原油管道無害化處理技術(shù)及應(yīng)用

周宏權(quán) 馮翠翠 朱春陽

摘 要：對于廢棄輸油管道無害化處理，我國當(dāng)前尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，廢棄處理技術(shù)研究也基本處于空白狀態(tài)。結(jié)合某城市地下輸油管道的廢棄處置，介紹了利用管道原有裝置對該廢棄段管道進(jìn)行氮氣置換、安裝收發(fā)球裝置清除殘油、注入無害填充物分段填充管道的可永久消除安全隱患的技術(shù)。首先簡要介紹了工程概況；而后較詳細(xì)論述了施工作業(yè)主要流程及技術(shù)要求，無害化填充劑材料的組成、性能及施工工藝；最后指出，對廢棄輸油管道的處置應(yīng)基于當(dāng)前和未來的土地利用、潛在的安全風(fēng)險和環(huán)境破壞情況進(jìn)行評估和實施；對能夠拆除的原油管道盡量予以拆除，對一時無法拆除的廢棄管道可采用上述技術(shù)進(jìn)行無害化處理。

關(guān)鍵詞： 廢棄原油管道；管道儲運；無害化處理

1.前言

中國陸上油氣管道總長度已經(jīng)達(dá)到12萬公里。盡管近年來全球油氣管道建設(shè)步伐有所放緩，但未來行業(yè)發(fā)展的空間仍然巨大。中國石化管道儲運有限公司經(jīng)過多年的摸索、探索，采用蒸汽清洗及混凝土注漿技術(shù)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了停用廢棄原油管道的無害化處理，成功地解決了這一環(huán)保課題。

2.無害化處理施工難點分析

2.1管道清洗施工難點

石油管線清洗的目的是將管道內(nèi)壁的油垢、雜質(zhì)清除干凈。目前國內(nèi)主要采用化學(xué)清洗和PIG物理清洗工藝對原油管線進(jìn)行清洗。以上工藝都有各自的局限性，在實際清洗工程中的效果均不令人滿意：化學(xué)清洗不僅材料成本高，而且因清洗劑污染造成的后期污水處理費用高昂，對環(huán)境污染嚴(yán)重，不能滿足環(huán)保要求；單獨使用PIG物理清洗工藝很難將管道管壁存在的蠟晶及原油徹底清洗干凈，不能滿足企業(yè)的實際需要。有關(guān)研究表明去除長輸原油管道凝結(jié)層的關(guān)鍵影響因素是溫度[2]，加熱清洗對凝結(jié)層的清洗效率高，清洗效果好。

2.2管道注漿施工難點

注漿工作是原油管道無害化處理的難點，由于管道長度較長、且所處地形復(fù)雜，施工中可能因注漿延遲導(dǎo)致管內(nèi)注漿效果降低、混凝土漿堵塞、注漿失效等問題。技術(shù)人員要在注漿施工之前精確計算注漿操作中水漿的比例，以保證整個管線內(nèi)注漿效果一致；對隊伍人員進(jìn)行合理的分工分組，連續(xù)注漿，以保證注漿管道內(nèi)不會出現(xiàn)堵塞的情況。

3.處理方案簡述

3.1作業(yè)坑開挖

施工區(qū)域地面附著物清理完成后石油管線位置用白灰撒出石油管道中心線后進(jìn)行土方開挖。作業(yè)坑采用人工十字型開挖，確認(rèn)地下無電纜或其他管線。使用機(jī)械將10#槽鋼插入地下做持力樁，每根間距1.5m-2m，持力樁之間放置鋼板做擋土墻，防止出現(xiàn)土方塌方現(xiàn)象。

3.2管道密閉開孔抽油、分段斷管

3.2.1密閉開孔

為確保施工安全，采用預(yù)制弧板式管座的方法，先行預(yù)制好與管道匹配的弧板，將開孔管座焊在弧板上，安裝好開孔閥門，開孔閥門為DN50閘閥，再利用卡帶將弧板安裝在管道上，弧板與管壁之間加δ=3mm厚橡膠板，緊固卡帶螺栓，確保弧板與管壁密閉連接，采用氮氣作介質(zhì)做密閉壓力試驗，試驗壓力為0.6—0.8MPa，試漏合格方可進(jìn)行開孔作業(yè)。

3.2.2斷管

管線開孔抽油完成后，安裝收發(fā)器裝置，用爬管機(jī)對管線進(jìn)行切割，截斷2-3m管段，切斷管線吊運至安全地帶臨時存放。

3.3收發(fā)器安裝

在被處置管口焊接連接法蘭，法蘭焊接按照原油管道動火要求進(jìn)行施工，管口內(nèi)先砌筑黃油墻封堵，檢測合格后組對焊接，全部焊接完成后，將封堵墻清理出來后再安裝收發(fā)器。

3.4氮氣推球清油、置換

加溫清管前，采用氮氣推球?qū)⒐艿纼?nèi)殘留原油頂出，同時將管道內(nèi)油氣置換。將DN700發(fā)球筒吊裝入φ711清管球，在安裝好的發(fā)球筒一側(cè)用專用液氮車?yán)\液氮，現(xiàn)場氣化、加壓后推球，清除管內(nèi)原油及油氣，同時打開收球筒上側(cè)的排油閥、抽油泵，將清出的原油抽入專用油罐車內(nèi)回收。

3.5蒸汽加熱管線、排污管線安裝

3.5.1蒸汽加熱管線和排污管線選用無縫鋼管和耐壓耐髙溫的金屬軟管；蒸汽管線的管徑為DN50， 連接方法為法蘭連接，蒸汽管線是由蒸汽機(jī)組的出氣閥連接到發(fā)送器的進(jìn)氣閥上，并設(shè)有壓力表、流量計、溫度計和控制閥門，以便運行操作、觀察和運行記錄工作。管線安裝完成后做試壓檢查和保溫，以防傷人。

3.5.2污油管線是由接收器底部的排污閥門連接到污油回收罐的進(jìn)口閥上，污油罐的排油口連接到抽油泵的進(jìn)口上，污油罐的排氣口連接到油氣冷卻、吸附的進(jìn)氣口，管線安裝完成后做試壓檢查，防止泄漏。

3.6管線清洗

3.6.1首先在發(fā)送器內(nèi)安裝一個特制的“裸體泡沬清管器”， 開始啟動蒸汽機(jī)組，用蒸汽作推進(jìn)劑，先把管內(nèi)的污油推出，同時也開始加熱使清管器后面的結(jié)蠟層逐漸融化，泡沫清管器的運行壓力約為0.03-0.05MPa。為提高清洗效果，利于污油的回收，用蒸汽調(diào)節(jié)閥來控制流量，使清管器盡量保持低速、勻速運行，清管器運行速度不超過2m/s。

3.6.2第二次清洗要根據(jù)第一次清管的檢測情況，選擇相應(yīng)性能的鋼主體PIG清管器，用蒸汽和空壓機(jī)的混合氣體作推進(jìn)劑，控制好壓力使其盡量緩慢前進(jìn)，并用地面跟蹤儀監(jiān)測PIG運行，從PIG的變形情況確定下一步所放的PIG的規(guī)格及型號，以便更好地將管內(nèi)沉積的污垢等雜物清理出來。

3.6.3第三次清洗和第二次清洗要連續(xù)進(jìn)行，要在管體溫度大于油臘結(jié)晶溫度時進(jìn)行清管器發(fā)射，以便更有效的將污油清出。

3.6.4清洗中壓力的監(jiān)控：PIG在管道內(nèi)運行時并不是完全勻速的，在某一段阻力較大時會稍停一下，使壓力增大。當(dāng)推動力大于阻力時PIG會猛然向前一竄，這時壓力減小，所以PIG正常運行時，壓力是規(guī)則的一起一降。根據(jù)監(jiān)控壓力，可以判明PIG運行情況，并結(jié)合跟蹤儀數(shù)據(jù)確定PIG運行位置。壓力表要安裝在發(fā)射端，并安裝一根較長的緩沖管，以防發(fā)生堵塞，無法讀取數(shù)據(jù)。

3.7清洗效果檢驗

選用白色泡沫球，用空壓機(jī)作氣源再次進(jìn)行管道通球，目測接收到的泡沫球體無固、液物；用可燃?xì)怏w檢測儀檢測可燃?xì)怏w濃度合格。

清罐后對管線內(nèi)壁進(jìn)行檢查，經(jīng)蒸汽加熱清洗后管內(nèi)無液態(tài)原油和蠟晶及其它雜物附管，管壁呈現(xiàn)金屬本色，目測清洗潔凈率在95%以上，清洗效果良好。

3.8固化填充

管道清洗完成，經(jīng)驗收合格后即可進(jìn)行固化填充，固化填充物為混凝土。

3.8.1采用混凝土輸送泵把混凝土注入廢棄管道內(nèi)，由于注漿管徑及管道存在起伏較大等狀況，為保證注漿質(zhì)量及注漿完成后方便驗收，施工時可采取分段注漿的方式。

3.8.2注漿孔及注漿控制閥安裝于低點的法蘭封頭上，高點封頭處安裝放氣閥，原管道開孔閥可做注漿觀察孔。

3.8.3混凝土選用細(xì)骨料輕質(zhì)商品混凝土，避免密度過大導(dǎo)致注漿失敗。混凝土內(nèi)添加緩凝劑及膨脹劑，配合比由攪拌站實驗室出具試驗報告。

3.8.4注入填充物時打開DN50排氣閥和DN50觀察閥，確認(rèn)填充物是否到達(dá)并充滿端位。確認(rèn)完成后，關(guān)閉觀察閥，確認(rèn)中間起伏段填充物是否充滿，確認(rèn)完成后關(guān)閉起伏段排氣閥，最后確認(rèn)高點填充物是否充滿，確認(rèn)完成后關(guān)閉高點排氣閥，停止注漿，確保填充物充滿管段。通過拆除管道兩端法蘭堵板或封頭確認(rèn)填充物自然固化，關(guān)閉閥門封管。經(jīng)過檢查所有檢查點管線填充飽滿，注漿固化效果良好。

4.結(jié)論

4.1原油管線通過蒸汽清洗及混凝土注漿技術(shù)相結(jié)合的方式對廢棄原油管道實施無害化處理，徹底清除了管線內(nèi)原油及蠟晶殘余，注漿固化后可以徹底消除安全隱患，保證停用廢棄原油管道的安全；同時由于不用進(jìn)行大開挖割管處置，也避免了對地上設(shè)施及附著物的拆除及地下隱蔽物處理等復(fù)雜問題，節(jié)省了大量資金[3]。

4.2注入的無害固化填充物后期不會對周圍環(huán)境造成二次污染，而且整個處理過程中沒有污油、污水排放，達(dá)到了資源消耗最小化。

4.3不發(fā)生因清洗劑污染后造成的污水處理費，有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢；而且因為管道清洗不需要自然排空，管道的安裝形式也不受限制，相對于其他處理方式，有更廣泛的使用用途。