冬季停用高压注汽管道防爆管措施

马宏伟

（中国石油新疆油田公司百口泉采油厂 克拉玛依 834000）



冬季停用高压注汽管道防爆管措施

马宏伟

（中国石油新疆油田公司百口泉采油厂 克拉玛依 834000）

摘 要：针对某稠油油田发生的一起注汽管道爆管的事件进行调查，从爆管破裂口特征、使用材质、工作介质、环境温度、爆管前后的操作情况等方面进行了详细分析。认为：高压注汽管道在冬季停用后易在内部某部位结冰，使该处发生脆化，启用后高温高压蒸汽冲向结冰部位，形成温差应力，对已脆化部位形成严重破坏，从而造成爆管事故。防止管道结冰，并在投用前进行检测、试管、暖管是预防爆管的有效措施。

关键词：注汽管道 爆管 低温脆化 温差应力 预防措施

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

高压注汽管道是稠油热采的主要设备，工作压力5～10MPa不等，工作温度 200℃左右，一般都是地面露天铺设，爆管是高压注汽管道使用中潜在的一种危险。

2014年2月下旬，新疆稠油油田BZ井区曾发生一起注汽管道爆管的事故（见图1、图2、图3），事发时操作工人从远处听到巨大的刺耳声，随之高温高压蒸汽从爆裂口刺出，爆管造成注汽管道事故段报废，油田局部停产，所幸爆管部位附近没有人员，而没有造成人员伤亡。但爆管对附近作业人员的危害是致命的，碎块击中、汽流刺伤、烫伤的后果都是十分严重的。

图1　直管处爆裂

图2　弯头处爆裂

图3　爆管裂口及附着尘土

2 爆管的原因分析

该管道设计规格为φ114×10mm，选用材质为高压锅炉用无缝钢管20G，该材质适合在450℃～ 650℃的高温下工作，最低允许使用温度-20℃，而冬季事发地区最低环境温度约-35℃。通过对爆管管道查看，断口较齐平，而管道本身没有明显腐蚀痕迹，在2012 年12月曾委托当地锅炉压力容器检验研究所对该条管道进行了全面检测，未发现明显焊接缺陷，裂纹、咬边、未焊透、错边等情况均描述为无；同年委托当地机械产品质量监督检验站对材质进行光谱分析，碳、硅、锰等10项指标均符合要求，因此焊接质量与材质均不存在问题。

据了解该管道在冬季处于停用状态，开春后安排投用，操作人员按正常操作要求缓慢打开上游阀门，但在已打开的下游阀门处较长时间没有检测到应有温度的变化，证明该管道不通，随后离开向管理层报告，但当时没有关闭已打开的上游控制阀门，过了约30min后就发生了爆管。

原来，该管道的上游控制阀存在关不严问题（该问题已在现场给予了准确判断），冬季停用后，仍然有蒸汽进入管道，与管道内本身存在的余汽（该管道没有放空阀，停用后余汽不能放空）一起在管道内冷凝成水聚集在较低的部位，受外部低温（最低可达-35℃左右）的影响，水又冻成冰，堵塞管道。金属材料结冰后，在结冰部位发生了低温脆化（冷脆性），削弱了金属应有的性能，金属材料的低温脆性是由金属的屈服强度随温度降低而升高造成的，当温度降低到某一温度时，屈服强度增大到高于断裂强度时，在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大，因此材料在受力时还未发屈服便断裂了，材料显示脆性。当操作人员全开上游控制阀，高温（实测温度190℃）高压（实测8MPa）蒸汽直冲结冰部位，由于该部位瞬间温度升高，在融冰的同时，形成温差应力，对已脆化部位造成严重破坏，最终发生爆管。爆管部位距上游控制阀约350m处，从地势上看此处正是整条管道的较低部位，蒸汽凝液易在此处聚集、结冰。

3 预防措施

针对管内结冰易造爆管事故的发生的问题，提出了相应的应对措施以减少爆管事故的发生。

1）从设计上要考虑注汽管道具备试管检查条件，在起、始端均设计有放空阀门与接口，便于操作人员鉴别管内是否结冰并采取相应措施。放空阀门要放在管道的下部，停用后通过放空阀放掉内部的余汽，以防余汽冷凝结冰。

2）对于冬季停用注汽管道在开春后投用前一定要组织人员鉴别管内情况。

通过起、始端安装的放空阀进行试管，将温度为40～60℃的热水从一端放空阀注入（另一放空阀关闭），注满后静止30min，以达到融冰暖管目的，之后打开另一端放空阀排出，一边排一边补热水，从排出口检测水温，当排水温度与注入温度接近时，证明管道已经畅通，即使有冰也融化了，此时放掉全部注入水，关闭起、始端放空阀，注汽管道就可安全投用了。

总之，设法防止冬季停用注汽管道结冰并在重新投用前完全消除可能存在的结冰隐患，避免低温脆化与温差应力对管道的破坏，是油田生产者必须重视的一项工作。

参考文献

[1] 胡秀莲，李世春，陈琳．石油热采注汽管线爆裂失效分析[J]．石油矿场机械，1996，24（01）：18-22.

[2] 温建萍，李海．高温高压注汽管线破裂原因分析[J].压力容器，2001，18（03）：18-22.

[3] 赖庆丰．锅炉过热器低温组爆管原因及对策[J]．中国特种设备安全，2007，23(7)：54+57.

收稿日期：（2015-08-25）

作者简介：马宏伟（1970～），男，本科，安全副总监，工程师，从事健康安全环保管理工作。

文章编号：1673-257X(2016)03-0070-02

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

中图分类号:X933.4

文献标识码：B