固體雜質(zhì)對原油管道設備影響因素分析

劉天巍(國家管網(wǎng)集團西部管道甘肅輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730030)

0 引言

長輸原油管道線路長，途徑設置多座加壓站場，管道上游由于儲備、注入、增壓、清管等多個操作環(huán)節(jié)的原因，會導致一些固體雜質(zhì)進入到管道內(nèi)隨之帶入下游站場，雜質(zhì)的存在從而使管道各類設備出現(xiàn)機械損傷故障。尤其管道的終端即輸油末站的減壓、截斷閥門及計量等設備的損傷是整條管線受損最為嚴重的地方，經(jīng)過6年的數(shù)據(jù)收集匯總發(fā)現(xiàn)焊渣、鐵銹、沙子、木屑、橡膠條(天然橡膠或天然乳膠)、塑料薄膜、油漆涂層脫落塊等都是形成整個雜物的主要組成部分，這些固體雜質(zhì)嚴重影響了原油管道設備的正常運行。

1 原油管道內(nèi)的常見固體雜質(zhì)

1.1 固體雜質(zhì)的主要組成

在干線原油管道清管作業(yè)過程中，發(fā)現(xiàn)有一些固體雜質(zhì)在管道之內(nèi)，其主要是金屬纏繞墊V形或W形薄鋼帶、螺帽、砂石、焊渣、鐵銹、泥沙、木屑、塑料薄膜等，大部分主要附著在過濾器濾網(wǎng)的表面或沉積在強制密封閥的閥體底部等部位。

1.2 管道內(nèi)固體雜質(zhì)的形成

(1)由于上游首站原油儲罐本體及設備附件腐蝕產(chǎn)生的一些銹蝕物，在油品外輸注入管道過程中沒有徹底過濾完畢，導致固體雜物由管道沖至下游站場。

(2)長輸原油管道的中間截斷站場或閥室在日常設備設施維檢修作業(yè)時產(chǎn)生的石棉墊等各類雜物沒有徹底清理干凈，或意外留存在管道被輸送至管道下游站場。

(3)長輸原油管道在建設期由于施工質(zhì)量監(jiān)管不嚴等原因?qū)е乱恍╇s物進入管道內(nèi)，包括木方、渣土等，加之后期管道投產(chǎn)過程中管線吹掃不徹底，部分重量較大的石塊或鐵渣等沒有被完全排出管道外，當正式運行后高壓力、大排量的原油將留存在管道內(nèi)的雜物帶入下游站場。

(4)由于管道在建設時期物資到貨沒有做好防護，露天存放時間較長，沒有對管道和各類管件做好防腐措施，以及后期進行水壓測試完畢后沒有及時投用管道，造成管道內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)生大量銹渣，在管道投用后雜質(zhì)被沖入下游站場。

(5)管道在運行過程中計劃性的管道清管作業(yè)或內(nèi)檢測作業(yè)時，清管器皮碗或檢測器鋼刷將管道內(nèi)壁焊口位置的焊渣、焊瘤、鐵屑等刮下，大量的固體硬質(zhì)顆粒物輸送至下游站場及油庫。

2 原油管道內(nèi)固體雜質(zhì)對管道設備的損傷

2.1 管道內(nèi)固體雜質(zhì)對管道閥門的損傷

(1)管道內(nèi)固體雜質(zhì)對球閥的損傷。長輸管道干線閥室及進站高壓區(qū)等關鍵部位都使用球閥，長期使用后發(fā)現(xiàn)管內(nèi)固體硬質(zhì)顆粒物會隨著閥門運行時的開關操作，導致球閥的閥座密封圈和球面出現(xiàn)刮傷，最終導致閥門出現(xiàn)內(nèi)漏[1-2]，從而影響工藝操作及維檢修工藝能量隔離，內(nèi)漏的產(chǎn)生對油庫儲存油品質(zhì)量控制也造成了很大影響。(2)管道內(nèi)固體硬質(zhì)雜質(zhì)對減壓閥的損傷。運行過程中固體雜質(zhì)被帶入減壓閥后會對減壓閥的流體通道造成一定堵塞[3]，特別是閥籠下部20%～30%的過流孔被介質(zhì)中的金屬硬質(zhì)顆粒物堵塞，當閥門PID自動或手動調(diào)節(jié)時開關動作再次造成閥芯的二次磨損，甚至部分雜物被擠壓在閥芯與閥籠之間，從而造成減壓閥閥芯卡阻，閥門損壞。(3)管道內(nèi)固體雜質(zhì)對四通閥及強制密封閥的損傷。為保障油品貿(mào)易交接的準確性，強制密封閥和四通閥作為不可缺少的閥門使用類型，但長期運行發(fā)現(xiàn)，四通閥及強制密封閥出現(xiàn)開關卡阻、內(nèi)漏現(xiàn)象，對油品精確計量造成很大的影響。經(jīng)閥門解體檢查發(fā)現(xiàn)，閥瓣澆筑的橡膠密封面有多處擠壓損傷和割裂傷，閥門底板堆積大量硬質(zhì)金屬顆粒物和泥沙，從而判斷固體雜質(zhì)是造成閥門內(nèi)漏及卡阻的真正原因。(4)管內(nèi)固體雜質(zhì)損傷容積式刮板流量計。原油刮板流量計主要承擔動態(tài)計量交接工作，是一種精密的計量設備。運行中當含有雜質(zhì)的原油進入刮板傳動齒輪、齒面之間后，長期運行造成傳動齒輪組的齒面磨損或齒尖研磨切削，同時帶有雜質(zhì)的原油進入動齒輪下端面的墊片處，齒輪高速旋轉(zhuǎn)加速了齒輪和支撐座之間的磨損，最終造成流量計表頭不計數(shù)。因此固體雜質(zhì)的存在將直接影響刮板流量計使用壽命，也是造成其故障的主要原因。(5)管道內(nèi)固體雜質(zhì)對氮氣式水擊泄壓閥及軸流式單向閥的損傷。在長輸原油管道站場都安裝有氮氣式水擊泄壓閥和軸流式單向閥，其兩種閥門的密封組件結構上大致相似，在長期運行中發(fā)現(xiàn)管內(nèi)沉積的硬質(zhì)固體顆粒物會在運行中擠壓夾雜在水擊泄壓閥和單向閥的閥腔密封面及閥芯組件處，加之頻繁的預緊回座力從而造成泄壓閥或單向閥閥芯表面出現(xiàn)劃傷或密封圈咬裂現(xiàn)象，進一步造成閥門出現(xiàn)內(nèi)漏，閥門失效，因此固體硬質(zhì)雜物也是造成泄壓閥和單向閥內(nèi)漏故障的主要原因。

2.2 管道內(nèi)固體雜質(zhì)對壓力泵的損傷

(1)固體雜質(zhì)對離心式輸油泵的損傷。輸油泵運行時，原油內(nèi)的固體顆粒物雜質(zhì)在懸液分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)沖刷，導致懸液分離器內(nèi)壁很快被沖蝕，懸液分離器的失效最終導致機械密封損壞[4]。與此同時，油品中的硬質(zhì)固體雜質(zhì)被輸油泵葉輪帶入泵殼體口環(huán)和葉輪口環(huán)間隙位置，葉輪高速的旋轉(zhuǎn)摩擦造成口環(huán)的損傷，導致輸油泵效能下降。(2)管內(nèi)固體雜質(zhì)對長桿污油泵的損傷。LPY型長桿污油泵在原油管道站場使用較多，吸液管及葉輪深入污油罐的下部，日常運行中發(fā)現(xiàn)污油泵多次出現(xiàn)出口流量不夠的現(xiàn)象，經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)葉輪流道內(nèi)堵塞碎石等雜物，因此硬質(zhì)雜物也是引起污油泵故障的主要原因。(3) 管道內(nèi)固體雜質(zhì)對密度計泵的損傷。原油密度檢測系統(tǒng)在使用中發(fā)現(xiàn)，當管道輸送油品中含有較多固體雜質(zhì)時，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子吸附硬質(zhì)顆粒物越積越多，直至鐵質(zhì)顆粒和隔離套內(nèi)環(huán)表面接觸，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子在外磁轉(zhuǎn)子的驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，內(nèi)磁環(huán)外吸附的鐵質(zhì)顆粒和隔離套形成高速摩擦，摩擦生熱溫度變高，隔離套強度在高溫下迅速變?nèi)酰姑芏扔嫳玫膬?nèi)磁環(huán)外的隔離套焊縫開裂，油品泄漏導致其不能正常運轉(zhuǎn)。

因此，硬質(zhì)顆粒物的存在對密度計泵的安全平穩(wěn)運行影響同樣非常巨大。

2.3 管道內(nèi)固體雜質(zhì)對光學界面儀功能影響

長輸管道輸送油品的過程中，為了及時判斷混油界面，必須采取可靠的監(jiān)測手段準確判斷混油界面，光學界面儀作為精確判斷油品界面的設備之一，但現(xiàn)場長期使用發(fā)現(xiàn)光學界面儀探頭表面被原油內(nèi)的油泥覆蓋或硬質(zhì)雜物損傷探頭后直接影響檢測油品的折射率，無法準確檢測油品物性的變化，最終造成油品切割不準確，導致油品質(zhì)量問題的產(chǎn)生。

3 防止固體雜質(zhì)對原油管道設備損傷的控制措施

3.1 管道建設期嚴抓施工質(zhì)量

對于新建管道工程從管道、管件、閥門等材料進場開始做好防雨防潮措施，并對管道及閥門兩頭做好封堵防護，避免雜物遺留至管道或閥門內(nèi)。施工期間管道焊接過程中盡量不要將工具等雜物帶入管道之內(nèi)。后期必須嚴格把控管道吹掃環(huán)節(jié)質(zhì)量關，減少管道內(nèi)泥沙等固體雜質(zhì)的殘留。

3.2 加強設備維檢修及維護保養(yǎng)過程中質(zhì)量管理

(1)設備維護保養(yǎng)及維檢修作業(yè)常常需要管線打開，例如管道墊片更換作業(yè)，拆除原墊片過程中破碎的墊片有可能就跌入管道內(nèi)部被沖入下游等類似作業(yè)，因此在管線打開的過程中同樣存在各類雜物進入管道內(nèi)的風險，必須杜絕維檢修過程中產(chǎn)生的廢棄物、螺帽、小的工器具等遺留在管道內(nèi)，以防后期造成對下游站場管道設備設施的損傷。(2)當過濾器差壓升高有堵塞的趨勢時要及時進行清理，定期檢查濾網(wǎng)是否破損，及時進行更換維修。對于極易被固體雜質(zhì)刮傷的關鍵閥門等設備，應在其前的過濾器加裝小目數(shù)的濾網(wǎng)，并縮短過濾器的清理周期，加強過濾效果。

3.3 針對管道特殊運行工況應采取相應的預防措施

(1)當上游管道開展清管或內(nèi)檢測作業(yè)時，要提早對收球筒入口截斷球閥進行注脂作業(yè)，使?jié)櫥浞痔顫M注脂通道，避免原油中的雜質(zhì)卡入閥座及注脂通道內(nèi)，在后期關閉閥門時造成對球面的損傷。(2)在干線管道動火結束復產(chǎn)時，應提前對減壓閥前過濾器進行仔細地檢查清理保養(yǎng)，并每2～3年對減壓閥進行解體檢查，有雜質(zhì)及時清理，避免造成減壓閥二次損傷。

3.4 技術改造

(1)針對管道內(nèi)鐵類雜質(zhì)較多這一特點，研制過濾器磁力濾芯裝置，可以有效將鐵質(zhì)雜物吸附于磁力裝置，只要定期開展磁力裝置的清理就可以避免大量雜質(zhì)帶入下游，很大程度減少硬質(zhì)金屬雜質(zhì)對管道中后段設備設施的損傷。(2)優(yōu)化球閥結構，對球閥的閥座進行改造，新改造閥座將實現(xiàn)清理雜質(zhì)，填充雜質(zhì)存留空間，包容偶爾存在的雜質(zhì)、避免損傷密封面的三大功能。

4 結語

原油管道內(nèi)的各種固體雜質(zhì)通過堵塞、卡阻、沖刷、劃傷等形式來對原油管道設備設施造成不同程度的損傷，對閥門類及泵類設備損傷較為嚴重，尤其閥門內(nèi)漏問題普遍存在而且很難根治，長期影響著安全生產(chǎn)。現(xiàn)場運行中需要完善相關的設備管理制度，加強設備設施運行、維護、檢修管理工作，積極探索設備維護保養(yǎng)新方法，創(chuàng)新設備特殊工況運行條件下精心維護的新模式，提高設備管理水平。從根本上防范固體雜質(zhì)對原油管道設備造成的損傷，保障管道設備設施的安全平穩(wěn)運行。