曹?chē)��?o:p>

國家管網(wǎng)集團東部?jì)�運公司

摘要：原油管道停運后仍會(huì )存在一定風(fēng)險，需要及時(shí)進(jìn)行無(wú)害化處置，本文通過(guò)移動(dòng)式制氮設備在某停運管道清管封存的工程應用，介紹了氮氣通球掃線(xiàn)注氮量、清管球選擇和封存要求，對氮氣推掃的施工流程加以明確，總結了氮氣推掃技術(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)式制氮設備清管封存方法的工程提出了實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞：停運封存；氮氣推掃；工程應用

長(cháng)輸原油管道停運或廢棄后需及時(shí)進(jìn)行無(wú)害化處置，目前國際上還沒(méi)有針對陸上油氣管道廢棄的通用做法，一般采取對管道內的殘油、結蠟進(jìn)行清洗，再用惰性氣體吹掃封存。SY/T 7413―2018《報廢油氣長(cháng)輸管道處置技術(shù)規范》規定，對于停運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(xiàn)、蒸汽吹掃、化學(xué)清洗等方法進(jìn)行殘留物清理，達到內壁無(wú)油無(wú)蠟、無(wú)積液、可燃氣體監測滿(mǎn)足火焰切割的潔凈程度。

某原油管線(xiàn)于2013年停輸，采用清水置換方式完成管線(xiàn)掃線(xiàn)，清水置換時(shí)未進(jìn)行管道清管。近年來(lái)，對該管線(xiàn)改線(xiàn)斷管發(fā)現管道內存在較多的油水混合物，管底油泥、管壁結蠟較多。隨著(zhù)停運時(shí)間的增長(cháng)，管道因內外腐蝕造成的含油污水泄漏所帶來(lái)的安全環(huán)保風(fēng)險日益加大。國內也發(fā)生過(guò)類(lèi)似停運報廢和棄置管道含油污水泄漏造成環(huán)境污染事件，警示應對此類(lèi)管線(xiàn)做好停運封存處理。

1  清管技術(shù)方案

管線(xiàn)全長(cháng)182.35 km，設計壓力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(xiàn)停運時(shí)管線(xiàn)內介質(zhì)為油水混合物。

1.1  分段處置工程量統計

管線(xiàn)途經(jīng)多個(gè)高后果區，經(jīng)安全論證分析，先對高后果區進(jìn)行清管，再以三個(gè)輸油站為節點(diǎn)將全線(xiàn)分為三段進(jìn)行清管（圖 1）。按計劃實(shí)施順序，各段清管長(cháng)度及管容見(jiàn)表 1。

圖 1 分段處置示意圖

表 1 各區段清管長(cháng)度及管容

1.2  總體技術(shù)原則

（1）分段處置：經(jīng)過(guò)環(huán)境及地質(zhì)檢測分析，高后果區管段（1―3）為重點(diǎn)風(fēng)險管段，分別采用封堵作業(yè)搭建臨時(shí)收發(fā)球筒，并嚴格做好環(huán)境風(fēng)險監控，對三處重點(diǎn)風(fēng)險管段分段處置。

（2）全段處置：從首站開(kāi)始分站進(jìn)行全線(xiàn)推掃，油水混合物使用各站全越站管線(xiàn)直接推至末站油罐內，油泥、油蠟利用各站內收球筒上排污口在各站分別進(jìn)行回收后統一處置。

2  清管技術(shù)要求

2.1  氮氣源的選擇

管線(xiàn)停運期間，新增多處人口密集型高后果區，分段推掃時(shí)要充分考慮場(chǎng)地限制因素，注氮氣設備具有良好的靈活性和現場(chǎng)便利性，同時(shí)管線(xiàn)在進(jìn)行無(wú)害化處置后短時(shí)間內不再具備經(jīng)濟價(jià)值，要考慮到使用氮氣源的經(jīng)濟性。綜合考慮，采用移動(dòng)式制氮車(chē)作氮氣源，利用膜分離技術(shù)將環(huán)境空氣提純過(guò)濾出氮氣，再通過(guò)增壓系統和儲氣罐實(shí)現氮氣穩定增壓輸出，使用成本低，且輸出壓力和流量能滿(mǎn)足清管掃線(xiàn)要求。

由于管線(xiàn)停運時(shí)間較長(cháng)，且運行期間未進(jìn)行過(guò)清管作業(yè)，管線(xiàn)內部情況復雜。目前市場(chǎng)上移動(dòng)式制氮設備最大輸氣壓力均在20 MPa以上，遠大于該管線(xiàn)的設計壓力。管內油泥較多，需經(jīng)常性開(kāi)孔排油，對氮氣排量沒(méi)有較高要求。根據SY 6186―2007《石油天然氣管道安全規程》、SY/T 5225―2005《石油天然氣鉆井、開(kāi)發(fā)、儲運防火防爆安全生產(chǎn)技術(shù)規程》等規范，要求氮氣置換排放口氣體含氧量低于2%為合格，因此選擇用額定氮氣排量600 Nm3/h、氮氣純度98%以上的移動(dòng)式制氮設備。

2.2  氮氣量估算

本次氮氣清管作業(yè)平均壓力約為0.8 MPa，管內油泥及各方面受力不規律，難以準確計算，可以通過(guò)波義耳定律，以管容為基準估算氮氣用氣量的近似值。各作業(yè)區段氮氣用量估算如表 2所示。

表 2 氮氣用量理論計算

2.3  清管球及注氮壓力選擇

清管球受氮氣壓力推動(dòng)前進(jìn)過(guò)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小于氣體。管線(xiàn)前段油泥混合物在受壓的情況下不會(huì )大量溢出到清管球后端，在壓力差的作用下，后端的氮氣會(huì )流竄到清管球前端管線(xiàn)，進(jìn)一步改變清管球前段管線(xiàn)混合氣體成分，降低清管作業(yè)危險性。因此，第一遍清管時(shí)考慮油泥量過(guò)大的情況，采用過(guò)盈量較小的3%雙皮碗清管球，增加清管球的通過(guò)性。此時(shí)管道內大部分油泥被清掃出來(lái)，第二遍清管采用過(guò)盈量較大的5%四傘皮碗清管球，用氮氣對管線(xiàn)實(shí)施徹底清管。通過(guò)兩遍物理方式清洗，可以最大程度保證管內油泥的徹底清潔，同時(shí)節約了成本（圖 2）。

圖 2 氮氣推球掃線(xiàn)物理模型

在保證腐蝕、變形等薄弱點(diǎn)不會(huì )受壓泄漏的情況下，氮氣推掃壓力應控制在0.3 MPa～1.0 MPa。當推掃壓力有明顯提升，同時(shí)根據跟蹤器計算皮碗球是否到達計算位置，打開(kāi)收球裝置上閥門(mén)，看是否還有油水外溢。如沒(méi)有明顯油水外溢，打開(kāi)站內排污管線(xiàn)進(jìn)行油泥油蠟回收，直至皮碗球回收至收球筒。

2.4  清線(xiàn)步驟

分段推球吹掃完成后，開(kāi)始對管道內混合空氣進(jìn)行氮氣置換。之后對管道進(jìn)行泄壓放空，將氮氣壓力降至常壓，隨后封堵管道兩端，用制氮車(chē)對管道升壓至微正壓，完成封存。具體流程如圖 3。

圖 3 氮氣推球掃線(xiàn)流程圖

3  作業(yè)過(guò)程

3.1  氮氣清管

裝入相應過(guò)盈量的皮碗清管球，收球筒上的排氣閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，控制氮氣輸入量，起始壓力控制在0.3 MPa，并將安全閥調至施工方案最大清管壓力，根據推球速度和長(cháng)度逐漸增壓，通過(guò)清管球將管內的油水混合物推至末站內。確認清管球進(jìn)入收球筒，對管道泄壓，打開(kāi)盲板取球。關(guān)閉閥門(mén)，將管內氮氣排至0.05 MPa。取出清管球，拆除收球筒，完成注氮封存。

3.2  管道試壓

管道升壓應符合以下要求：

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

（2）將管道升壓至試驗壓力的10%，至少穩壓5 min，若無(wú)泄漏再緩慢升至試驗壓力的50%。其后每增加10%的試驗壓力時(shí)均應穩壓檢查，無(wú)泄漏及無(wú)異常響聲方可繼續升壓。

（3）當管道壓力升到方案設計壓力后，穩壓24 h，進(jìn)行嚴密性試驗。

3.3  氮氣封存

清管結束后，拆除臨時(shí)收發(fā)球裝置，在閥門(mén)外側安裝盲板，盲板上預留壓力表及氮氣注入口、排氣口。從一端盲板上的氮氣注入口注入氮氣，氮氣純度不低于98%。放氣口連續3次（間隔為5分鐘）采樣氣體含氧量小于2%，即置換合格。

氮氣置換完成后，關(guān)閉氮氣排空孔，繼續在注入口注入氮氣。氮氣壓力大于0.05 MPa時(shí)，停止注入氮氣，并穩壓24 h，檢測管內壓降不超過(guò)0.1%，判定符合封存條件。

4  結語(yǔ)

采用氮氣做動(dòng)力源和置換介質(zhì)的清線(xiàn)方法，可以有效將管道中的油泥掃除置換出來(lái)，但由于氣體的天然擴散性質(zhì)，仍然會(huì )有少量殘留的油氣混合在管道內，清管后再用氮氣封存對停運管道起到了惰性保護作用，提高了停運管道的安全性，消除了環(huán)境風(fēng)險。

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于液體，導致用氣量和推掃壓力很難穩定控制，且停運管道的承壓能力相對降低，在編制方案時(shí)要充分計算在內，并預估用氮氣量和推掃壓力的安全允許區間。

停運管道封存后，應根據管道管理情況，制定相應的安全措施和處置方案，并定期巡檢線(xiàn)路，對存在的安全隱患進(jìn)行及時(shí)處理。

作者簡(jiǎn)介：曹?chē)�民，高級工程師�?993年?yáng)|北石油大學(xué)化工設備與機械專(zhuān)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，現任東部原油儲運有限公司管道保衛部副經(jīng)理，長(cháng)期從事于油氣管道管理、完整性管理。