劉波1  戴聯(lián)雙2  趙曉利3  馬宏宇1  竇小亮1  金哲3  王林1

1.西安輸油氣分公司；2.中國(guó)石油管道公司；3.沈陽(yáng)龍昌管道檢測(cè)中心

 

摘要：采用氮?dú)怛?qū)動(dòng)低壓封存在役成品油管道內(nèi)檢測(cè)存在眾多的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外同行業(yè)類似作業(yè)積累的經(jīng)驗(yàn)比較少。本文通過對(duì)低壓封存在役成品油管道存在的殘留油品、大量氮?dú)馀欧趴赡茉斐傻闹舷ⅰ⑿狗诺獨(dú)饪赡茉斐稍肼曃畚�、以及泄放氣體中攜帶油品污染環(huán)境等多種風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，以渭南汽油支線為例，提出了內(nèi)檢測(cè)清管、反推方案、降噪設(shè)計(jì)等相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施。結(jié)合管道內(nèi)檢測(cè)運(yùn)行所需要的背壓和運(yùn)行速度要求，通過注氮量與清管器運(yùn)行的理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)模擬對(duì)比分析等方法有效地解決了內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行所需要的環(huán)境，從而為獲取高質(zhì)量的內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)提供了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵字：氮?dú)怛?qū)動(dòng)  低壓封存  成品油管道  管道內(nèi)檢測(cè)  實(shí)踐 

 

1.前言

渭南汽油支線于2009年6月建成，2015年3月完成投產(chǎn)。由于該支線長(zhǎng)時(shí)間未投產(chǎn)和建成后管道試壓水掃線不徹底等因素，導(dǎo)致管道發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。2014年投產(chǎn)前上水試壓出現(xiàn)無(wú)法穩(wěn)壓，分段試壓找出兩處漏點(diǎn)，均為針孔腐蝕泄漏（如圖1所示）。隨后，對(duì)汽油支線進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)管道腐蝕較為嚴(yán)重，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的79根管子進(jìn)行了換管作業(yè)，雖然換管完成后進(jìn)行試壓合格，但是對(duì)于針孔類腐蝕缺陷內(nèi)檢測(cè)檢出率比較低，仍然存在泄漏的可能性，運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)較高。且管道自投產(chǎn)以來(lái)，夏季由于溫度的上升平均每10天就要對(duì)管道進(jìn)行一次泄壓作業(yè)，頻繁的升壓、泄壓相當(dāng)于對(duì)管道進(jìn)行重復(fù)試壓作業(yè)，加大了管材疲勞腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，增加了原有腐蝕點(diǎn)失效的不確定因素。

 

圖1. 試壓時(shí)泄漏噴水照片（左）和切管后漏點(diǎn)的尺寸

2015年11月，綜合考慮市場(chǎng)需求變化和運(yùn)營(yíng)者對(duì)于可能存在的針孔腐蝕缺陷的擔(dān)憂，為了保障渭南汽油支線的運(yùn)營(yíng)安全及管內(nèi)油品的質(zhì)量，采用氮?dú)馔ㄇ蛲朴头绞�，將支線的油品推掃到下游高田油庫(kù)。推油完成后，采用0.2Mpa微正壓進(jìn)行了封存。2017年3月市場(chǎng)需求再次發(fā)生變化，支線需要重新啟輸，及時(shí)了解管道的內(nèi)腐蝕情況并盡快處理內(nèi)腐蝕嚴(yán)重的管段是十分必要的。同時(shí)，對(duì)于封存再啟輸管道，按照GB32167-2015《管道完整性管理規(guī)范》[1]和TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則-長(zhǎng)輸（油氣）管道》[2]等相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)[3-5]的要求，對(duì)于工藝發(fā)生重大變更或者停輸再啟用的長(zhǎng)輸油氣管道，需要在啟用前進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)，開展管道完整性評(píng)價(jià)工作。鑒于上述情況，渭南汽油支線首次采用了氮?dú)庾鳛榻橘|(zhì)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行作業(yè)，全面識(shí)別管道本體可能存在的缺陷，為安全再啟輸提供保障。

2.面臨的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)

2.1殘存油氣

渭南汽油支線17.8km，壁厚5.6mm，管徑273mm，按照理論計(jì)算管容應(yīng)為958.2m3。通球掃線共推出汽油953.9m3，推油率達(dá)到99.6%，沒有推出固體污物，只有污油約2kg。管道內(nèi)尚殘存4.3m3汽油，存在發(fā)生與空氣接觸發(fā)生燃燒、爆炸的可能性。2014年在我國(guó)西南地區(qū)某在役天然氣管道曾發(fā)生過注入6km氮?dú)馔苿?dòng)管道內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行，在6km后采用空氣驅(qū)動(dòng)，因氣體之間的相互混合，再加上檢測(cè)器運(yùn)行與管壁摩擦生熱，導(dǎo)致管道發(fā)生爆燃事故，造成檢測(cè)器嚴(yán)重?fù)p壞、管道爆炸開裂等嚴(yán)重的后果。因此，渭南柴油支線雖然殘存的汽油量不大，但是一旦積聚在低點(diǎn)，達(dá)到一定的濃度，操作不當(dāng)就極有可能在管道內(nèi)發(fā)生爆燃等事故。

同時(shí)，如果4.3m3的汽油積聚在一起集中通過排放系統(tǒng)泄放，也有可能導(dǎo)致油氣積聚，達(dá)到爆炸極限，引起燃爆等事故。由于泄放的壓力較高，泄放的氮?dú)鈺?huì)夾雜污物從泄放管中排放出來(lái)，如果風(fēng)力較大的話會(huì)造成大范圍的飄散污染環(huán)境。

2.2氮?dú)庵舷?o:p>

為了保障清管器和檢測(cè)器的平穩(wěn)運(yùn)行，需要建立1.6Mpa的背壓。所需的氮?dú)庥昧靠砂聪率竭M(jìn)行計(jì)算：

                    （1）

式中：Q儲(chǔ)代表管道標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、常溫下的氮?dú)庥昧浚╩3）；P代表管道內(nèi)氮?dú)獾膲毫Γń^對(duì)）（Mpa）；P0代表標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，為0.10325Mpa；T代表管道內(nèi)氮?dú)獾钠骄鶞囟龋↘），為283.15k；T0代表常溫下氮?dú)獾钠骄鶞囟龋↘），為293.15k；Z代表氮?dú)獾膲嚎s因子，為0.994；V為管道的容積（m3）。

按照施工方案要求，首先建立對(duì)渭南汽油支線管道進(jìn)行1.6Mpa的穩(wěn)壓測(cè)試，隨后進(jìn)行3次清管器作業(yè)，最后再發(fā)送漏磁檢測(cè)器，合計(jì)需要的液氮量約125t（液氮在常溫下的汽化比為1:643）。所需的氮?dú)饬糠浅４�，直接排放在大氣中，容易造成小范圍�?nèi)的氮?dú)夥e聚濃度過高，從而造成窒息的危險(xiǎn)。

2.3升壓過程中的破裂泄漏

渭南汽油支線管道自完成推油掃線后，一直以來(lái)采用0.2Mpa微正壓進(jìn)行封存，雖然管道進(jìn)行了推油封存，但是管道內(nèi)殘存的物質(zhì)除了汽油外，還有其他具有腐蝕性的雜質(zhì)（如水、硫化物、二氧化碳等）。因此無(wú)法判定管道是否存在較大的腐蝕缺陷，是否能夠承受1.6Mpa的內(nèi)壓。在注氮升壓過程中有可能誘發(fā)管道泄漏，甚至開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4周邊環(huán)境的噪聲污染

渭南汽油支線的計(jì)量站為收球站，50m范圍內(nèi)有一條交通比較頻繁的高速公路，在200m范圍內(nèi)還有一個(gè)居民小區(qū)。如果以1.6Mpa的壓力在渭南計(jì)量站泄放氮?dú)�，那么造成噪聲�?00m外都將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過70db，給居民小區(qū)帶來(lái)嚴(yán)重的噪聲污染。GB12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》[6]里面要求：“工業(yè)企業(yè)廠區(qū)內(nèi)4類功能區(qū)的白天噪聲不能超過70db”，而直接泄放的噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.5檢測(cè)器運(yùn)行速度控制

為了獲取較好的內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)器的運(yùn)行需要保持平穩(wěn)，并且速度還需要控制在一定的范圍。按照第四代漏磁檢測(cè)器的性能規(guī)格要求，檢測(cè)器需要在不低于1.5Mpa背壓下，保持2m/s~5m/s的速度運(yùn)行，這樣能獲取最佳的檢測(cè)數(shù)據(jù)。如果超過這個(gè)條件范圍，都有可能導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)的降級(jí)，甚至?xí)��?dǎo)致失敗。而此次采用注氮驅(qū)動(dòng)，對(duì)于注氮的平穩(wěn)性和注氮速率都提出了較為嚴(yán)格的要求，再加上管道高程的變化，在檢測(cè)器速度控制方面存在運(yùn)行過慢或者過快的風(fēng)險(xiǎn)。

3.風(fēng)險(xiǎn)控制措施

3.1氮?dú)庾⑷肱c泄放因地制宜

注氮與氮?dú)庑狗畔啾�，造成的噪聲要小的多，就是一般發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音，不會(huì)發(fā)出刺耳的蜂鳴聲。渭南汽油支線的渭南輸油站為發(fā)球站，位于比較空曠的地方；而渭南計(jì)量站為收球站，附近200m范圍內(nèi)有居民小區(qū)，且50m范圍內(nèi)還有一條交通頻繁的高速公路（如圖2所示）。為了降低噪聲給居民小區(qū)帶來(lái)的污染，調(diào)換了收發(fā)球站，采用反推的方式。將渭南輸油站變更為收球站，氮?dú)庑狗畔到y(tǒng)安裝在該站；將渭南計(jì)量站變更為發(fā)球站，注氮設(shè)備在該站進(jìn)行注氮作業(yè)。

 

圖2. 渭南計(jì)量站（左）和渭南輸油站（右）區(qū)域布置圖

同時(shí)，為了降低噪聲污染還采取了三個(gè)方面的措施：一是在渭南計(jì)量站的注氮車盡量安排在西側(cè)，遠(yuǎn)離居民小區(qū)；二是在渭南輸油站泄放系統(tǒng)中安裝消聲器；三是作業(yè)盡量安排在白天，避開夜間作業(yè)。

另外，考慮收發(fā)球站變更還有一個(gè)原因。渭南汽油支線在1-15km 段地形相對(duì)平緩，而在15km-17km 段管線落差大，且最高點(diǎn)距渭南計(jì)量站僅1km 左右的距離（如圖3所示）。如果采用正推方案，在管道內(nèi)檢測(cè)其翻過高點(diǎn)后將會(huì)下坡后很快進(jìn)入渭南分輸計(jì)量站，短時(shí)間內(nèi)難以調(diào)整、控制內(nèi)檢測(cè)器以平穩(wěn)運(yùn)行速度進(jìn)入計(jì)量站收球筒，速度調(diào)整不及時(shí)存在內(nèi)檢測(cè)器沖撞收球筒快開盲板的風(fēng)險(xiǎn)。如果采用反推，管道內(nèi)檢測(cè)器翻過高點(diǎn)后將會(huì)在一段相對(duì)較長(zhǎng)的平緩地段運(yùn)行，在此段運(yùn)行有相對(duì)充足時(shí)間對(duì)內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。

 

圖3.渭南汽油支線沿渭南輸油站至渭南計(jì)量站高程變化趨勢(shì)

3.2分階段升壓與穩(wěn)壓

為了避免升壓過快可能帶來(lái)的管道泄漏或者破裂，采取了三階段升壓的措施。首先從0.2Mpa升至0.5Mpa，并采用注氮車最小的液氮排量100L/min，穩(wěn)壓20min；通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)，如存在0.01Mpa及以上的壓降，則全線進(jìn)行排查，查找壓降的原因，若沒有出現(xiàn)壓降，則繼續(xù)升壓至1.0Mpa，采用注氮車二擋的液氮排量200L/min，穩(wěn)壓20minh；通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)，如存在0.01Mpa及以上的壓降，則全線進(jìn)行排查，查找壓降的原因，若沒有出現(xiàn)壓降，則繼續(xù)升壓至1.6Mpa，采用注氮車三擋的液氮排量300L/min，穩(wěn)壓8.0h（渭南計(jì)量站升壓與穩(wěn)壓壓力監(jiān)控如圖4所示）。

 

圖4. 渭南計(jì)量站升壓與穩(wěn)壓壓力監(jiān)控

分階段穩(wěn)壓測(cè)試都通過后，則進(jìn)入下一階段發(fā)送清管器和漏磁檢測(cè)器的作業(yè)。為了保障整個(gè)過程的有序、快速開展，在升壓過程中，實(shí)施監(jiān)控壓力的變化，同時(shí)巡護(hù)人員和維搶修人員處于待命狀態(tài)，以便及時(shí)響應(yīng)可能出現(xiàn)的各種情況。

3.3 理論計(jì)算結(jié)合清管器運(yùn)行模擬

為了保障清管器能順利運(yùn)行，在前3輪清管器運(yùn)行過程中，采用式（2）進(jìn)行理論計(jì)算，并結(jié)合清管器跟蹤時(shí)間來(lái)計(jì)算區(qū)間運(yùn)行的平均速度，兩者綜合對(duì)比分析，來(lái)進(jìn)一步調(diào)整注氮車的排量，降低因高程變化影響檢測(cè)器的平穩(wěn)運(yùn)行。

                       （2）

式中：代表流速，代表流量，代表輸送壓力（，代表管徑。

在清管器運(yùn)行期間，渭南汽油支線共設(shè)置了8個(gè)跟蹤點(diǎn)，當(dāng)清管器通過相應(yīng)跟蹤點(diǎn)位置的時(shí)候，跟蹤人員記錄清管器通過的時(shí)間，相關(guān)人員計(jì)算通過區(qū)間的平均速度。清管器到達(dá)收球筒后，通過管道里程與清管器運(yùn)行的總時(shí)間，可以計(jì)算得出運(yùn)行的平均速度。通過實(shí)際運(yùn)行的速度和根據(jù)注氮車排量計(jì)算的理論速度對(duì)比分析，可以優(yōu)化調(diào)整注氮車隨時(shí)間變化的注氮量，從而為管道內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度控制提供參考數(shù)據(jù)。

4.理論實(shí)踐與改進(jìn)

4.1氮?dú)庾⑷胨俾逝c運(yùn)行速度

此次的清管器設(shè)計(jì)上未開設(shè)泄流孔，密封皮碗的過盈量3%~5%，因此在運(yùn)行過程中的密封性較好，通過理論計(jì)算的注氮量與清管器實(shí)際運(yùn)行所消耗的液氮量比較相近，誤差量不大于10%。

項(xiàng)目	理論計(jì)算量 （m3）	實(shí)際耗損量 （m3）	誤差量 （%）	備注
第一次清管器運(yùn)行	25	26	4%	作業(yè)氣溫較高存在一定的熱車損耗，熱車損耗一般在2%左右。
第二次清管器運(yùn)行	25	26.5	6%
第三次清管器運(yùn)行	25	27	8%

漏磁檢測(cè)器為了保證自身的均勻磨損和在管道內(nèi)運(yùn)行的時(shí)候平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，以及對(duì)前端可能堆積的雜質(zhì)的沖刷，開設(shè)了4個(gè)φ10的泄流孔，與清管器同樣工況下，運(yùn)行速度為清管器的0.87倍，與理論計(jì)算也是非常吻合（注：基于GE PII檢測(cè)公司內(nèi)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一般漏磁檢測(cè)器運(yùn)行的速度為介質(zhì)流速的0.85~0.9倍）。

為了保證設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性，采用液氮?dú)饣�的方式進(jìn)行，這樣，可以保持較高的氮?dú)鈮毫�，適用于大管徑、壓力較大且需要氮?dú)饬枯^大的管道[7]。

4.2放空系統(tǒng)改進(jìn)

放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝是實(shí)施該項(xiàng)目的關(guān)鍵，既要保障泄放量滿足設(shè)備運(yùn)行的要求，還需要保障泄放的噪聲在可接受的范圍內(nèi)，并且泄放的含油氣雜質(zhì)在可控制的范圍內(nèi)。

為了滿足設(shè)備運(yùn)行的泄放量，原設(shè)計(jì)了一套調(diào)節(jié)閥和壓力表，另外設(shè)置了一套自動(dòng)泄放閥，將自動(dòng)泄放閥的壓力標(biāo)定為1.6Mpa，但是在第一次運(yùn)行清管器過程中，泄放閥由于頻繁動(dòng)作發(fā)生故障，從而導(dǎo)致了泄放管道的振動(dòng)，隨后引起了整個(gè)渭南輸油站內(nèi)的工藝管道的共振�；�于此，拆除了自動(dòng)泄放閥，在泄放系統(tǒng)中配置了兩套調(diào)節(jié)閥和壓力表，為了提高可靠性，這兩套調(diào)節(jié)閥和壓力表采用串聯(lián)的方式，泄放壓力的調(diào)節(jié)采用人工操作，操作人員安排兩人，一人操作一人監(jiān)護(hù)。同時(shí)，在泄放系統(tǒng)的中另一個(gè)改進(jìn)就是在采用鋼管與法蘭連接的系統(tǒng)中增加至少一節(jié)的軟連接，避免共振的情況的發(fā)生，同時(shí)也是將泄放系統(tǒng)與工藝管道進(jìn)行電氣隔離。

針對(duì)泄放噪聲，在放空系統(tǒng)中采用了“Y”型擴(kuò)大泄放，并在頂端安裝消聲器的方式，降低噪聲。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在100m外的泄放噪聲達(dá)到了可接受的范圍，避免了噪聲污染的發(fā)生。

在放空系統(tǒng)的頂端設(shè)置了防擴(kuò)散網(wǎng)棚。該網(wǎng)棚既能有效地收集從消聲器里面噴射出來(lái)的含油氣雜質(zhì)，還能保障氮?dú)獾捻樌�排放。在地方還安裝了兩臺(tái)防爆軸流風(fēng)機(jī)，根據(jù)風(fēng)向?qū)崟r(shí)調(diào)整吹掃的方向，保障作業(yè)人員的安全。

5.總結(jié)與展望

渭南汽油支線采用氮?dú)怛?qū)動(dòng)管道內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行的方式，通過對(duì)殘存油氣、噪聲污染、以及作業(yè)過程中可能發(fā)生的泄漏或破裂等風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，采取了針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施。結(jié)合對(duì)作業(yè)過程中氮?dú)庾⑷肓俊⑶骞芷骱蜋z測(cè)器運(yùn)行速度、以及泄放控制等各種數(shù)據(jù)的積累和分析，為以后針對(duì)封存在在役油氣管道的再啟用開展管道內(nèi)檢測(cè)工作提供了有力的決策支持。

采用氮?dú)怛?qū)動(dòng)低壓封存在役成品油管道內(nèi)檢測(cè)還需要不斷的積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不斷改進(jìn)放空系統(tǒng)、氮?dú)庾⑷胂到y(tǒng)、以及內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行狀態(tài)控制等，為管道內(nèi)檢測(cè)提供最佳的運(yùn)行環(huán)境，為全面識(shí)別管道可能存在的缺陷，保障管道安全運(yùn)行創(chuàng)造更好的條件。

參考文獻(xiàn)：

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[2] TSG D7003-2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則-長(zhǎng)輸（油氣）管道》

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[5] 《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》（主席令 第4號(hào)），2014年1月1日起施行.

[6] GB12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》

[7] 佟德斌，李博，孔繁宇. 氮?dú)馇鍜呒夹g(shù)在管道封存中的應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2014（4）：55-57.

作者：劉波，男，1971年生，1993年畢業(yè)于西安石油大學(xué)焊接工藝與設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)任職于中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道西安輸油氣分公司副經(jīng)理。

《管道保護(hù)》2017年第5期（總第36期）