对当量粗糙度应当是管道运营时的平均粗糙度。绝对当量粗糙度指管内壁凸起高度记录的均值，由于制管、焊接以及安装过程中的种种因素，管壁凹凸不平，其凸起的限度、形式及分布具有随机性。钢管绝对粗糙度是一个可测量数据,但由于未顾及弯头、阀门、管件以及焊缝等局部阻力系数的影响,故在管线建成的初期,人们常运用一些综合手段,来测量或计算管段或管线的总粗糙度,并运用计算出的总粗糙度用于管道后续工程的建设,或为其他类似新建工程的水力计算提供依据。管段总粗糙度的计算方法在德国文献有所描述,其重要方法是:选择管段在压力和流量相对稳定的时段,运用高精度的流量压力自动记录仪或差压记录仪,在尽也许短的时间内获取相关数据进行分析,并运用下列公式式4-1和式4-2计算出该管道段的总粗糙度。 k=3171d10-12(粗糙区) （式4-1） k=3171d(10-12-2.51Re)(过渡区) （式4-2） 式中：k管段总粗糙度; d管道内径。管子管子状况绝对粗糙度（平均）/m无缝钢管新而清洁10