曹國民

國家管網(wǎng)集團(tuán)東部儲運(yùn)公司

摘要：原油管道停運(yùn)后仍會存在一定風(fēng)險(xiǎn)，需要及時(shí)進(jìn)行無害化處置，本文通過移動(dòng)式制氮設(shè)備在某停運(yùn)管道清管封存的工程應(yīng)用，介紹了氮?dú)馔ㄇ驋呔�注氮量、清管球選擇和封存要求，對氮?dú)馔茠叩氖┕ち鞒碳右悦鞔_，總結(jié)了氮?dú)馔茠呒夹g(shù)在實(shí)際作業(yè)中的實(shí)施重點(diǎn)，并對以后采用移動(dòng)式制氮設(shè)備清管封存方法的工程提出了實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞：停運(yùn)封存；氮?dú)馔茠撸还こ虘?yīng)用

長輸原油管道停運(yùn)或廢棄后需及時(shí)進(jìn)行無害化處置，目前國際上還沒有針對陸上油氣管道廢棄的通用做法，一般采取對管道內(nèi)的殘油、結(jié)蠟進(jìn)行清洗，再用惰性氣體吹掃封存。SY/T 7413―2018《報(bào)廢油氣長輸管道處置技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，對于停運(yùn)的油氣管道可采取管道拆除、就地棄置、管道注漿等三種方法，并要求在處置之前采用通球掃線、蒸汽吹掃、化學(xué)清洗等方法進(jìn)行殘留物清理，達(dá)到內(nèi)壁無油無蠟、無積液、可燃?xì)怏w監(jiān)測滿足火焰切割的潔凈程度。

某原油管線于2013年停輸，采用清水置換方式完成管線掃線，清水置換時(shí)未進(jìn)行管道清管。近年來，對該管線改線斷管發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)存在較多的油水混合物，管底油泥、管壁結(jié)蠟較多。隨著停運(yùn)時(shí)間的增長，管道因內(nèi)外腐蝕造成的含油污水泄漏所帶來的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)日益加大。國內(nèi)也發(fā)生過類似停運(yùn)報(bào)廢和棄置管道含油污水泄漏造成環(huán)境污染事件，警示應(yīng)對此類管線做好停運(yùn)封存處理。

1  清管技術(shù)方案

管線全長182.35 km，設(shè)計(jì)壓力4.6 MPa，管徑Φ529 mm，壁厚7～8 mm，材質(zhì)為16 Mn螺旋焊縫鋼管。該管線停運(yùn)時(shí)管線內(nèi)介質(zhì)為油水混合物。

1.1  分段處置工程量統(tǒng)計(jì)

管線途經(jīng)多個(gè)高后果區(qū)，經(jīng)安全論證分析，先對高后果區(qū)進(jìn)行清管，再以三個(gè)輸油站為節(jié)點(diǎn)將全線分為三段進(jìn)行清管（圖 1）。按計(jì)劃實(shí)施順序，各段清管長度及管容見表 1。

圖 1 分段處置示意圖

表 1 各區(qū)段清管長度及管容

1.2  總體技術(shù)原則

（1）分段處置：經(jīng)過環(huán)境及地質(zhì)檢測分析，高后果區(qū)管段（1―3）為重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)管段，分別采用封堵作業(yè)搭建臨時(shí)收發(fā)球筒，并嚴(yán)格做好環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控，對三處重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)管段分段處置。

（2）全段處置：從首站開始分站進(jìn)行全線推掃，油水混合物使用各站全越站管線直接推至末站油罐內(nèi)，油泥、油蠟利用各站內(nèi)收球筒上排污口在各站分別進(jìn)行回收后統(tǒng)一處置。

2  清管技術(shù)要求

2.1  氮?dú)庠吹倪x擇

管線停運(yùn)期間，新增多處人口密集型高后果區(qū)，分段推掃時(shí)要充分考慮場地限制因素，注氮?dú)庠O(shè)備具有良好的靈活性和現(xiàn)場便利性，同時(shí)管線在進(jìn)行無害化處置后短時(shí)間內(nèi)不再具備經(jīng)濟(jì)價(jià)值，要考慮到使用氮?dú)庠吹慕?jīng)濟(jì)性。綜合考慮，采用移動(dòng)式制氮車作氮?dú)庠矗�利用膜分離技術(shù)將環(huán)境空氣提純過濾出氮?dú)猓�再通過增壓系統(tǒng)和儲氣罐實(shí)現(xiàn)氮?dú)夥�(wěn)定增壓輸出，使用成本低，且輸出壓力和流量能滿足清管掃線要求。

由于管線停運(yùn)時(shí)間較長，且運(yùn)行期間未進(jìn)行過清管作業(yè)，管線內(nèi)部情況復(fù)雜。目前市場上移動(dòng)式制氮設(shè)備最大輸氣壓力均在20 MPa以上，遠(yuǎn)大于該管線的設(shè)計(jì)壓力。管內(nèi)油泥較多，需經(jīng)常性開孔排油，對氮?dú)馀帕繘]有較高要求。根據(jù)SY 6186―2007《石油天然氣管道安全規(guī)程》、SY/T 5225―2005《石油天然氣鉆井、開發(fā)、儲運(yùn)防火防爆安全生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范，要求氮?dú)庵脫Q排放口氣體含氧量低于2%為合格，因此選擇用額定氮?dú)馀帕?00 Nm3/h、氮?dú)饧兌?8%以上的移動(dòng)式制氮設(shè)備。

2.2  氮?dú)饬抗浪?o:p>

本次氮?dú)馇骞茏鳂I(yè)平均壓力約為0.8 MPa，管內(nèi)油泥及各方面受力不規(guī)律，難以準(zhǔn)確計(jì)算，可以通過波義耳定律，以管容為基準(zhǔn)估算氮?dú)庥脷饬康慕�似值。各作業(yè)區(qū)段氮?dú)庥昧抗浪闳绫?#8197;2所示。

表 2 氮?dú)庥昧坷碚撚?jì)算

2.3  清管球及注氮壓力選擇

清管球受氮?dú)鈮毫ν苿?dòng)前進(jìn)過程中，與作業(yè)管道管壁發(fā)生摩擦產(chǎn)生阻力，使得清管球后端壓力大于前端壓力，并且液體和固體的可壓縮性遠(yuǎn)小于氣體。管線前段油泥混合物在受壓的情況下不會大量溢出到清管球后端，在壓力差的作用下，后端的氮?dú)鈺�流竄到清管球前端管線，進(jìn)一步改變清管球前段管線混合氣體成分，降低清管作業(yè)危險(xiǎn)性。因此，第一遍清管時(shí)考慮油泥量過大的情況，采用過盈量較小的3%雙皮碗清管球，增加清管球的通過性。此時(shí)管道內(nèi)大部分油泥被清掃出來，第二遍清管采用過盈量較大的5%四傘皮碗清管球，用氮?dú)鈱�管線實(shí)施徹底清管。通過兩遍物理方式清洗，可以最大程度保證管內(nèi)油泥的徹底清潔，同時(shí)節(jié)約了成本（圖 2）。

圖 2 氮?dú)馔魄驋呔�物理模型

在保證腐蝕、變形等薄弱點(diǎn)不會受壓泄漏的情況下，氮?dú)馔茠邏毫��?yīng)控制在0.3 MPa～1.0 MPa。當(dāng)推掃壓力有明顯提升，同時(shí)根據(jù)跟蹤器計(jì)算皮碗球是否到達(dá)計(jì)算位置，打開收球裝置上閥門，看是否還有油水外溢。如沒有明顯油水外溢，打開站內(nèi)排污管線進(jìn)行油泥油蠟回收，直至皮碗球回收至收球筒。

2.4  清線步驟

分段推球吹掃完成后，開始對管道內(nèi)混合空氣進(jìn)行氮?dú)庵脫Q。之后對管道進(jìn)行泄壓放空，將氮?dú)鈮毫�降至常壓，隨后封堵管道兩端，用制氮車對管道升壓至微正壓，完成封存。具體流程如圖 3。

圖 3 氮?dú)馔魄驋呔�流程圖

3  作業(yè)過程

3.1  氮?dú)馇骞?o:p>

裝入相應(yīng)過盈量的皮碗清管球，收球筒上的排氣閥門處于開啟狀態(tài)，控制氮?dú)廨斎肓浚�起始壓力控制�?.3 MPa，并將安全閥調(diào)至施工方案最大清管壓力，根據(jù)推球速度和長度逐漸增壓，通過清管球?qū)⒐軆?nèi)的油水混合物推至末站內(nèi)。確認(rèn)清管球進(jìn)入收球筒，對管道泄壓，打開盲板取球。關(guān)閉閥門，將管內(nèi)氮?dú)馀胖?.05 MPa。取出清管球，拆除收球筒，完成注氮封存。

3.2  管道試壓

管道升壓應(yīng)符合以下要求：

（1）升壓過程應(yīng)緩慢分階段進(jìn)行，升壓速度應(yīng)小于 1 MPa/h。

（2）將管道升壓至試驗(yàn)壓力的10%，至少穩(wěn)壓5 min，若無泄漏再緩慢升至試驗(yàn)壓力的50%。其后每增加10%的試驗(yàn)壓力時(shí)均應(yīng)穩(wěn)壓檢查，無泄漏及無異常響聲方可繼續(xù)升壓。

（3）當(dāng)管道壓力升到方案設(shè)計(jì)壓力后，穩(wěn)壓24 h，進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)。

3.3  氮?dú)夥獯?o:p>

清管結(jié)束后，拆除臨時(shí)收發(fā)球裝置，在閥門外側(cè)安裝盲板，盲板上預(yù)留壓力表及氮?dú)庾⑷肟凇⑴艢饪凇�從一端盲板上的氮�(dú)庾⑷肟谧⑷氲獨(dú)猓�氮�(dú)饧兌炔坏陀?8%。放氣口連續(xù)3次（間隔為5分鐘）采樣氣體含氧量小于2%，即置換合格。

氮?dú)庵脫Q完成后，關(guān)閉氮?dú)馀趴湛祝�繼續(xù)在注入口注入氮?dú)狻５獨(dú)鈮毫Υ笥?.05 MPa時(shí)，停止注入氮?dú)猓�并穩(wěn)壓24 h，檢測管內(nèi)壓降不超過0.1%，判定符合封存條件。

4  結(jié)語

采用氮?dú)庾鰟?dòng)力源和置換介質(zhì)的清線方法，可以有效將管道中的油泥掃除置換出來，但由于氣體的天然擴(kuò)散性質(zhì)，仍然會有少量殘留的油氣混合在管道內(nèi)，清管后再用氮?dú)夥獯鎸ν＿\(yùn)管道起到了惰性保護(hù)作用，提高了停運(yùn)管道的安全性，消除了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

氣體作為置換介質(zhì)與液體介質(zhì)在技術(shù)要求上存在不同。由于氣體的可壓縮性能強(qiáng)于液體，導(dǎo)致用氣量和推掃壓力很難穩(wěn)定控制，且停運(yùn)管道的承壓能力相對降低，在編制方案時(shí)要充分計(jì)算在內(nèi)，并預(yù)估用氮?dú)饬亢屯茠邏毫Φ陌踩�允許區(qū)間。

停運(yùn)管道封存后，應(yīng)根據(jù)管道管理情況，制定相應(yīng)的安全措施和處置方案，并定期巡檢線路，對存在的安全隱患進(jìn)行及時(shí)處理。

作者簡介：曹國民，高級工程師，1993年東北石油大學(xué)化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2011年獲石油大學(xué)（北京）石油天然氣工程碩士學(xué)位，現(xiàn)任東部原油儲運(yùn)有限公司管道保衛(wèi)部副經(jīng)理，長期從事于油氣管道管理、完整性管理。