北仑段废弃埋地输油管线无害化处理方案设计

2018-10-09谈平庆

石油石化绿色低碳 2018年4期

谈平庆

（中国石化镇海炼化分公司，浙江宁波 315207）

1 概述

根据《国务院安全生产委员会关于深入开展油气输送管道隐患整治攻坚战的通知》（安委〔2014〕7号）要求，中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司制定了“管道隐患整治三年攻坚战”实施方案，确立了“中国石化北仑段石油化工管线安全隐患整改局部迁改”“1#原油线及相关管廊带安全隐患治理”和“镇海石塘下输油管廊迁改安全隐患整改”三大工程，剩余未更换的服役30年以上管道同步实施，并明确了2017年9月底完成的承诺目标，届时有各种口径的约200公里埋地输油管道废弃，如何安全环保的处理这些大量地下废弃管道，并使其不对环境产生二次污染是一个刻不容缓的问题。

调研了国外管道相关标准，如英国标准BS PD 8010—1—2004《管道实用规程第1部分：陆上管道》规定，管道就地废弃不能确保安全应进行拆除，所有地面设施应拆除到地下900 mm深度范围内，并进行管沟回填和地貌恢复。澳大利亚标准AS 2885.3—2012《气体与石油液体管道第3部分：运行和维护》规定，如采取“拆除方式”，废弃管道及附属设施应全部拆除，如拆除管道阴极保护系统应同时拆除埋深小于600 mm的阳极接地床，并考虑管道外腐蚀对土壤和地下水污染的风险；如不拆除阴极保护系统，应定期维护和记录运行状况。输油气站场工艺管道必须采用拆除方式，埋深小于750 mm的管道部件必须机械切割拆除。加拿大标准CSA Z 662—2007《油气管道系统》规定，考虑目前和未来土地利用、潜在的安全风险和环境破坏风险（地面下陷、土壤污染、地下水污染、冲刷和导管效应）等因素，决定实施就地废弃一段管道或者全部拆除。美国管道公司普遍做法是管道就地废弃，美国标准ASME B 31.4—2012《液体和浆体管道输送系统》仅规定了就地废弃管道的原则性要求，如物理隔离、介质置换与清洗、管道两端密封和惰性介质充填等。但近年来，美国逐渐认识到就地废弃管道存在的安全隐患，倾向于采用拆除方式。

地下输油管道停输扫线后，管道结构大致可分成防腐层、钢管和管道内残留物三部分，针对防腐层而言，除含有石棉、煤焦油磁漆等少数防腐层外，其他常见的防腐层长期埋在地下不存在安全和环境风险。因镇海炼化埋地输油管道途经人口密集区域，且水系发达，管道内残存的油气及管壁结蜡等残留物是报废管道存在安全及环境风险的根源，随着时间的推移，残存的油气及管壁结蜡等残留物释放并在高点聚集，如遇施工则易发生闪爆事故，而且管壁结蜡等残留物释放易产生水体污染。2010年7月28日上午9时56分，南京塑料四厂拆迁工地丙烯管道被施工人员挖断，泄漏后发生爆炸，导致至少22人死亡，120人住院治疗。2000年2月19日零时6分，山东三力工业集团有限公司濮阳分公司发生地下废弃天然气管线事故，造成15人死亡，56人受伤。钢管本体长期埋在地下不存在环境及安全风险，但地下空管在高地下水位区容易上浮破坏地面构建，日久管道腐蚀也会塌陷伤人、破坏地面构建，特别是大管道斜管段更易发生人员坠落事故。废弃管线的危害长期存在。

北仑段废弃管道情况见表1。

表1 北仑段废弃管道情况

2 无害化处理技术方案选择

由于废弃管道的运行时间一般较长且周边施工环境复杂，施工安全、环保压力较大，如采用传统的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，地下隐蔽物处置极其复杂等问题，大开挖割管处置工程不易实施且费用极大；如采用注水、注缓蚀剂、注氮封管的方案，虽可以暂时保证废弃管道的安全，但存在管内留存物后期安全及二次污染环境的隐患。

油气管道的废弃是管道生命周期管理的最后一个重要环节。油气管道的废弃是一个综合性问题，需要确定合理的废弃方式。目前，国内废弃地下输油管道的无害化处理还未有相关的标准和规范出台，仅有个别单位实施过废弃地下输油管道无害化处理及试验。

镇海炼化经过前期调研，借鉴相关企业废弃埋地输油管道的实施方案，针对北仑段废弃埋地输油管线无害化处理特制定该方案。废弃埋地输油管线无害化处理方案总体分为管道清洗和管道注浆固化两部分。

2.1 管道清洗技术

2.1.1 清管器物理清洗技术

1）清管器的应用及发展

清管工艺已有100多年的历史，早在1800年美国潮汐公司就对管道进行清洗。目前几乎每一条管道都有一种特定的清管工艺，而且清管器种类繁多。大量技术资料表明，国外64万公里输油、气管道中，1950年以前设计的装有清管器收发装置的占24%，1960年以前建造的占51%，而1960年以后建造的长输管道全部装有清管器收发装置，可见清管工艺发展的迅速和普及。我国采用清管工艺开始于20世纪60年代中期，至今已有30多年的历史，在输气、输油管道上应用比较普遍，且近十年发展很快，油、气、水管道都广泛采用，并取得越来越显著的效果。尤其电子定位清管器这种新技术研究成功以后，70年代末在四川天然气管道、青海到西藏的成品油和江汉油田原油长输管道成功使用以后，大庆、辽河、胜利、吉林等油田率先在油、气和注水管道上使用电子定位清管器，取得了良好的技术经济效果，推动了清管技术的发展。近几年城市供水和供气管道也积极推行这项技术，不仅取得了优异的经济效益，而且取得了惊人的社会效益。

2）清管器物理清洗技术原理

清管器物理清洗技术是借助原管线介质的输送压力或外力作为推动力，形成推动PIG（俗称管道猪）前进的动力源，在收发球筒上设计有两条可转换回路，达到收发球筒可以分别从流程中脱开，进行装卸PIG清管器作业，当收发球筒完成装卸PIG清管器任务后，将流程倒换，压力介质可以从发球筒内进行推进。在PIG运行过程中配有PIG清管器跟踪检测设备，及时了解PIG清管器的运行速度、运行位置，遇卡可及时解堵；该技术不腐蚀、不污染，是一项高效节能的环保技术，其成功应用使石化行业的管道清洗上了一个新台阶。

2.1.2 化学清蜡除垢技术

原油输送管线中的沉积物成分复杂，且相互交织在一起，其中铁的氧化物、硫化物直接附着在输油管壁上，而石蜡、无机盐等则形成固体的空间骨架，其中包含着胶质、凝油及少量泥沙、岩屑。这些污垢不及时清除，不仅会影响介质的输送速度，也会造成输送管线的腐蚀，同时会对成品油产生极大的污染，通常使用的清洗液有以下几种：

1）水基碱性清洗剂：水基碱性清洗剂主要用于凝油、胶质、石蜡的清洗。

2）酸性清洗剂：酸性清洗剂主要用于腐蚀产物及碳酸盐垢为主的碳酸钙、碳酸镁的清洗。

3）清洗助剂：主要有缓蚀剂、表面活性剂、渗透剂、乳化剂、剥离剂、还原剂等。

应根据结垢的具体情况选择合适的清洗剂，既可以选择碱性清洗剂或酸性清洗剂清洗，也可采用先碱洗后酸洗的方法。在化学清洗过程中为提高清洗效果，保护金属基体还应加入一些清洗助剂。

2.2 物理和化学清洗

通过物理、化学组合清洗的方法将管道内残存的油气及管壁结蜡等残留物清理干净，就能够从源头上消除报废管道存在的安全及环境风险，即利用清管器把管道内残留油品及一定量的结蜡清除出管道，剩下少量的残油及管壁结蜡用清洗剂进行溶解，然后用水把溶解了残留物的清洗剂带出管道，从而实现管道清洗的目的。清管器与化学联合清洗工艺见图1。

施工步骤：施工准备—探管寻线—开挖施工操作坑—封堵作业（已切出的管线不需此步骤）—焊接收、发球设施、建立清洗流程—垢层分析排列清管器种类—安装排污收油系统—通过指示仪和定位仪调试电子清管器—物理清洗—化学清洗—质量检测—拆除临时设施—焊接盲板和注浆用的管口。港储部的原水线作为水源，借用已停运的欧Ⅴ柴油线1042#线返输管线处理过程中产生的污水。

根据化学清洗验收要求，管道清洗后的技术要求是：

1）外观检查：管壁无油无蜡、见金属本色。2）可燃气体检测：管道静止时间超过24 h后，管内可燃气体浓度应低于0.5%。

3）最后一段清洗水：含油量≤20 mg/L（水排海标准）。

2.3 管道注浆固化

管道注浆固化采取安全、环保、经济、有充分的流动性、耐久性、耐水性、密度接近原介质，在全封闭条件下能够充分固结、固结时间恰当并具有一定的强度（不低于地基土的强度），无液态残留物质的填充材料，对废弃埋地输油管道进行就地充填，可以彻底消除隐患，注入的无害固化填充物后期不会对周围环境造成二次污染。管道注浆施工见图2、3。

图1 清管器与化学清洗联合工艺流程

图2 管道注浆示意

1）注浆材料的选择。埋地输油管线无害化处理用的注浆材料一般有发泡水泥灌浆料和改性水泥浆两种。注浆材料除了良好的流动性、收缩性小、环保性和经济性外，其密度应与原设计管道内介质密度相差不大，72 h抗压强度不小于0.5 MPa，初凝时间不小于6 h。

图3 注浆施工示意

2）注管长度的选择。根据注浆材料的特点，选择合理的灌浆设备，结合不同口径管线的注浆体积，确定单次注浆的管线长度，以尽量减少注浆点为原则。

3）其他。管道注浆时，排气孔用软管和污油线或污油车相连，防止管线内油气直接排放。注浆泵应有足够数量的备用泵，以防止运行设备故障时，灌注浆料不足而造成凝管。在灌注末期，控制水泥浆出浆速度，防止管线内油气和水泥浆喷出，污染环境；对排气孔溢出的泥浆，以及冲洗设备和注浆管线的污水都进行回收并按要求集中处理。

4）注浆固化验收。废弃管道注浆填充完成一周后，在管道自检点进行填充度检验，通过机械开孔的方式在管道项部开孔，填充率不小于93%为合格。

经过物理及化学处理，废弃管线消除了环境风险及安全风险，处理结束。