潘友強 王 娟 曾寶忠

中國石油新疆油田公司百口泉采油廠

摘要：一條從罐到泵的低含水油管段停產2小時后一處焊縫突然爆開，造成原油泄漏。經現場調查分析，發現該管段外蒸汽伴熱線持續加熱是造成壓力異常升高的主要原因。

關鍵詞：密閉管段；伴熱；爆管；切斷熱源；放空泄壓

管道采用伴熱是防止管道凝管、凍裂的安全措施，但在特定條件下如果處置不當也會引發意外事故。某原油處理站在一次站區改擴建工程連頭過程中就因蒸汽伴熱線對停止運行的管段內原油持續加熱而造成了焊口爆開的意外事故。

1  焊口爆開

2016年10月下旬，當地最低氣溫降到-3℃，原油處理站已開始供暖，原油管線的伴熱線也開始投入使用。當天站區改擴建工程的管線連頭工作正在進行。一條從罐到泵的低含水油管段與動火部位相連，為避免動火部位的明火與靜電對該管段造成危害，與該管段相連的閥門提前關閉，并將閥門動火側法蘭斷開，管段下游的抽吸泵停止運行，泵出口閥門處于關閉狀態。但在停泵2 h后，這條管段的一處焊口爆開，原油從爆口處噴出（見圖1）。

2  原因調查

出事管段總長約150 m，材質為20#鋼，規格219×6，設計壓力1.60 MPa，實際工作壓力0.02-0.10 MPa。其位于連頭點附近的閥門已關閉，且在斷開法蘭縫中塞進了絕緣石棉板，因電焊動火可能產生靜電造成爆管的可能性被排除；從該管段下游崗位控制系統記錄曲線看，與出事管段相連的泵確實處于停運狀態，整個崗位沒有其它任何運行設備，不存在不當操作。

但有一點異樣引起了調查人員的注意，已停止運行的泵出口壓力曲線卻顯示出一條數值逐漸上升的爬坡曲線,其最高數值達到了1.9 MPa后快速下降，再后直線下降落零。如圖2所示。

圖2  出事管段壓力曲線

該泵正常運行時的出口壓力為0.5 MPa，泵已停運，卻產生1.9 MPa高壓，這壓力源從何而來呢？

用手觸摸出事管段部分裸露部位表面，有明顯的溫熱感，而正常運行時的管內介質溫度只有25-30 ℃，加之當時環境溫度（-3℃）低，停產2小時后管道溫熱說明該管段一定有熱源供熱。進一步觀察發現，該管段伴有約120 m蒸汽伴熱線，伴熱線內的蒸汽溫度達115 ℃，伴熱線緊貼在出事管段外壁，外面用巖棉與鍍鋅鐵皮包裹。正是這條伴熱線在管段停運后持續對管道內部介質加熱引起管內壓力逐漸升高，導致焊口爆開，引發爆管事故。

伴熱線運行近10年尚未發生過問題。此次發生事故，分析原因主要是:以前冬季伴熱（夏季停止伴熱）情況下管段一般不停運，內部冷介質不停的流動，盡管伴熱蒸汽溫度很高，也不會使內部介質溫度上升到較高值，并且即使偶有停運情況，管段兩端的閥門也不會同時處于關閉狀態，不能形成密閉空間。

在管段完全密閉情況下，介質可能帶有少量氣體，其壓力與溫度關系符合氣體方程

PV=NRT

式中P是壓力，V是體積,N是物質的量,R是常數，T為溫度。可以看出，壓力隨溫度上升而增大。

當溫度達到某一臨界點，原有的少量氣體會完全溶解于介質之中，此時介質壓力與溫度的關系符合經驗公式

p=f△TE

p為介質作用于管道內壁的壓力，f為介質的膨脹系數，△T為溫升值， E為介質體積彈性系數。在密閉的原油管道中，f、E可視為定值， 因此p與△T成線型關系，壓力隨溫度上升很快增大，導致事故。

如果介質本身不含氣體，按上述經驗公式，溫度升高會在短時間引起壓力快速增大，更容易引發事故。

本次焊口爆開，首先是停產關閉閥門使管段處于密閉狀態，其次是蒸汽伴熱線對內部介質的加熱使內部壓力逐漸上升達到了某薄弱環節承壓極限而爆開，爆開后壓力有所下降，崗位人員聽到異常聲響后檢查工藝流程發現泵出口壓力過高，打開泵出口閥門泄壓至容器內，使壓力很快落零，這就是圖2反映的整個壓力變化過程。同時從圖1爆開的焊口情況來看，該焊縫的加強高度明顯不夠，屬焊接缺陷，形成了管段的薄弱環節。

3  防范措施

對于帶伴熱（蒸汽或電熱帶）的原油管段停產，首先要考慮是否會形成密閉空間，如果形成應考慮采用以下措施。

（1）斷蒸汽或斷電以切斷伴熱熱源。

（2）停產后立即對管段內介質進行放空泄壓。

作者：潘友強，1969年出生，高級工程師，2004年畢業于大慶石油學院石油工程專業，主要從事油氣集輸處理研究與管理及油田特種設備安全管理工作。

《管道保護》2017年第4期（總第35期）