某山區油氣管道廢棄處置設計與實踐

吳東容，余東亮，李開鴻，趙 雄，王 浩

國家管網集團西南管道有限責任公司，四川成都 610000

某山區天然氣管道與原油管道并行敷設，其中天然氣管道管徑1 016 mm，設計壓力10 MPa；原油管道管徑813 mm，設計壓力15 MPa。管道途經某人口密集區，管道兩側200 m范圍內約有居民住房400戶，人口1 600人，居民住房以二至三層樓房為主。管道一側另有一所普通高等專科學校，擁有在校師生6 000余人，且學校正在擴建教學樓，距離管道約268 m。根據GB32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規范》[1]相關規定進行分析判別，該段天然氣管道與原油管道均屬于Ⅱ級高后果區。因未來難以保證該Ⅱ級高后果區等級不變，為了徹底解決該段管道隱患，管道所屬企業決定對該段管道進行遷改，而對原路由管道進行廢棄處理[2-3]。

1 油氣管道廢棄處置設計

1.1 管道概況

原路由管道全長約3.8 km，見圖1。管道起自某鐵路西側，先向東南敷設穿越鐵路、高速公路，后轉向東穿越高后果區，在翻越山地、穿越河流后到達終點。管道沿線地貌主要為山地及山間谷地，植被為耕地與林地，無自然保護區、風景名勝區、水源地保護區等環境敏感點。

圖1 管道走向示意

1.2 處置方案比選

結合管道實際情況，設計了3種廢棄處置方案[4-5]，見表1。從方案可行性、土地利用影響、經濟投資等多方面對3種方案進行對比。由表1可見，全部拆除和全部注漿方案均存在明顯缺點，而分段處置方案則將管道廢棄處置的影響降到最低，且投資適中，故優選此方案。

表1 管道廢棄處置方案對比

1.3 管道分段

根據土地利用現狀和考慮到未來規劃、管道穿越、地形地貌等因素，按照以下原則對天然氣管道和原油管道進行分段[6-9]：第一，對穿越高速公路、鐵路、河流、基本農田的管段進行注漿封存；第二，對穿越林地的管段進行注惰性氣體封存；第三，對建設用地管段進行拆除?；谝陨显瓌t，天然氣管道與原油管道各分4段進行廢棄處置，見表2。

表2 天然氣管道和原油管道廢棄處置分段

2 廢棄油氣管道現場處置

2.1 原油管道清洗

原油管道處置前需先進行清洗作業。

2.1.1 清洗工藝

鑒于原油管道為近幾年投產的管道，且在改線前已完成惰性氣體推球排油[10-12]，故現場直接進行管道清洗作業。采用組合清洗技術對管道實施清洗[13]，即用惰性氣體推動3個清管器在管道中行進，在清管器之間分別放置專用清洗劑和沖洗水，見圖2。清洗過程中產生的固體和液體廢物交由有資質的第三方機構處置。

圖2 組合清洗列車配置示意

2.1.2 清洗流程

原油管道的清洗流程主要包括：現場作業坑開挖，冷切割斷管，臨時收發球筒焊接，注/排液孔、注/排氣孔、壓力表孔的開孔以及相應設備設施安裝，清洗列車組裝，管道清洗實施，清洗列車回收，固體、液體廢物處理，清洗效果驗證等。若清洗后管道內壁潔凈程度未達到要求，通過反復運行清洗列車進行清洗，直至滿足要求為止。

2.1.3 處置要點

山區原油管道清洗作業的重點在于防止下坡段管道出現不滿流現象。為此，現場采取了以下控制措施：其一，清洗劑注入點選擇在管道相對低點，以利于清洗劑段塞的形成；其二，清洗過程中嚴格控制清洗列車前后壓差，以控制清洗列車運行速度，從而達到保證清洗劑段塞自身的穩定以及段塞與管道內壁持續有效接觸的目的。

2.1.4 效果驗證

原油管道清洗作業完成后，用可燃氣體檢測儀對首末兩端管道內可燃氣體濃度進行檢測，檢測顯示讀數為零；再選擇管道中間段相對低點進行切割檢查，發現管道內壁無油、無蠟、無積液，見圖3。因此，本次清洗作業達到了預期效果。

圖3 原油管道清洗效果驗證

2.2 油氣管道拆除

2.2.1 拆除流程

油氣管道拆除是管道建設的逆向過程，可完全借鑒建設時的技術與設備[3]?，F場管道的拆除主要包括管道定位、管道開挖、管道切割、管段吊裝與運輸、管溝回填、地貌恢復等環節。

2.2.2 處置要點

不同于普通管道的拆除，山區油氣管道的拆除需要綜合考慮地形地貌、交通條件、施工技術、環境保護等因素。在拆除作業前，對于無法通過公共道路進入的施工地點，應修建臨時性施工道路；在管道開挖時，務必防止邊坡失穩、管溝塌方、堆積土石方滾落等情況發生；在切割、吊裝與搬運管道時，應結合現場實際選擇適用于山地施工條件的設備與工藝，并根據施工工序進行合理的現場布置；在恢復地貌時，為降低對環境的影響，應將原有種植土原位回填，同時選種有利于水土保持的當地物種。

2.2.3 現場處置

管道完全開挖后，為防止在切割時因應力突然釋放而傷人，現場管道開挖采取“先開挖至管頂，間隔一定距離再開挖切割點作業坑”的方式，見圖4。為避免管道內可能存在的殘留油氣發生爆炸，管道切割全部采用冷切割方式，且切割后的管段長度≤12 m。為防止殘留物灑落污染環境，在管段吊裝與運輸過程中，管道兩端始終封堵[14-15]。

圖4 管道開挖現場

2.3 油氣管道注惰性氣體封存

2.3.1 注惰性氣體流程

選擇氮氣作為惰性氣體，對林地敷設段管道進行注入封存，其封存壓力保持在0.02～0.04 MPa之間[9，16]。注氮氣封存流程主要包括：現場作業坑開挖，冷切割斷管，封頭焊接（含分段隔離段），首末端注/排氣孔、壓力表孔的開孔及相應設備設施安裝，分段隔離端開孔及閥門、聯通短節安裝，注氮設備設施連接，管道注氮及氮氣濃度檢測，管道升壓封存，作業坑回填，地貌恢復等。

2.3.2 處置要點

對于山區油氣管道，由于地形起伏大，管道原位腐蝕后其導流效應將更加突出[5]。為有效杜絕此類現象發生，山區油氣管道就地廢棄的分段隔離應比普通管道嚴格，隔離間距應在推薦的“每2～4km設置一處隔離”的基礎上適當減小[2，9]。

2.3.3 現場處置

選擇場地平整開闊、地勢較低的一側作為注氣孔，地勢較高的一側作為排氣孔，采用“液氮槽車+氣化調壓裝置”對管道進行注氮（見圖5），并分3段進行隔離。在完成氮氣置換與升壓后，關閉注氣孔和排氣孔閥門，就地封存管道。

圖5 管道注氮封存現場

2.4 油氣管道注漿封存

2.4.1 注漿流程

采用純壓力注漿法對管道進行注漿，即利用注漿泵從管道首端注入漿液，推動漿液及其前端清管器向前運行，直至漿液從管道末端流出[6]?，F場注漿流程主要包括：作業坑及儲漿池開挖，冷切割斷管，清管器安裝，兩端封頭焊接，注/排漿孔、壓力表孔與高點排氣孔開孔以及相應設備設施安裝，儲漿池、注漿泵與注漿口管道連接，管道注漿填充，作業坑及儲漿池回填，地貌恢復等。

2.4.2 處置要點

山區油氣管道注漿作業的重點在于控制上、下坡段管道的注漿質量。對于上坡段管道，若漿液流動性小或固化時間短，則可能堵塞管道致使注漿作業無法繼續；對于下坡段管道，與管道清洗類似，不滿流現象將嚴重影響注漿效果。因此，對于地形起伏段管道的注漿，應結合實際給出漿液流動性、填充度、固化時間、結石強度等指標，同時還應嚴格控制漿液前端清管器運行速度，以確保下坡段管道注漿質量。

2.4.3 現場處置

由于山區地形限制，難以開辟足夠大的場地用于現場制漿作業，因此采取由商品混凝土攪拌站提供按照設計配比制作的漿液，通過罐車拉運至現場并儲存于儲漿池中，再利用純壓力注漿法對管道進行連續注漿填充。為保證注漿質量，選擇地勢較低的一側作為注漿側，地勢較高的一側作為出漿側，在注漿作業完成后，關閉注漿口與排漿口閥門，就地封存管道。

3 結束語

山區油氣管道廢棄處置是一項復雜的系統工程，涉及廢棄方式選擇、管道清洗、管道注漿與注惰性氣體封存、管道及其附屬設施拆除等一系列工序。結合山區油氣管道敷設特點，有必要圍繞以下方面深入開展研究與現場應用：其一，多因素交互作用下的管道清洗用球、用劑規律研究；其二，山區環境條件下拆除管道與設備的運送技術開發；其三，地形起伏段管道注漿設備與工藝研發以及主要操作參數優化。