航煤成彭管道天府機場支線項目空管投油的技術分析

劉洋 伍麓琦

中航油彭州管道運輸有限公司 四川 成都 610200

1 成彭管道天府機場支線概況

成彭管道天府機場支線項目工程是為成都天府國際機場新建的配套航煤輸送管道，輸送介質為航煤。油品來自四川彭州煉油廠，管道起于彭雙航煤管線127.8km處天府新區太平街道的新建太平分輸站，沿線途經天府新區、簡陽市、東部新區，止于天府機場油庫末站。管道全長約37.8km，管道設計輸量220萬噸/年、壓力9.5MPa、管徑D273mm，采用L360M直縫高頻電阻焊鋼管。如圖1所示。

圖1 四川石化（首站煉廠）-天府國際機場管道高程圖

2 水聯運與氮氣置換空管投油技術對比

2.1 水聯運和氮氣置換空管投油

成彭管道天府機場支線項目試運行以“確保系統安全高效、強化油品質量管理、提高應急處置能力”為工作目標。其主要范圍包括：輸油管線太平分輸站、DN250輸油管線37.78km，輸油管線天府末站，通信光纜、SCADA自控系統、陰保系統、應急通信系統等。

一般成品油管道通過采用先進行水聯運再投油的投產方式[1]，中國航油集團公司內其他長輸管道一般也先采用水進行試運行后，再通過油頂水進行帶油試運轉。

通過投油前的水聯運，可達到對管道各種運行工況模擬和水力工藝分析，能進一步清洗設備和管線內雜物并鑒定設備、管線有無泄漏現象；能對單體重要設備進行試運，進一步考驗重要設備的安裝質量及性能；能檢查試驗各流量、液位、壓力等測量及控制儀表，考驗自控系統是否正常好用；操作人員熟悉現場流程，設備、儀表及操作，為油聯運作準備。

空管投油是指管道建成后直接進行投油試生產的一種試運投產方式[2]，具體步驟如下。

管線項目完成后在項目首端注入氮氣對管道內空氣進行置換保護油頭，油頭前采用智能清管器進行隔離密封。氮氣置換空管投油的優點有：一是航煤的飽和蒸汽壓較低，在高低落差不大的地區不易形成氣阻，不會影響試運行正常工況；二是氮氣置換保護，降低管道內空氣助燃物濃度，阻斷火災爆炸事故發展要素，可以杜絕發生火災爆炸事故；三是空管投油方案不會使用水保護，不僅可降低管道內水含量，而且能減少接收油庫天府機場油庫降質油品數量。成品油管道氮氣置換后空管投油是國外通常采用的一種成功投產方式[3]，國內航煤長輸管道至今還沒有空管投油的先例。成彭管道天府機場支線項目接收油庫天府機場油庫對油品質量要求較高，氮氣置換保護空管投油的優勢將會更加明顯。

2.2 空管投油的必要性

①若使用水聯運會產生油水混合物，可能對天府機場油庫4個航煤使用儲罐造成污染。②天府機場油庫單獨儲罐可長期儲存大量的油水混合物，油水分離將產生降質航煤約500噸。③天府支線末站進儲罐管線與油庫鐵路卸油站輸油管線、倒油工藝管線共用，使用水聯運可能影響共用管線油品質量，進而影響加注到飛機油箱的油品質量。④成彭管道天府機場支線管道起于彭雙航煤管線127.8km處，彭雙航煤管道已投用，采用“一泵到底”輸送模式，不便于開展水聯運投產。

3 空管投油分析

3.1 空管投油技術分析

成彭管道天府機場支線項目地勢起伏大，高低落差較大。采用注入氮氣置換后空管投油時，航煤油頭經過管道沿高點時由于重力加速度的原因油頭快速向下局部拉空管線，管線內局部壓力低于航煤飽和蒸氣壓，油品氣化，出現兩相流現象[4]，造成輸送壓力不穩，不利于掌握全線試運行工況。因未開展水聯運，此時只能按照設計時的水力工藝計算分析[5]結果開展試運行工況研判和應急處置，可能會給試運投油和安全運行帶來風險。

3.2 空管投油安全危害分析

①空管投油流速不好控制，流速過快容易產生積累更多的靜電[6]；②靜電積累過多遇到有電位差，會產生靜電放電火花；③空管投油在油頭翻越支線高點803m處高點后時，因線路高差，油品在重力作用下流速加快，造成管內不滿流現象，形成空管段或油流拉斷，管內產生負壓，致使油品發生氣化壓力下降至低于航煤飽和蒸氣壓以下，可能造成油品大量氣化，形成氣液兩相和大量易燃氣體，存在危害管道安全的風險。

4 空管投油解決措施

4.1 控流速

現有工藝條件下啟雙泵時，管內油品流速為1.4m/s，經水利測試采用單泵輸油方式往支線投油，首站可根據情況調節調壓閥保持首站出站壓力保持在4500Kpa左右，首站質量流量保持在110t/h左右，在輸油過程中逐步開啟天府支線閥門，控制支線投油速度，將投油速度控制在1m/s以下，減少靜電產生和聚累。

4.2 氮氣置換

本項目采用氮氣隔離方式進行投產，即在管道中的油品與空氣之間使用適量的氮氣和清管器，隔離油、空氣，減少油氣混合物產生，保證投油期間的管道安全。投油前在分輸站注入氮氣保護[7]，按照《民用航空燃料設施設備浸潤沖洗質量控制》（MHT 6076-2017）要求，控制燃料在空管內的流速不大于1m/s；排氣點的排氣流速應不大于7 m/s。油頭前清管器運行速度宜控制在2.52km/h以下，工作壓力宜為0.05MPa～0.2MPa，本次成彭航煤管道天府機場支線項目使用兩倍管容氮氣進行置換，約使用氮氣3928m3，確保管道內氧氣全部被置換出去。

4.3 控油氣

航煤在正常輸送狀態下油蒸氣是較少的，在油品經過翻越點時，因為油品流速會加速，造成該段管道內壓力降低，引發航煤氣化[8]。因此在控油氣可以通過控制翻越點管段內油品的流速和管道內的壓力來控制管道內航煤的蒸發，可以在管道投油前根據實際情況在油頭前建立背壓。可在投油前將管道前面某段閥門關閉，投油過程中密切注意油流前端的壓力，并利用沿線閥門開度控制壓力，形成一定背壓，減少管道內油品氣化的量。

4.4 油品質量管控

成彭航煤管道天府機場支線工程在施工過程中采取了以下措施[9]：一是在工程施工過程中，加強加成管道的清洗，采取每根管道焊接前清掃、試壓段空氣吹掃清管、大段吹掃清管等措施，最大限度地清除管道內的雜物；第二，在分段壓力試驗期間進行水清管。三是在生產期間，采取多項措施保證油品質量，主要包括：在油頭前增加隔離清管器，最大限度地清理管道內的雜物，降低油品的雜質含量；在天府末站投用1組粗過濾器、預過濾器及過濾分離器，確保進罐前油品質量。

5 結束語

成彭管線天府機場支線工程在科學分析論證的前提下，大膽摒棄了全線充水聯運后投產的常規試運行模式，創造性地采用了氮氣置換保護油頭的試生產，做到節約生產、安全生產，又產生了巨大的經濟效益。

一是解決了天府機場支線項目是從原彭雙航煤管道太平分輸站引出的實際問題。二是大大縮短了管道備水時間和水聯運含油污水處理事件，使管道及早符合正常輸油條件，及早產生經濟效益。三是減少了航煤中水含量，保障了天府機場入罐航煤油品質量，預計減少降質油品500t，減少降質損失約100萬元。