北侖段廢棄埋地輸油管線無害化處理方案設計

談平慶

（中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江寧波 315207）

1 概述

根據(jù)《國務院安全生產(chǎn)委員會關于深入開展油氣輸送管道隱患整治攻堅戰(zhàn)的通知》（安委〔2014〕7號）要求，中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司制定了“管道隱患整治三年攻堅戰(zhàn)”實施方案，確立了“中國石化北侖段石油化工管線安全隱患整改局部遷改”“1#原油線及相關管廊帶安全隱患治理”和“鎮(zhèn)海石塘下輸油管廊遷改安全隱患整改”三大工程，剩余未更換的服役30年以上管道同步實施，并明確了2017年9月底完成的承諾目標，屆時有各種口徑的約200公里埋地輸油管道廢棄，如何安全環(huán)保的處理這些大量地下廢棄管道，并使其不對環(huán)境產(chǎn)生二次污染是一個刻不容緩的問題。

調(diào)研了國外管道相關標準，如英國標準BS PD 8010—1—2004《管道實用規(guī)程 第1部分：陸上管道》規(guī)定，管道就地廢棄不能確保安全應進行拆除，所有地面設施應拆除到地下900 mm深度范圍內(nèi)，并進行管溝回填和地貌恢復。澳大利亞標準AS 2885.3—2012《氣體與石油液體管道 第3部分：運行和維護》規(guī)定，如采取“拆除方式”，廢棄管道及附屬設施應全部拆除，如拆除管道陰極保護系統(tǒng)應同時拆除埋深小于600 mm的陽極接地床，并考慮管道外腐蝕對土壤和地下水污染的風險；如不拆除陰極保護系統(tǒng)，應定期維護和記錄運行狀況。輸油氣站場工藝管道必須采用拆除方式，埋深小于750 mm的管道部件必須機械切割拆除。加拿大標準CSA Z 662—2007《油氣管道系統(tǒng)》 規(guī)定，考慮目前和未來土地利用、潛在的安全風險和環(huán)境破壞風險（地面下陷、土壤污染、地下水污染、沖刷和導管效應）等因素，決定實施就地廢棄一段管道或者全部拆除。美國管道公司普遍做法是管道就地廢棄，美國標準ASME B 31.4—2012《液體和漿體管道輸送系統(tǒng)》僅規(guī)定了就地廢棄管道的原則性要求，如物理隔離、介質(zhì)置換與清洗、管道兩端密封和惰性介質(zhì)充填等。但近年來，美國逐漸認識到就地廢棄管道存在的安全隱患，傾向于采用拆除方式。

地下輸油管道停輸掃線后，管道結構大致可分成防腐層、鋼管和管道內(nèi)殘留物三部分，針對防腐層而言，除含有石棉、煤焦油磁漆等少數(shù)防腐層外，其他常見的防腐層長期埋在地下不存在安全和環(huán)境風險。因鎮(zhèn)海煉化埋地輸油管道途經(jīng)人口密集區(qū)域，且水系發(fā)達，管道內(nèi)殘存的油氣及管壁結蠟等殘留物是報廢管道存在安全及環(huán)境風險的根源，隨著時間的推移，殘存的油氣及管壁結蠟等殘留物釋放并在高點聚集，如遇施工則易發(fā)生閃爆事故，而且管壁結蠟等殘留物釋放易產(chǎn)生水體污染。2010年7月28日上午9時56分，南京塑料四廠拆遷工地丙烯管道被施工人員挖斷，泄漏后發(fā)生爆炸，導致至少22人死亡，120人住院治療。2000年2月19日零時6分，山東三力工業(yè)集團有限公司濮陽分公司發(fā)生地下廢棄天然氣管線事故，造成15人死亡，56人受傷。鋼管本體長期埋在地下不存在環(huán)境及安全風險，但地下空管在高地下水位區(qū)容易上浮破壞地面構建，日久管道腐蝕也會塌陷傷人、破壞地面構建，特別是大管道斜管段更易發(fā)生人員墜落事故。廢棄管線的危害長期存在。

北侖段廢棄管道情況見表1。

表1 北侖段廢棄管道情況

2 無害化處理技術方案選擇

由于廢棄管道的運行時間一般較長且周邊施工環(huán)境復雜，施工安全、環(huán)保壓力較大，如采用傳統(tǒng)的大開挖割管處置方案，雖然可以徹底消除隱患，但存在地上設施、附著物拆除量過大，地下隱蔽物處置極其復雜等問題，大開挖割管處置工程不易實施且費用極大；如采用注水、注緩蝕劑、注氮封管的方案，雖可以暫時保證廢棄管道的安全，但存在管內(nèi)留存物后期安全及二次污染環(huán)境的隱患。

油氣管道的廢棄是管道生命周期管理的最后一個重要環(huán)節(jié)。油氣管道的廢棄是一個綜合性問題，需要確定合理的廢棄方式。目前，國內(nèi)廢棄地下輸油管道的無害化處理還未有相關的標準和規(guī)范出臺，僅有個別單位實施過廢棄地下輸油管道無害化處理及試驗。

鎮(zhèn)海煉化經(jīng)過前期調(diào)研，借鑒相關企業(yè)廢棄埋地輸油管道的實施方案，針對北侖段廢棄埋地輸油管線無害化處理特制定該方案。廢棄埋地輸油管線無害化處理方案總體分為管道清洗和管道注漿固化兩部分。

2.1 管道清洗技術

2.1.1 清管器物理清洗技術

1）清管器的應用及發(fā)展

清管工藝已有100多年的歷史，早在1800年美國潮汐公司就對管道進行清洗。目前幾乎每一條管道都有一種特定的清管工藝，而且清管器種類繁多。大量技術資料表明，國外64萬公里輸油、氣管道中，1950年以前設計的裝有清管器收發(fā)裝置的占24%，1960年以前建造的占51%，而1960年以后建造的長輸管道全部裝有清管器收發(fā)裝置，可見清管工藝發(fā)展的迅速和普及。我國采用清管工藝開始于20世紀60年代中期，至今已有30多年的歷史，在輸氣、輸油管道上應用比較普遍，且近十年發(fā)展很快，油、氣、水管道都廣泛采用，并取得越來越顯著的效果。尤其電子定位清管器這種新技術研究成功以后，70年代末在四川天然氣管道、青海到西藏的成品油和江漢油田原油長輸管道成功使用以后，大慶、遼河、勝利、吉林等油田率先在油、氣和注水管道上使用電子定位清管器，取得了良好的技術經(jīng)濟效果，推動了清管技術的發(fā)展。近幾年城市供水和供氣管道也積極推行這項技術，不僅取得了優(yōu)異的經(jīng)濟效益，而且取得了驚人的社會效益。

2）清管器物理清洗技術原理

清管器物理清洗技術是借助原管線介質(zhì)的輸送壓力或外力作為推動力，形成推動PIG（俗稱管道豬） 前進的動力源，在收發(fā)球筒上設計有兩條可轉(zhuǎn)換回路，達到收發(fā)球筒可以分別從流程中脫開，進行裝卸PIG清管器作業(yè)，當收發(fā)球筒完成裝卸PIG清管器任務后，將流程倒換，壓力介質(zhì)可以從發(fā)球筒內(nèi)進行推進。在PIG運行過程中配有PIG清管器跟蹤檢測設備，及時了解PIG清管器的運行速度、運行位置，遇卡可及時解堵；該技術不腐蝕、不污染，是一項高效節(jié)能的環(huán)保技術，其成功應用使石化行業(yè)的管道清洗上了一個新臺階。

2.1.2 化學清蠟除垢技術

原油輸送管線中的沉積物成分復雜，且相互交織在一起，其中鐵的氧化物、硫化物直接附著在輸油管壁上，而石蠟、無機鹽等則形成固體的空間骨架，其中包含著膠質(zhì)、凝油及少量泥沙、巖屑。這些污垢不及時清除，不僅會影響介質(zhì)的輸送速度，也會造成輸送管線的腐蝕，同時會對成品油產(chǎn)生極大的污染，通常使用的清洗液有以下幾種：

1）水基堿性清洗劑：水基堿性清洗劑主要用于凝油、膠質(zhì)、石蠟的清洗。

2）酸性清洗劑：酸性清洗劑主要用于腐蝕產(chǎn)物及碳酸鹽垢為主的碳酸鈣、碳酸鎂的清洗。

3）清洗助劑：主要有緩蝕劑、表面活性劑、滲透劑、乳化劑、剝離劑、還原劑等。

應根據(jù)結垢的具體情況選擇合適的清洗劑，既可以選擇堿性清洗劑或酸性清洗劑清洗，也可采用先堿洗后酸洗的方法。在化學清洗過程中為提高清洗效果，保護金屬基體還應加入一些清洗助劑。

2.2 物理和化學清洗

通過物理、化學組合清洗的方法將管道內(nèi)殘存的油氣及管壁結蠟等殘留物清理干凈，就能夠從源頭上消除報廢管道存在的安全及環(huán)境風險，即利用清管器把管道內(nèi)殘留油品及一定量的結蠟清除出管道，剩下少量的殘油及管壁結蠟用清洗劑進行溶解，然后用水把溶解了殘留物的清洗劑帶出管道，從而實現(xiàn)管道清洗的目的。清管器與化學聯(lián)合清洗工藝見圖1。

施工步驟：施工準備—探管尋線—開挖施工操作坑—封堵作業(yè)（已切出的管線不需此步驟）—焊接收、發(fā)球設施、建立清洗流程—垢層分析排列清管器種類—安裝排污收油系統(tǒng)—通過指示儀和定位儀調(diào)試電子清管器—物理清洗—化學清洗—質(zhì)量檢測—拆除臨時設施—焊接盲板和注漿用的管口。港儲部的原水線作為水源，借用已停運的歐Ⅴ柴油線1042#線返輸管線處理過程中產(chǎn)生的污水。

根據(jù)化學清洗驗收要求，管道清洗后的技術要求是：

1）外觀檢查：管壁無油無蠟、見金屬本色。2）可燃氣體檢測：管道靜止時間超過24 h后，管內(nèi)可燃氣體濃度應低于0.5%。

3）最后一段清洗水：含油量≤20 mg/L（水排海標準）。

2.3 管道注漿固化

管道注漿固化采取安全、環(huán)保、經(jīng)濟、有充分的流動性、耐久性、耐水性、密度接近原介質(zhì)，在全封閉條件下能夠充分固結、固結時間恰當并具有一定的強度（不低于地基土的強度），無液態(tài)殘留物質(zhì)的填充材料，對廢棄埋地輸油管道進行就地充填，可以徹底消除隱患，注入的無害固化填充物后期不會對周圍環(huán)境造成二次污染。管道注漿施工見圖2、3。

圖1 清管器與化學清洗聯(lián)合工藝流程

圖2 管道注漿示意

1）注漿材料的選擇。埋地輸油管線無害化處理用的注漿材料一般有發(fā)泡水泥灌漿料和改性水泥漿兩種。注漿材料除了良好的流動性、收縮性小、環(huán)保性和經(jīng)濟性外，其密度應與原設計管道內(nèi)介質(zhì)密度相差不大，72 h抗壓強度不小于0.5 MPa，初凝時間不小于6 h。

圖3 注漿施工示意

2）注管長度的選擇。根據(jù)注漿材料的特點，選擇合理的灌漿設備，結合不同口徑管線的注漿體積，確定單次注漿的管線長度，以盡量減少注漿點為原則。

3）其他。管道注漿時，排氣孔用軟管和污油線或污油車相連，防止管線內(nèi)油氣直接排放。注漿泵應有足夠數(shù)量的備用泵，以防止運行設備故障時，灌注漿料不足而造成凝管。在灌注末期，控制水泥漿出漿速度，防止管線內(nèi)油氣和水泥漿噴出，污染環(huán)境；對排氣孔溢出的泥漿，以及沖洗設備和注漿管線的污水都進行回收并按要求集中處理。

4）注漿固化驗收。廢棄管道注漿填充完成一周后，在管道自檢點進行填充度檢驗，通過機械開孔的方式在管道項部開孔，填充率不小于93%為合格。

經(jīng)過物理及化學處理，廢棄管線消除了環(huán)境風險及安全風險，處理結束。

3 現(xiàn)場施工 HSE 管理措施

1）報廢管道或管段應與管道系統(tǒng)其他氣源或油源進行物理隔離；報廢管道的地上部分與設施應全部拆除處置。

2）根據(jù)清洗作業(yè)方案，相關作業(yè)人員提前熟悉流程，當班崗位提前做好流程確認準備。

3）管線處理后拆裝法蘭作業(yè)過程中嚴禁使用非防爆工器具，當班人員做好現(xiàn)場監(jiān)護及殘留介質(zhì)收集的工作。

4）管線置換處理期間，當班作業(yè)崗位須做好現(xiàn)場排放點的監(jiān)控及應急考慮。

5）動火前須確認安全措施落實是否到位、動火點周圍無泄漏；動火期間，請當班作業(yè)崗位務必配合大班落實好各項安全措施。

6）施工單位準備好相應的施工器具，確保完整好用；如發(fā)現(xiàn)缺陷機具，需落實安全措施后，采取修理、改造、更新等方式消除隱患。

7）確認工藝條件是否滿足安裝臨時收發(fā)球筒所需條件。

8）安裝臨時收發(fā)球筒期間，做好作業(yè)危險區(qū)域內(nèi)的人員、車輛等隔離工作，另外現(xiàn)場需各派一輛消防車與氣防車監(jiān)護，確保作業(yè)安全。

9）注漿期間，做好廢液的收集及轉(zhuǎn)運工作。

4 結論

1）根據(jù)廢棄管線的風險識別、技術方案，建議三大安全隱患整改工程廢棄管道采用物理化學組合清洗加注漿保護的方法進行無害化處理。

2）國家2018年將頒布土壤污染防治法，廢棄管道驗收標準要對照土壤污染防治法初稿的要求進行完善，要進一步加強與地方政府主管部門的溝通，邀請地方政府相關部門或環(huán)保監(jiān)理機構參與驗收環(huán)節(jié)。

3）關注管道處置過程中的廢水、廢氣、固廢的產(chǎn)生、收集、處置及排放問題，管道無害化處理方案中清洗劑和注漿材料選用環(huán)節(jié)補充先進行相關試驗的要求，管道無害化處理方案進一步明確物理加化學組合清洗的方法。