吳東容，余東亮，李開鴻，趙 雄，王 浩

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司，四川成都 610000

某山區(qū)天然氣管道與原油管道并行敷設(shè)，其中天然氣管道管徑1 016 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa；原油管道管徑813 mm，設(shè)計(jì)壓力15 MPa。管道途經(jīng)某人口密集區(qū)，管道兩側(cè)200 m范圍內(nèi)約有居民住房400戶，人口1 600人，居民住房以二至三層樓房為主。管道一側(cè)另有一所普通高等專科學(xué)校，擁有在校師生6 000余人，且學(xué)校正在擴(kuò)建教學(xué)樓，距離管道約268 m。根據(jù)GB32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》[1]相關(guān)規(guī)定進(jìn)行分析判別，該段天然氣管道與原油管道均屬于Ⅱ級(jí)高后果區(qū)。因未來難以保證該Ⅱ級(jí)高后果區(qū)等級(jí)不變，為了徹底解決該段管道隱患，管道所屬企業(yè)決定對(duì)該段管道進(jìn)行遷改，而對(duì)原路由管道進(jìn)行廢棄處理[2-3]。

1 油氣管道廢棄處置設(shè)計(jì)

1.1 管道概況

原路由管道全長(zhǎng)約3.8 km，見圖1。管道起自某鐵路西側(cè)，先向東南敷設(shè)穿越鐵路、高速公路，后轉(zhuǎn)向東穿越高后果區(qū)，在翻越山地、穿越河流后到達(dá)終點(diǎn)。管道沿線地貌主要為山地及山間谷地，植被為耕地與林地，無自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、水源地保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感點(diǎn)。

圖1 管道走向示意

1.2 處置方案比選

結(jié)合管道實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了3種廢棄處置方案[4-5]，見表1。從方案可行性、土地利用影響、經(jīng)濟(jì)投資等多方面對(duì)3種方案進(jìn)行對(duì)比。由表1可見，全部拆除和全部注漿方案均存在明顯缺點(diǎn)，而分段處置方案則將管道廢棄處置的影響降到最低，且投資適中，故優(yōu)選此方案。

表1 管道廢棄處置方案對(duì)比

1.3 管道分段

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀和考慮到未來規(guī)劃、管道穿越、地形地貌等因素，按照以下原則對(duì)天然氣管道和原油管道進(jìn)行分段[6-9]：第一，對(duì)穿越高速公路、鐵路、河流、基本農(nóng)田的管段進(jìn)行注漿封存；第二，對(duì)穿越林地的管段進(jìn)行注惰性氣體封存；第三，對(duì)建設(shè)用地管段進(jìn)行拆除。基于以上原則，天然氣管道與原油管道各分4段進(jìn)行廢棄處置，見表2。

表2 天然氣管道和原油管道廢棄處置分段

2 廢棄油氣管道現(xiàn)場(chǎng)處置

2.1 原油管道清洗

原油管道處置前需先進(jìn)行清洗作業(yè)。

2.1.1 清洗工藝

鑒于原油管道為近幾年投產(chǎn)的管道，且在改線前已完成惰性氣體推球排油[10-12]，故現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行管道清洗作業(yè)。采用組合清洗技術(shù)對(duì)管道實(shí)施清洗[13]，即用惰性氣體推動(dòng)3個(gè)清管器在管道中行進(jìn)，在清管器之間分別放置專用清洗劑和沖洗水，見圖2。清洗過程中產(chǎn)生的固體和液體廢物交由有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)處置。

圖2 組合清洗列車配置示意

2.1.2 清洗流程

原油管道的清洗流程主要包括：現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)坑開挖，冷切割斷管，臨時(shí)收發(fā)球筒焊接，注/排液孔、注/排氣孔、壓力表孔的開孔以及相應(yīng)設(shè)備設(shè)施安裝，清洗列車組裝，管道清洗實(shí)施，清洗列車回收，固體、液體廢物處理，清洗效果驗(yàn)證等。若清洗后管道內(nèi)壁潔凈程度未達(dá)到要求，通過反復(fù)運(yùn)行清洗列車進(jìn)行清洗，直至滿足要求為止。

2.1.3 處置要點(diǎn)

山區(qū)原油管道清洗作業(yè)的重點(diǎn)在于防止下坡段管道出現(xiàn)不滿流現(xiàn)象。為此，現(xiàn)場(chǎng)采取了以下控制措施：其一，清洗劑注入點(diǎn)選擇在管道相對(duì)低點(diǎn)，以利于清洗劑段塞的形成；其二，清洗過程中嚴(yán)格控制清洗列車前后壓差，以控制清洗列車運(yùn)行速度，從而達(dá)到保證清洗劑段塞自身的穩(wěn)定以及段塞與管道內(nèi)壁持續(xù)有效接觸的目的。

2.1.4 效果驗(yàn)證

原油管道清洗作業(yè)完成后，用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀對(duì)首末兩端管道內(nèi)可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)顯示讀數(shù)為零；再選擇管道中間段相對(duì)低點(diǎn)進(jìn)行切割檢查，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁無油、無蠟、無積液，見圖3。因此，本次清洗作業(yè)達(dá)到了預(yù)期效果。

圖3 原油管道清洗效果驗(yàn)證

2.2 油氣管道拆除

2.2.1 拆除流程

油氣管道拆除是管道建設(shè)的逆向過程，可完全借鑒建設(shè)時(shí)的技術(shù)與設(shè)備[3]?，F(xiàn)場(chǎng)管道的拆除主要包括管道定位、管道開挖、管道切割、管段吊裝與運(yùn)輸、管溝回填、地貌恢復(fù)等環(huán)節(jié)。

2.2.2 處置要點(diǎn)

不同于普通管道的拆除，山區(qū)油氣管道的拆除需要綜合考慮地形地貌、交通條件、施工技術(shù)、環(huán)境保護(hù)等因素。在拆除作業(yè)前，對(duì)于無法通過公共道路進(jìn)入的施工地點(diǎn)，應(yīng)修建臨時(shí)性施工道路；在管道開挖時(shí)，務(wù)必防止邊坡失穩(wěn)、管溝塌方、堆積土石方滾落等情況發(fā)生；在切割、吊裝與搬運(yùn)管道時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇適用于山地施工條件的設(shè)備與工藝，并根據(jù)施工工序進(jìn)行合理的現(xiàn)場(chǎng)布置；在恢復(fù)地貌時(shí)，為降低對(duì)環(huán)境的影響，應(yīng)將原有種植土原位回填，同時(shí)選種有利于水土保持的當(dāng)?shù)匚锓N。

2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)處置

管道完全開挖后，為防止在切割時(shí)因應(yīng)力突然釋放而傷人，現(xiàn)場(chǎng)管道開挖采取“先開挖至管頂，間隔一定距離再開挖切割點(diǎn)作業(yè)坑”的方式，見圖4。為避免管道內(nèi)可能存在的殘留油氣發(fā)生爆炸，管道切割全部采用冷切割方式，且切割后的管段長(zhǎng)度≤12 m。為防止殘留物灑落污染環(huán)境，在管段吊裝與運(yùn)輸過程中，管道兩端始終封堵[14-15]。

圖4 管道開挖現(xiàn)場(chǎng)

2.3 油氣管道注惰性氣體封存

2.3.1 注惰性氣體流程

選擇氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w，對(duì)林地敷設(shè)段管道進(jìn)行注入封存，其封存壓力保持在0.02～0.04 MPa之間[9，16]。注氮?dú)夥獯媪鞒讨饕ǎ含F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)坑開挖，冷切割斷管，封頭焊接（含分段隔離段），首末端注/排氣孔、壓力表孔的開孔及相應(yīng)設(shè)備設(shè)施安裝，分段隔離端開孔及閥門、聯(lián)通短節(jié)安裝，注氮設(shè)備設(shè)施連接，管道注氮及氮?dú)鉂舛葯z測(cè)，管道升壓封存，作業(yè)坑回填，地貌恢復(fù)等。

2.3.2 處置要點(diǎn)

對(duì)于山區(qū)油氣管道，由于地形起伏大，管道原位腐蝕后其導(dǎo)流效應(yīng)將更加突出[5]。為有效杜絕此類現(xiàn)象發(fā)生，山區(qū)油氣管道就地廢棄的分段隔離應(yīng)比普通管道嚴(yán)格，隔離間距應(yīng)在推薦的“每2～4km設(shè)置一處隔離”的基礎(chǔ)上適當(dāng)減小[2，9]。

2.3.3 現(xiàn)場(chǎng)處置

選擇場(chǎng)地平整開闊、地勢(shì)較低的一側(cè)作為注氣孔，地勢(shì)較高的一側(cè)作為排氣孔，采用“液氮槽車+氣化調(diào)壓裝置”對(duì)管道進(jìn)行注氮（見圖5），并分3段進(jìn)行隔離。在完成氮?dú)庵脫Q與升壓后，關(guān)閉注氣孔和排氣孔閥門，就地封存管道。

圖5 管道注氮封存現(xiàn)場(chǎng)

2.4 油氣管道注漿封存

2.4.1 注漿流程

采用純壓力注漿法對(duì)管道進(jìn)行注漿，即利用注漿泵從管道首端注入漿液，推動(dòng)漿液及其前端清管器向前運(yùn)行，直至漿液從管道末端流出[6]。現(xiàn)場(chǎng)注漿流程主要包括：作業(yè)坑及儲(chǔ)漿池開挖，冷切割斷管，清管器安裝，兩端封頭焊接，注/排漿孔、壓力表孔與高點(diǎn)排氣孔開孔以及相應(yīng)設(shè)備設(shè)施安裝，儲(chǔ)漿池、注漿泵與注漿口管道連接，管道注漿填充，作業(yè)坑及儲(chǔ)漿池回填，地貌恢復(fù)等。

2.4.2 處置要點(diǎn)

山區(qū)油氣管道注漿作業(yè)的重點(diǎn)在于控制上、下坡段管道的注漿質(zhì)量。對(duì)于上坡段管道，若漿液流動(dòng)性小或固化時(shí)間短，則可能堵塞管道致使注漿作業(yè)無法繼續(xù)；對(duì)于下坡段管道，與管道清洗類似，不滿流現(xiàn)象將嚴(yán)重影響注漿效果。因此，對(duì)于地形起伏段管道的注漿，應(yīng)結(jié)合實(shí)際給出漿液流動(dòng)性、填充度、固化時(shí)間、結(jié)石強(qiáng)度等指標(biāo)，同時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格控制漿液前端清管器運(yùn)行速度，以確保下坡段管道注漿質(zhì)量。

2.4.3 現(xiàn)場(chǎng)處置

由于山區(qū)地形限制，難以開辟足夠大的場(chǎng)地用于現(xiàn)場(chǎng)制漿作業(yè)，因此采取由商品混凝土攪拌站提供按照設(shè)計(jì)配比制作的漿液，通過罐車?yán)\(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)并儲(chǔ)存于儲(chǔ)漿池中，再利用純壓力注漿法對(duì)管道進(jìn)行連續(xù)注漿填充。為保證注漿質(zhì)量，選擇地勢(shì)較低的一側(cè)作為注漿側(cè)，地勢(shì)較高的一側(cè)作為出漿側(cè)，在注漿作業(yè)完成后，關(guān)閉注漿口與排漿口閥門，就地封存管道。

3 結(jié)束語

山區(qū)油氣管道廢棄處置是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及廢棄方式選擇、管道清洗、管道注漿與注惰性氣體封存、管道及其附屬設(shè)施拆除等一系列工序。結(jié)合山區(qū)油氣管道敷設(shè)特點(diǎn)，有必要圍繞以下方面深入開展研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：其一，多因素交互作用下的管道清洗用球、用劑規(guī)律研究；其二，山區(qū)環(huán)境條件下拆除管道與設(shè)備的運(yùn)送技術(shù)開發(fā)；其三，地形起伏段管道注漿設(shè)備與工藝研發(fā)以及主要操作參數(shù)優(yōu)化。