冬季停用高壓注汽管道防爆管措施

馬宏偉

（中國石油新疆油田公司百口泉采油廠 克拉瑪依 834000）

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冬季停用高壓注汽管道防爆管措施

馬宏偉

（中國石油新疆油田公司百口泉采油廠 克拉瑪依 834000）

摘 要：針對某稠油油田發生的一起注汽管道爆管的事件進行調查，從爆管破裂口特征、使用材質、工作介質、環境溫度、爆管前后的操作情況等方面進行了詳細分析。認為：高壓注汽管道在冬季停用后易在內部某部位結冰，使該處發生脆化，啟用后高溫高壓蒸汽沖向結冰部位，形成溫差應力，對已脆化部位形成嚴重破壞，從而造成爆管事故。防止管道結冰，并在投用前進行檢測、試管、暖管是預防爆管的有效措施。

關鍵詞：注汽管道 爆管 低溫脆化 溫差應力 預防措施

Explosion Protection of High Pressure Steam Injection Pipe when out of Service in Winter

Ma Hongwei
( Baikouquan Oil Production Plant of Xinjiang Oilfi eld company Karamay 834000)

Abstract An incident of gas injection pipeline burst in a heavy oil fi eld was investigated and analyzed in detail from the characteristics of the burst pipe, the use of material, the working medium, the environment temperature and the operation before and after the burst pipe, and so on. The result showed that the gas injection pipe with high pressure tended to be frozen inside in some part, where was embrittled. As the steam with high temperature and high pressure rushing at the freezing part in winter when start using, it was easy to cause the pipeline explosion because of differential temperature stress that would destroy embrittlement parts. Keeping pipes off freezing, and checking, tube testing, heating pipes before put into use were effective measures to prevent them from burst.

Keywords Steam injection pipe Pipeline explosion Low temperature embrittlement Differential temperature stress Preventive measures

1 注汽管道爆管的危害

高壓注汽管道是稠油熱采的主要設備，工作壓力5～10MPa不等，工作溫度 200℃左右，一般都是地面露天鋪設，爆管是高壓注汽管道使用中潛在的一種危險。

2014年2月下旬，新疆稠油油田BZ井區曾發生一起注汽管道爆管的事故（見圖1、圖2、圖3），事發時操作工人從遠處聽到巨大的刺耳聲，隨之高溫高壓蒸汽從爆裂口刺出，爆管造成注汽管道事故段報廢，油田局部停產，所幸爆管部位附近沒有人員，而沒有造成人員傷亡。但爆管對附近作業人員的危害是致命的，碎塊擊中、汽流刺傷、燙傷的后果都是十分嚴重的。

圖1　直管處爆裂

圖2　彎頭處爆裂

圖3　爆管裂口及附著塵土

2 爆管的原因分析

該管道設計規格為φ114×10mm，選用材質為高壓鍋爐用無縫鋼管20G，該材質適合在450℃～ 650℃的高溫下工作，最低允許使用溫度-20℃，而冬季事發地區最低環境溫度約-35℃。通過對爆管管道查看，斷口較齊平，而管道本身沒有明顯腐蝕痕跡，在2012 年12月曾委托當地鍋爐壓力容器檢驗研究所對該條管道進行了全面檢測，未發現明顯焊接缺陷，裂紋、咬邊、未焊透、錯邊等情況均描述為無；同年委托當地機械產品質量監督檢驗站對材質進行光譜分析，碳、硅、錳等10項指標均符合要求，因此焊接質量與材質均不存在問題。

據了解該管道在冬季處于停用狀態，開春后安排投用，操作人員按正常操作要求緩慢打開上游閥門，但在已打開的下游閥門處較長時間沒有檢測到應有溫度的變化，證明該管道不通，隨后離開向管理層報告，但當時沒有關閉已打開的上游控制閥門，過了約30min后就發生了爆管。

原來，該管道的上游控制閥存在關不嚴問題（該問題已在現場給予了準確判斷），冬季停用后，仍然有蒸汽進入管道，與管道內本身存在的余汽（該管道沒有放空閥，停用后余汽不能放空）一起在管道內冷凝成水聚集在較低的部位，受外部低溫（最低可達-35℃左右）的影響，水又凍成冰，堵塞管道。金屬材料結冰后，在結冰部位發生了低溫脆化（冷脆性），削弱了金屬應有的性能，金屬材料的低溫脆性是由金屬的屈服強度隨溫度降低而升高造成的，當溫度降低到某一溫度時，屈服強度增大到高于斷裂強度時，在這個溫度以下材料的屈服強度比斷裂強度大，因此材料在受力時還未發屈服便斷裂了，材料顯示脆性。當操作人員全開上游控制閥，高溫（實測溫度190℃）高壓（實測8MPa）蒸汽直沖結冰部位，由于該部位瞬間溫度升高，在融冰的同時，形成溫差應力，對已脆化部位造成嚴重破壞，最終發生爆管。爆管部位距上游控制閥約350m處，從地勢上看此處正是整條管道的較低部位，蒸汽凝液易在此處聚集、結冰。

3 預防措施

針對管內結冰易造爆管事故的發生的問題，提出了相應的應對措施以減少爆管事故的發生。

1）從設計上要考慮注汽管道具備試管檢查條件，在起、始端均設計有放空閥門與接口，便于操作人員鑒別管內是否結冰并采取相應措施。放空閥門要放在管道的下部，停用后通過放空閥放掉內部的余汽，以防余汽冷凝結冰。

2）對于冬季停用注汽管道在開春后投用前一定要組織人員鑒別管內情況。

通過起、始端安裝的放空閥進行試管，將溫度為40～60℃的熱水從一端放空閥注入（另一放空閥關閉），注滿后靜止30min，以達到融冰暖管目的，之后打開另一端放空閥排出，一邊排一邊補熱水，從排出口檢測水溫，當排水溫度與注入溫度接近時，證明管道已經暢通，即使有冰也融化了，此時放掉全部注入水，關閉起、始端放空閥，注汽管道就可安全投用了。

總之，設法防止冬季停用注汽管道結冰并在重新投用前完全消除可能存在的結冰隱患，避免低溫脆化與溫差應力對管道的破壞，是油田生產者必須重視的一項工作。

參考文獻

[1] 胡秀蓮，李世春，陳琳．石油熱采注汽管線爆裂失效分析[J]．石油礦場機械，1996，24（01）：18-22.

[2] 溫建萍，李海．高溫高壓注汽管線破裂原因分析[J].壓力容器，2001，18（03）：18-22.

[3] 賴慶豐．鍋爐過熱器低溫組爆管原因及對策[J]．中國特種設備安全，2007，23(7)：54+57.

收稿日期：（2015-08-25）

作者簡介：馬宏偉（1970～），男，本科，安全副總監，工程師，從事健康安全環保管理工作。

文章編號：1673-257X(2016)03-0070-02

DOI:10.3969/j.issn.1673-257X.2016.03.016

中圖分類號:X933.4

文獻標識碼：B