山區(qū)油氣管道廢棄處置技術(shù)簡(jiǎn)析

吳東容 余東亮 賀煥婷 謝躍輝 孫海軍 呂正龍 楊川

1國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司2中國(guó)石油青海油田分公司

管道廢棄是油氣管道全生命周期管理的最后環(huán)節(jié)[1]。當(dāng)管道上游油氣資源枯竭、下游市場(chǎng)占有率下降、管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大或者管輸經(jīng)濟(jì)性差且管道無(wú)其他潛在用途時(shí)，管道廢棄將不可避免[2-3]。近年來(lái)，在借鑒國(guó)外油氣管道廢棄處置技術(shù)的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了陸地管道廢棄處置技術(shù)研究，其研究成果已在部分管道上應(yīng)用[4-8]。目前，陸地油氣管道廢棄處置技術(shù)主要針對(duì)普通管道，而對(duì)于大落差、地形起伏大的山區(qū)管道尚未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，山區(qū)用地愈發(fā)緊張，原有管道的部分路由已不能滿足地方發(fā)展規(guī)劃的需要。因此，山區(qū)管道改線時(shí)有發(fā)生，原路由管線需做廢棄處置，急需基于現(xiàn)有技術(shù)開(kāi)展山區(qū)油氣管道廢棄處置技術(shù)研究。

1 管道廢棄處置技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 廢棄方式

對(duì)于油氣管道廢棄，拆除和就地廢棄是常見(jiàn)的兩種方式[9]。拆除能夠徹底消除管道安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)未來(lái)土地利用不造成影響，但工程量大、成本高、施工周期長(zhǎng)，適用范圍受管道所處地理環(huán)境限制。與拆除相比，就地廢棄具有工程量小、成本適中、施工周期短的特點(diǎn)，但通常需要采取惰性氣體封存或管道注漿等輔助措施，以控制管道廢棄后可能產(chǎn)生的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)[10]。在實(shí)際工程應(yīng)用中，將管道拆除和就地廢棄組合使用更為科學(xué)有效[11-12]。通常，輸氣管道廢棄包括氮?dú)庵脫Q、管道分段、管段拆除、管段注漿或惰性氣體封存等環(huán)節(jié)；輸油管道廢棄則包括氮?dú)馔魄蚺庞汀⒐艿狼逑础⒐艿婪侄巍⒐芏尾鸪⒐芏巫{或惰性氣體封存等。相較于輸氣管道，輸油管道廢棄處置主要增加了管道清洗環(huán)節(jié)。

1.2 處置技術(shù)

1.2.1 管道清洗

管道清洗是輸油管道廢棄處置過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的清洗方法包括物理、化學(xué)以及物理-化學(xué)結(jié)合法[13]。目前，廢棄管道的清洗多采用物理-化學(xué)結(jié)合法（圖1），即將物理清管器與化學(xué)清洗劑相結(jié)合，組成清洗列車(chē)對(duì)管道實(shí)施清洗。此方法具有清洗速度快、清洗劑用量適中、清垢能力強(qiáng)的特點(diǎn)，已在部分管道上成功應(yīng)用[4]。

1.2.2 管道拆除

管道拆除是管道建設(shè)的逆向過(guò)程，可完全借鑒建設(shè)時(shí)的技術(shù)與設(shè)備[10]。不同的是，廢棄管道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較新建管道低，且管道內(nèi)殘留的油氣可能引發(fā)爆炸或造成環(huán)境污染[14]。因此，管道拆除時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際，合理選擇切割、吊裝方式，切割作業(yè)時(shí)加強(qiáng)對(duì)可燃?xì)怏w濃度的檢測(cè)，搬運(yùn)過(guò)程中要做好端口封堵以防止殘留物灑落[15-16]。

圖1 組合清洗列車(chē)配置示意圖Fig.1 Schematic diagram of combined cleaning train configuration

1.2.3 管道就地廢棄

（1）惰性氣體封存。選擇惰性氣體封存時(shí)，管內(nèi)氣體壓力應(yīng)在0.02～0.04 MPa之間[17-18]。為防止導(dǎo)流效應(yīng)的產(chǎn)生[12]，需對(duì)管道進(jìn)行分段隔離。就地廢棄管道每2～4 km 應(yīng)設(shè)置一處隔離，具體間距可根據(jù)管道周?chē)匦芜M(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。對(duì)于穿越水體、環(huán)境敏感區(qū)域的管道，應(yīng)在穿越的出、入口分別設(shè)置隔離。

（2）管道注漿。管道注漿包括長(zhǎng)距離和短距離注漿兩類(lèi)[8]，其中短距離注漿對(duì)象為穿越公路、鐵路、水體、建筑物等區(qū)域的管道。常用的注漿材料有水泥類(lèi)、化學(xué)類(lèi)以及黏土類(lèi)，實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況合理選擇注漿材料并優(yōu)化其配比[19-20]。目前，管道注漿方法主要有純壓力注漿法和真空輔助壓力注漿法，其中純壓力注漿法適用于短距離（一般2 km 以內(nèi)）管道，真空輔助壓力注漿法則適用于大口徑、長(zhǎng)距離管道[6]。

2 管道廢棄方式選擇

2.1 一般管道

山區(qū)油氣管道沿線地理環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)不同管段選擇不同的廢棄方式。對(duì)于地上管段，應(yīng)采取拆除的方式進(jìn)行廢棄處置；對(duì)于埋地管段，則應(yīng)結(jié)合土地利用、安全環(huán)保、處置成本等因素綜合考慮決定。當(dāng)管道上方土地有開(kāi)發(fā)利用計(jì)劃或需要深耕種植時(shí)，由于管道就地廢棄會(huì)影響日后土地的正常使用，應(yīng)選擇拆除的方式進(jìn)行處置；當(dāng)管道上方土地?zé)o開(kāi)發(fā)利用計(jì)劃或只需耕種淺根作物時(shí)，在做好分段隔離措施的條件下，可選擇注入惰性氣體就地廢棄管道。對(duì)于穿越公路、鐵路、水體、建筑物等特殊區(qū)域的管道，為避免管道拆除或原位腐蝕后可能造成的土地沉陷，可選擇管道就地廢棄后注漿處理。

2.2 特殊管道

2.2.1 陡坡段管道

山區(qū)油氣管道的敷設(shè)常常翻越高陡山坡，導(dǎo)致陡坡段管道的形成（圖2）。由于地理環(huán)境的限制，拆除陡坡段管道大部分只能依靠人工完成，整個(gè)拆除作業(yè)需要在陡坡上實(shí)施，不僅耗時(shí)費(fèi)力、作業(yè)難度大且安全風(fēng)險(xiǎn)高，也會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成破壞。加之管道拆除后會(huì)打破原有的管土平衡，相當(dāng)于搬離了土地的支撐物（管道），坡體的穩(wěn)定性將受到影響[12，21]。因此，對(duì)陡坡段管道進(jìn)行廢棄處置時(shí)，建議選擇就地廢棄的方式。當(dāng)管道必須拆除時(shí)，在作業(yè)前應(yīng)對(duì)陡坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，作業(yè)過(guò)程中要重點(diǎn)加強(qiáng)人員的安全防護(hù)及環(huán)境保護(hù)，管溝回填后還需采取有效措施恢復(fù)原有地貌。

2.2.2 并行管道

因山區(qū)線路選擇受限，并行管道在山區(qū)油氣管道中尤為多見(jiàn)。不同于單條管道的廢棄處置，并行管道廢棄方式的選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮對(duì)相鄰管道的影響，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果進(jìn)一步評(píng)估相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)后確定，并應(yīng)取得相鄰管道所有方的同意。無(wú)論采取何種廢棄方式，在處置過(guò)程中要注意加強(qiáng)對(duì)相鄰管道的安全防護(hù)，以及隧道、橋梁、水工保護(hù)等共用設(shè)施的保護(hù)。對(duì)于并行管道陰極保護(hù)系統(tǒng)拆除與否，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)籌考慮。若陰極保護(hù)系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置，建議采取拆除的方式進(jìn)行廢棄處理；若陰極保護(hù)系統(tǒng)為聯(lián)合設(shè)置，則建議對(duì)其進(jìn)行保留并定期維護(hù)。

3 廢棄管道處置技術(shù)要點(diǎn)

3.1 管道清洗

山區(qū)輸油管道清洗的難點(diǎn)通常在下坡段管道，由于地形起伏劇烈、管道落差大，下坡段管道易形成不滿流現(xiàn)象，造成清洗劑、沖洗水等清洗介質(zhì)不能與管道內(nèi)壁充分接觸，從而影響管道清洗效果。因此，在山區(qū)管道清洗作業(yè)時(shí)，清洗劑注入點(diǎn)宜選擇在管道相對(duì)低點(diǎn)，以利于形成清洗劑段塞。在清洗過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制清洗列車(chē)前后壓差，通過(guò)控制清洗列車(chē)運(yùn)行速度來(lái)保證清洗劑段塞的穩(wěn)定以及段塞與管道內(nèi)壁的持續(xù)有效接觸。若下坡段管道距離過(guò)長(zhǎng)，通過(guò)技術(shù)控制仍然難以實(shí)現(xiàn)清洗劑段塞穩(wěn)定的長(zhǎng)距離運(yùn)行，可采取分段處理的方式對(duì)管道實(shí)施清洗。當(dāng)管道存在變形并且影響清洗列車(chē)通過(guò)時(shí)，也應(yīng)對(duì)此處管道進(jìn)行分段清洗處理。針對(duì)山區(qū)管道清洗效果的驗(yàn)證，應(yīng)重點(diǎn)驗(yàn)證下坡段管道的清洗質(zhì)量，驗(yàn)證方式包括但不限于中間段切開(kāi)檢查、沖洗水油/脂濃度檢測(cè)、可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)等。

3.2 管道拆除

不同于普通管道的拆除，山區(qū)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(shù)、環(huán)境保護(hù)等因素。在整個(gè)拆除過(guò)程中，尤其要加強(qiáng)對(duì)作業(yè)人員的安全防護(hù)以及周?chē)h(huán)境的保護(hù)。拆除作業(yè)前，對(duì)于無(wú)法通過(guò)公共道路進(jìn)入的施工地點(diǎn)，應(yīng)修建臨時(shí)性施工道路；開(kāi)挖管溝時(shí)，務(wù)必做好預(yù)防邊坡失穩(wěn)、管溝塌方、堆積土石方滾落等安全措施；切割、吊裝與搬運(yùn)管道時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇適用于山地施工條件的設(shè)備與工藝，并根據(jù)施工工序進(jìn)行合理的現(xiàn)場(chǎng)布置；恢復(fù)地貌時(shí)，為降低對(duì)環(huán)境的影響，應(yīng)將原有種植土原位回填，同時(shí)選種有利于水土保持的當(dāng)?shù)匚锓N。

3.3 管道分段隔離

對(duì)于山區(qū)油氣管道，由于地形起伏大，管道原位腐蝕后其導(dǎo)流效應(yīng)將更加突出，造成的生態(tài)環(huán)境破壞也將更加嚴(yán)重。為有效杜絕此類(lèi)現(xiàn)象發(fā)生，山區(qū)油氣管道就地廢棄后的分段隔離措施應(yīng)嚴(yán)于普通油氣管道，隔離間距應(yīng)在相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)縮短。

表1 某山區(qū)油氣并行管道廢棄油氣管道分段處置Tab.1 Segments disposal of abandoned oil and gas pipelines in a mountainous ares

3.4 管道注漿

山區(qū)油氣管道注漿作業(yè)的重點(diǎn)在于控制上、下坡段管道的注漿質(zhì)量。對(duì)于上坡段管道，若注漿材料流動(dòng)性小或固化時(shí)間短，則可能因漿體堵塞管道而致注漿作業(yè)無(wú)法繼續(xù)；對(duì)于下坡段管道，與管道清洗類(lèi)似，不滿流現(xiàn)象將嚴(yán)重影響管道注漿質(zhì)量。為確保山區(qū)油氣管道的注漿效果，應(yīng)對(duì)注漿材料的流動(dòng)性、填充率、固化時(shí)間以及結(jié)石強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)配以合適的注漿設(shè)備與工藝，以保證地形起伏段管道注漿質(zhì)量。若地形起伏過(guò)大，不能通過(guò)技術(shù)控制保證注漿效果，則可在適當(dāng)位置對(duì)管道進(jìn)行分段處理，以確保特殊地段管道的注漿效果。

4 實(shí)際案例

4.1 管道概況

某山區(qū)天然氣管道與原油管道并行敷設(shè)，其中天然氣管道管徑1 016 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa；原油管道管徑813 mm，設(shè)計(jì)壓力15 MPa。因管道原路由與人口密集區(qū)間距不足，為了保證管道的本質(zhì)安全，徹底解決該段管道高后果區(qū)隱患治理問(wèn)題，對(duì)該段管道進(jìn)行了遷改（圖3），原路由管道作廢棄處置。

圖3 管道走向示意圖Fig.3 Pipeline direction schematic diagram

4.2 管道分段

綜合考慮土地規(guī)劃、基本農(nóng)田、公路、鐵路、河流穿越等因素，將天然氣管道與原油管道分4段進(jìn)行處置（表1）。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)處置

鑒于天然氣管道、原油管道在改線動(dòng)火作業(yè)前已分別進(jìn)行了氮?dú)庵脫Q和氮?dú)馔魄蚺庞停椰F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)管道內(nèi)氮?dú)鉂舛群细瘢什辉龠M(jìn)行上述操作。管道廢棄的現(xiàn)場(chǎng)處置主要包括以下內(nèi)容：

（1）利用組合清洗技術(shù)對(duì)原油管道進(jìn)行清洗，通過(guò)嚴(yán)格控制清洗列車(chē)前后壓差，避免下坡段管道產(chǎn)生不滿流，確保原油管道清洗質(zhì)量。

（2）根據(jù)管道分段處置要求，采用冷切割方式對(duì)天然氣管道、原油管道進(jìn)行4段隔離處置。

（3）借鑒山區(qū)管道施工技術(shù)與設(shè)備，按照管道建設(shè)時(shí)的逆向過(guò)程對(duì)建設(shè)用地范圍內(nèi)管段進(jìn)行拆除。

（4）向林地敷設(shè)管段內(nèi)注入惰性氣體，保持氣體壓力在0.02～0.04 MPa之間，并分3段進(jìn)行隔離。

（5）配置流動(dòng)性、固化時(shí)間、結(jié)石強(qiáng)度等符合要求的漿液，采用純壓力注漿法對(duì)穿越公路、鐵路、河流的管段進(jìn)行注漿。

（6）將種植土原位回填，并選種有利于水土保持的當(dāng)?shù)刂参铩?/p>

5 結(jié)論

油氣管道廢棄處置是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及廢棄方式選擇、輸油管道清洗、管道注漿或惰性氣體封存、管道及其附屬設(shè)施拆除等一系列技術(shù)。山區(qū)油氣管道廢棄處置具有以下特殊性：

（1）陡坡段管道宜選擇就地廢棄的方式，并行管道的廢棄方式需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查經(jīng)評(píng)估后確定，并應(yīng)取得相鄰管道所有方的同意。

（2）輸油管道清洗的難點(diǎn)在于控制下坡段管道的清洗質(zhì)量，清洗劑注入點(diǎn)應(yīng)選擇在相對(duì)低點(diǎn)，清洗過(guò)程中需嚴(yán)格控制清洗列車(chē)前后壓差，防止產(chǎn)生不滿流現(xiàn)象。

（3）管道的分段隔離措施應(yīng)嚴(yán)于普通管道，隔離間距應(yīng)在相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)縮短。

（4）管道注漿作業(yè)的重點(diǎn)在于控制上、下坡段管道的注漿質(zhì)量。為確保地形起伏段管道的注漿效果，應(yīng)嚴(yán)格控制注漿材料的流動(dòng)性、填充率、固化時(shí)間以及結(jié)石強(qiáng)度等指標(biāo)，同時(shí)配以合適的注漿設(shè)備與工藝。