原油管道无害化处理技术及应用
摘 要：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。
关键词： 废弃原油管道；管道储运；无害化处理
1.前言
中国陆上油气管道总长度已经达到12万公里。尽管近年来全球油气管道建设步伐有所放缓，但未来行业发展的空间仍然巨大。中国石化管道储运有限公司经过多年的摸索、探索，采用蒸汽清洗及混凝土注浆技术相结合的方式，实现了停用废弃原油管道的无害化处理，成功地解决了这一环保课题。
2.无害化处理施工难点分析
2.1管道清洗施工难点
石油管线清洗的目的是将管道内壁的油垢、杂质清除干净。目前国内主要采用化学清洗和PIG物理清洗工艺对原油管线进行清洗。以上工艺都有各自的局限性，在实际清洗工程中的效果均不令人满意：化学清洗不仅材料成本高，而且因清洗剂污染造成的后期污水处理费用高昂，对环境污染严重，不能满足环保要求；单独使用PIG物理清洗工艺很难将管道管壁存在的蜡晶及原油彻底清洗干净，不能满足企业的实际需要。有关研究表明去除长输原油管道凝结层的关键影响因素是温度[2]，加热清洗对凝结层的清洗效率高，清洗效果好。
2.2管道注浆施工难点
注浆工作是原油管道无害化处理的难点，由于管道长度较长、且所处地形复杂，施工中可能因注浆延迟导致管内注浆效果降低、混凝土浆堵塞、注浆失效等问题。技术人员要在注浆施工之前精确计算注浆操作中水浆的比例，以保证整个管线内注浆效果一致；对队伍人员进行合理的分工分组，连续注浆，以保证注浆管道内不会出现堵塞的情况。
3.处理方案简述
3.1作业坑开挖
施工区域地面附着物清理完成后石油管线位置用白灰撒出石油管道中心线后进行土方开挖。作业坑采用人工十字型开挖，确认地下无电缆或其他管线。使用机械将10#槽钢插入地下做持力桩，每根间距1.5m-2m，持力桩之间放置钢板做挡土墙，防止出现土方塌方现象。
3.2管道密闭开孔抽油、分段断管
3.2.1密闭开孔
为确保施工安全，采用预制弧板式管座的方法，先行预制好与管道匹配的弧板，将开孔管座焊在弧板上，安装好开孔阀门，开孔阀门为DN50闸阀，再利用卡带将弧板安装在管道上，弧板与管壁之间加δ=3mm厚橡胶板，紧固卡带螺栓，确保弧板与管壁密闭连接，采用氮气作介质做密闭压力试验，试验压力为0.6—0.8MPa，试漏合格方可进行开孔作业。
3.2.2断管
管线开孔抽油完成后，安装收发器装置，用爬管机对管线进行切割，截断2-3m管段，切断管线吊运至安全地带临时存放。
3.3收发器安装
在被处置管口焊接连接法兰，法兰焊接按照原油管道动火要求进行施工，管口内先砌筑黄油墙封堵，检测合格后组对焊接，全部焊接完成后，将封堵墙清理出来后再安装收发器。
3.4氮气推球清油、置换
加温清管前，采用氮气推球将管道内残留原油顶出，同时将管道内油气置换。将DN700发球筒吊装入φ711清管球，在安装好的发球筒一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，同时打开收球筒上侧的排油阀、抽油泵，将清出的原油抽入专用油罐车内回收。
3.5蒸汽加热管线、排污管线安装
3.5.1蒸汽加热管线和排污管线选用无缝钢管和耐压耐髙温的金属软管；蒸汽管线的管径为DN50， 连接方法为法兰连接，蒸汽管线是由蒸汽机组的出气阀连接到发送器的进气阀上，并设有压力表、流量计、温度计和控制阀门，以便运行操作、观察和运行记录工作。管线安装完成后做试压检查和保温，以防伤人。
3.5.2污油管线是由接收器底部的排污阀门连接到污油回收罐的进口阀上，污油罐的排油口连接到抽油泵的进口上，污油罐的排气口连接到油气冷却、吸附的进气口，管线安装完成后做试压检查，防止泄漏。
3.6管线清洗
3.6.1首先在发送器内安装一个特制的“裸体泡沬清管器”， 开始启动蒸汽机组，用蒸汽作推进剂，先把管内的污油推出，同时也开始加热使清管器后面的结蜡层逐渐融化，泡沫清管器的运行压力约为0.03-0.05MPa。为提高清洗效果，利于污油的回收，用蒸汽调节阀来控制流量，使清管器尽量保持低速、匀速运行，清管器运行速度不超过2m/s。
3.6.2第二次清洗要根据第一次清管的检测情况，选择相应性能的钢主体PIG清管器，用蒸汽和空压机的混合气体作推进剂，控制好压力使其尽量缓慢前进，并用地面跟踪仪监测PIG运行，从PIG的变形情况确定下一步所放的PIG的规格及型号，以便更好地将管内沉积的污垢等杂物清理出来。
3.6.3第三次清洗和第二次清洗要连续进行，要在管体温度大于油腊结晶温度时进行清管器发射，以便更有效的將污油清出。
3.6.4清洗中压力的监控：PIG在管道内运行时并不是完全匀速的，在某一段阻力较大时会稍停一下，使压力增大。当推动力大于阻力时PIG会猛然向前一窜，这时压力减小，所以PIG正常运行时，压力是规则的一起一降。根据监控压力，可以判明PIG运行情况，并结合跟踪仪数据确定PIG运行位置。压力表要安装在发射端，并安装一根较长的缓冲管，以防发生堵塞，无法读取数据。
3.7清洗效果检验
选用白色泡沫球，用空压机作气源再次进行管道通球，目测接收到的泡沫球体无固、液物；用可燃气体检测仪检测可燃气体浓度合格。
清罐后对管线内壁进行检查，经蒸汽加热清洗后管内无液态原油和蜡晶及其它杂物附管，管壁呈现金属本色，目测清洗洁净率在95%以上，清洗效果良好。
3.8固化填充
管道清洗完成，经验收合格后即可进行固化填充，固化填充物为混凝土。
3.8.1采用混凝土输送泵把混凝土注入废弃管道内，由于注浆管径及管道存在起伏较大等状况，为保证注浆质量及注浆完成后方便验收，施工时可采取分段注浆的方式。
3.8.2注浆孔及注浆控制阀安装于低点的法兰封头上，高点封头处安装放气阀，原管道开孔阀可做注浆观察孔。
3.8.3混凝土选用细骨料轻质商品混凝土，避免密度过大导致注浆失败。混凝土内添加缓凝剂及膨胀剂，配合比由搅拌站实验室出具试验报告。
3.8.4注入填充物时打开DN50排气阀和DN50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，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。通过拆除管道两端法兰堵板或封头确认填充物自然固化，关闭阀门封管。经过检查所有检查点管线填充饱满，注浆固化效果良好。
4.结论
4.1原油管线通过蒸汽清洗及混凝土注浆技术相结合的方式对废弃原油管道实施无害化处理，彻底清除了管线内原油及蜡晶残余，注浆固化后可以彻底消除安全隐患，保证停用废弃原油管道的安全；同时由于不用进行大开挖割管处置，也避免了对地上设施及附着物的拆除及地下隐蔽物处理等复杂问题，节省了大量资金[3]。
4.2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，而且整个处理过程中没有污油、污水排放，达到了资源消耗最小化。
4.3不发生因清洗剂污染后造成的污水处理费，有明显的经济优势；而且因为管道清洗不需要自然排空，管道的安装形式也不受限制，相对于其他处理方式，有更广泛的使用用途。