潘友強(qiáng) 王 娟 曾寶忠

中國(guó)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(chǎn)2小時(shí)后一處焊縫突然爆開(kāi)，造成原油泄漏。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)該管段外蒸汽伴熱線(xiàn)持續(xù)加熱是造成壓力異常升高的主要原因。

關(guān)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(dāng)也會(huì)引發(fā)意外事故。某原油處理站在一次站區(qū)改擴(kuò)建工程連頭過(guò)程中就因蒸汽伴熱線(xiàn)對(duì)停止運(yùn)行的管段內(nèi)原油持續(xù)加熱而造成了焊口爆開(kāi)的意外事故。

1  焊口爆開(kāi)

2016年10月下旬，當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁亟档?3℃，原油處理站已開(kāi)始供暖，原油管線(xiàn)的伴熱線(xiàn)也開(kāi)始投入使用。當(dāng)天站區(qū)改擴(kuò)建工程的管線(xiàn)連頭工作正在進(jìn)行。一條從罐到泵的低含水油管段與動(dòng)火部位相連，為避免動(dòng)火部位的明火與靜電對(duì)該管段造成危害，與該管段相連的閥門(mén)提前關(guān)閉，并將閥門(mén)動(dòng)火側(cè)法蘭斷開(kāi)，管段下游的抽吸泵停止運(yùn)行，泵出口閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。但在停泵2 h后，這條管段的一處焊口爆開(kāi)，原油從爆口處噴出（見(jiàn)圖1）。

2  原因調(diào)查

出事管段總長(zhǎng)約150 m，材質(zhì)為20#鋼，規(guī)格219×6，設(shè)計(jì)壓力1.60 MPa，實(shí)際工作壓力0.02-0.10 MPa。其位于連頭點(diǎn)附近的閥門(mén)已關(guān)閉，且在斷開(kāi)法蘭縫中塞進(jìn)了絕緣石棉板，因電焊動(dòng)火可能產(chǎn)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(tǒng)記錄曲線(xiàn)看，與出事管段相連的泵確實(shí)處于停運(yùn)狀態(tài)，整個(gè)崗位沒(méi)有其它任何運(yùn)行設(shè)備，不存在不當(dāng)操作。

但有一點(diǎn)異樣引起了調(diào)查人員的注意，已停止運(yùn)行的泵出口壓力曲線(xiàn)卻顯示出一條數(shù)值逐漸上升的爬坡曲線(xiàn),其最高數(shù)值達(dá)到了1.9 MPa后快速下降，再后直線(xiàn)下降落零。如圖2所示。

圖2  出事管段壓力曲線(xiàn)

該泵正常運(yùn)行時(shí)的出口壓力為0.5 MPa，泵已停運(yùn)，卻產(chǎn)生1.9 MPa高壓，這壓力源從何而來(lái)呢？

用手觸摸出事管段部分裸露部位表面，有明顯的溫?zé)岣�，而正常運(yùn)行時(shí)的管內(nèi)介質(zhì)溫度只有25-30 ℃，加之當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度（-3℃）低，停產(chǎn)2小時(shí)后管道溫?zé)嵴f(shuō)明該管段一定有熱源供熱。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，該管段伴有約120 m蒸汽伴熱線(xiàn)，伴熱線(xiàn)內(nèi)的蒸汽溫度達(dá)115 ℃，伴熱線(xiàn)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(xiàn)在管段停運(yùn)后持續(xù)對(duì)管道內(nèi)部介質(zhì)加熱引起管內(nèi)壓力逐漸升高，導(dǎo)致焊口爆開(kāi)，引發(fā)爆管事故。

伴熱線(xiàn)運(yùn)行近10年尚未發(fā)生過(guò)問(wèn)題。此次發(fā)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(yùn)，內(nèi)部冷介質(zhì)不停的流動(dòng)，盡管伴熱蒸汽溫度很高，也不會(huì)使內(nèi)部介質(zhì)溫度上升到較高值，并且即使偶有停運(yùn)情況，管段兩端的閥門(mén)也不會(huì)同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，不能形成密閉空間。

在管段完全密閉情況下，介質(zhì)可能帶有少量氣體，其壓力與溫度關(guān)系符合氣體方程

PV=NRT

式中P是壓力，V是體積,N是物質(zhì)的量,R是常數(shù)，T為溫度�？梢钥闯�，壓力隨溫度上升而增大。

當(dāng)溫度達(dá)到某一臨界點(diǎn)，原有的少量氣體會(huì)完全溶解于介質(zhì)之中，此時(shí)介質(zhì)壓力與溫度的關(guān)系符合經(jīng)驗(yàn)公式

p=f△TE

p為介質(zhì)作用于管道內(nèi)壁的壓力，f為介質(zhì)的膨脹系數(shù)，△T為溫升值， E為介質(zhì)體積彈性系數(shù)。在密閉的原油管道中，f、E可視為定值， 因此p與△T成線(xiàn)型關(guān)系，壓力隨溫度上升很快增大，導(dǎo)致事故。

如果介質(zhì)本身不含氣體，按上述經(jīng)驗(yàn)公式，溫度升高會(huì)在短時(shí)間引起壓力快速增大，更容易引發(fā)事故。

本次焊口爆開(kāi)，首先是停產(chǎn)關(guān)閉閥門(mén)使管段處于密閉狀態(tài)，其次是蒸汽伴熱線(xiàn)對(duì)內(nèi)部介質(zhì)的加熱使內(nèi)部壓力逐漸上升達(dá)到了某薄弱環(huán)節(jié)承壓極限而爆開(kāi)，爆開(kāi)后壓力有所下降，崗位人員聽(tīng)到異常聲響后檢查工藝流程發(fā)現(xiàn)泵出口壓力過(guò)高，打開(kāi)泵出口閥門(mén)泄壓至容器內(nèi)，使壓力很快落零，這就是圖2反映的整個(gè)壓力變化過(guò)程。同時(shí)從圖1爆開(kāi)的焊口情況來(lái)看，該焊縫的加強(qiáng)高度明顯不夠，屬焊接缺陷，形成了管段的薄弱環(huán)節(jié)。

3  防范措施

對(duì)于帶伴熱（蒸汽或電熱帶）的原油管段停產(chǎn)，首先要考慮是否會(huì)形成密閉空間，如果形成應(yīng)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(chǎn)后立即對(duì)管段內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行放空泄壓。

作者：潘友強(qiáng)，1969年出生，高級(jí)工程師，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專(zhuān)業(yè)，主要從事油氣集輸處理研究與管理及油田特種設(shè)備安全管理工作。

《管道保護(hù)》2017年第4期（總第35期）