废弃输油管道无害化处理技术研究与应用

祁志江

中国石化管道储运有限公司抢维修中心，江苏徐州 221008

废弃输油管道无害化处理技术研究与应用

祁志江

中国石化管道储运有限公司抢维修中心，江苏徐州 221008

对于废弃输油管道无害化处理，我国当前尚缺乏标准规范，废弃处理技术研究也基本处于空白状态。结合某城市地下输油管道的废弃处置，介绍了利用管道原有装置对该废弃段管道进行氮气置换、安装收发球装置清除残油、注入无害填充物分段填充管道的可永久消除安全隐患的技术。首先简要介绍了工程概况；而后较详细论述了施工作业主要流程及技术要求，无害化填充剂材料的组成、性能及施工工艺；最后指出，对废弃输油管道的处置应基于当前和未来的土地利用、潜在的安全风险和环境破坏情况进行评估和实施；对能够拆除的原油管道尽量予以拆除，对一时无法拆除的废弃管道可采用上述技术进行无害化处理。

废弃输油管道；无害化处理；氮气置换；固化填充物

石油管道废弃处理的方法有多种，不同的弃置方法均存在对环境和石油开发活动的影响，但不同方法的影响程度会因时空和经济利益不同而有很大的差异。所以选择新的施工工艺在很大程度上可以降低废弃石油管道对环境和社会安全的影响。

1 工程概况

某城市地下的输油管道发生腐蚀泄漏，泄漏原油进入附近的市政排水暗渠，在形成密闭空间的暗渠内油气积聚遇火花发生爆炸。由于该段管道所处地区建筑物众多，人口密集，大部分管段被占压，为避免事故的再次发生，该段泄漏管道已永久停用，并需要作无害化处理。如采用大开挖割管处置方案，虽然可以彻底消除隐患，但存在地上设施、附着物拆除量过大，地下隐蔽物处理极其复杂等问题，无法实施；如采用注水、注泥浆、注氮封管方案，虽可以暂时保证停用管道的安全，但存在后期管内存留物二次污染环境的隐患[1]，也不可行。经研究，发现利用管道原有装置对该废弃段管道进行氮气置换、安装收发球装置清除残油、注入无害填充物分段填充管道的技术方案可行，并可永久消除安全隐患。

2 施工方案

2.1 作业主要流程

开工前准备——抽油作业坑开挖——氮气置换、密闭开孔、抽油——出站阀前割管、安装封头——安装收、发球装置——氮气推球清油、抽油——分段割管、安装盲板封管——分段注入无害固化填充物——填充物自然固化、封管——场地恢复。

2.2 施工技术要求

（1）开工前准备。开工前做好地面设施的勘查，委托专业检测公司对地下隐蔽物进行详细勘测，包括待处置管段的具体位置、埋深，与待处置管段相邻或交叉的管道、电缆、光缆及其他市政设施等，并向施工人员作详细交底。

（2）抽油作业坑开挖。抽油作业坑底部尺寸为：长4 m、宽6 m，根据作业坑深度放坡。废弃管道与其他管道、电缆等交叉处做好防护。

（3）氮气置换、密闭开孔、抽油。其一，在管段两端底部距离管口约1.5 m处安装抽油阀。具体方法为：先清理干净装阀位置管道的防腐层，利用管道原有装置在管道端头进行氮气置换，焊接开孔短节，安装DN50球阀（抽油阀），采用管道封堵专用开孔机密闭开孔[2]，开孔完成后关闭抽油阀。其二，在抽油阀的另一端连接抽油泵，打开抽油阀、抽油泵，将原油抽入油罐车内回收。其三，管道两端不再抽出原油后，关闭抽油泵、抽油阀。

（4）出站阀前安装封头。采用无火花专用机械割管机，割除出站阀前3 m管段，在剩余管段距管口300 mm处砌筑黄油泥墙，在靠近出站阀侧的管段上组焊封头，焊接和无损检测执行相关要求。

（5）安装收、发球装置。在管段距管口300 mm处砌筑黄油泥墙，两端分别安装收、发球装置一套。

（6）氮气推球清油、抽油。第一，在发球筒侧用专用液氮车拉运液氮，现场气化、加压后推球，清除管内原油及油气，同时打开收球筒侧的抽油阀、抽油泵，将清出的原油抽入专用油罐车内回收。收球筒侧高位排放油气。第二，氮气推球清油次数不得少于3次，以排尽管内油及油气，使全管段充满氮气。

（7）分段割管、安装盲板封管。第一，鉴于注入的无害化填充物密度相对较大，综合考虑管的承压能力，经测算，该工程按每段800 m左右进行注填充物固化处置。第二，用专用机械割管机分段切割该段管道，具体位置可结合现场实测情况作适当调整。每段管道两端安装盲板[3]，在局部高点处安装注浆阀、排气阀。第三，管道截断点处预先开挖管道分段截断作业坑，尺寸及要求同抽油作业坑。第四，每段管道两端在距盲板（或收发球筒）内侧1～1.5 m处，分别安装DN50排气阀和观察阀，不少于两个，高点阀用于排气，低点阀用于观察（兼排气）填充物是否到达并充满端位。第五，在注浆口与远端盲板之间的管道埋深若存在起伏时，在高差超过管径段的局部高点位置增加安装排气阀。

（8）分段注入无害固化填充物。其一，无害固化填充物事先需做填充物流动度、固化填充率、抗压强度试验，达到预定要求后方可按配比批量搅拌。其二，填充物需事先在混凝土搅拌站完成搅拌，用混凝土搅拌车拉运至现场，从局部高点往局部低点分段注入无害固化填充物，管段高点处应设置排气阀，分段注入时要连续作业，注入时要做好现场注浆量计量，现场注浆量要与管容量相匹配。其三，注入填充物时打开排气阀和观察阀，确认填充物是否到达并充满端位，确认完成后，关闭观察阀；然后确认中间起伏段填充物是否充满，确认完成后关闭起伏段排气阀；最后确认高点填充物是否充满，确认完成后关闭高点排气阀，停止注浆，确保填充物充满管段，继续下一管段作业，直至全部完成。

（9）填充物自然固化、封管。通过观察阀、排气阀确认填充物自然固化，关闭阀门封管，回填作业坑，场地恢复。

3 无害化填充剂的研究

经调研，国内外在废弃管道无害化填充物方面并无成熟产品可利用，因此，需要研究一种新型的无害固化填充剂。

3.1 材料选择

固化填充物性能指标应具有一定的流动性，凝固时间能满足连续填充施工作业技术要求，可以实现最终永久固化，稳定性好，不会产生二次安全环保危害，浆体固化填充率在95%以上；固化填充物原材料应经济可靠，可以实现市场化采购；施工工艺操作简单、安全可靠，可分段作业，不需要管道大开挖，对废弃管道地面和其他建筑设施的影响最小化。

经研究，由粉煤灰、水泥、外加剂和水按适当比例拌制而成的固化填充物，材料无害化程度高，适宜作为填充材料。通过正交试验确定填充材料的最优配比：10%DW-I减水剂的掺量0.3%、10%DWB01保坍剂的掺量0.3%、粉煤灰与水泥质量比为85∶15，水胶比（w/c）为0.5。填充材料的技术指标如下：12 h流动度255 mm，12 h充填率95.6%，28 d抗压强度2.25 MPa，密度1.572 g/mL。各参数随时间的变化规律见图1～图3。

图1 粉煤灰水泥浆流动度随时间的变化规律

图2 粉煤灰水泥浆固化填充率随时间的变化规律

图3 粉煤灰水泥浆抗压强度随时间的变化规律

经调研，粉煤灰水泥浆流动度在200 mm以上可完全满足泵送的需要。经试验测试，按照粉煤灰∶水泥=85∶15的配比，水胶比0.5，加适量减水剂、保坍剂配制拌合而成的粉煤灰水泥浆初始流动度>300 mm，完全满足泵送需要，泥浆流动度在8 h后基本保持不变（>200 mm），满足现场连续泵送需要。

固化填充率在8 h后基本保持不变，满足达到95%以上的要求。固化填充物抗压强度28 d以后还会增加，但增加缓慢，90 d抗压强度在1.5 MPa左右，与土壤抗压强度接近，填充效果较好。

3.2 施工工艺

现场施工可供选用的泵型号很多，结合本工程实际，可选用连续式砂浆搅拌机或混凝土搅拌机、连续混浆机，加上合适的罐体，实现连续搅拌；再配上合适的混凝土泵，将搅拌好的泥浆泵入管道。施工工艺操作简单、安全可靠，泥浆黏度接近润滑油，可实现大的分段作业，不需要管道大开挖，对废弃管道地面和其他建筑设施的影响最小化。综合考虑灌浆选用的材料、泵送设备和施工工艺，灌浆材料成本估算不超过300元/m3（含泵送费），经济性良好。

4 结束语

对废弃输油管道的处置应基于当前和未来的土地利用、潜在的安全风险和环境破坏进行评估和实施。要求管道废弃前进行物理隔离，清空并清理管内介质，确保废弃管道内无有害物质残留，所有开口加封盖密封。对能够拆除的原油管道尽量予以拆除；对因地面占压物较多，一时无法拆除的废弃管道应填充合适的材料进行无害化处理。选用由粉煤灰、水泥、外加剂和水按适当比例拌制而成的固化填充物进行填充，原材料应经济可靠，可以实现市场化采购；施工工艺应操作简单、安全可靠，不需要管道大开挖，对废弃管道地面和其他建筑设施的影响最小化；浆体固化填充率在95%以上，可以实现最终永久固化，稳定性好，不会产生二次安全环保危害。该技术的成功应用可为其他类似废弃管道的无害化处理提供借鉴。

[1]范庆春，林昊健.注浆固化技术在废弃输油管道无害化处理中的应用[J].中国化工贸易，2015，32（11）：20-21.

[2]杨之华.不停输带压封堵技术在原油管线改造中的应用[J].石油和化工设备，2009（9）：33-35.

[3]孙成德，宋龙进，吴晨.高压盘式封堵作业安全控制措施[J].安全、健康和环境，2014，12（2）：12-13，41.

Research and application of harmless disposal techniques for abandoned oil transmission pipelines

QIZhijiang
First-aid Repair Center，China PetrochemicalPipeline Storage&Transport Co.，Ltd.，Xuzhou 221008，China

At present，there are lack of the standard and code about harmless disposal techniques for abandoned oil transmission pipelines in China，and the abandonment technical research is almost in blank.This paper introduces the disposal of the abandoned underground oil transmission pipeline in a domestic city with respect to nitrogen replacement by using original device of the pipeline，installation of ball dispatching and receiving devices to clean waste oil，filling pipeline sections with harmless materials.It illustrates the main construction procedure and technical requirements，as well as the composition，property and construction process of the filling materials.Finally，it points out that the evaluation and implementation of abandoned pipeline disposalshould be based on land utilization plan for the present and future，potential safety risks and environmental damage；Crude oil pipelines should be demolished as much as possible；If not，the above-mentioned harmless disposaltechniques could be adopted.

abandoned oiltransmission pipeline；harmless disposal；nitrogen replacement；solidified filling material

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.012

祁志江（1963-），男，江苏淮安人，高级工程师，1999年毕业于中共中央党校函授学院，长期从事管道工程建设和抢维修工作。

2017-01-08

Email：lhh5000@126.com