管線氮?dú)獯祾哌^程中泄放壓力不足的原因分析及處理

楊靖梁

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江寧波 315000）

1 吹掃說明

1.1 管線情況說明

本次吹掃管線直徑為350mm，長度為2 685m，由于該管線長度較長，管線鋪設(shè)地形受限，且中間穿過馬路。為防止管道受氣候、介質(zhì)冷熱變化以及穿越馬路對(duì)車輛通行的影響，該管線采用自然補(bǔ)償和補(bǔ)償器相結(jié)合的方式，以應(yīng)對(duì)熱應(yīng)力產(chǎn)生的影響。

該管線地上管架部分全長2 455m，均采用自然補(bǔ)償方式，主要有L型、Z型、矩形補(bǔ)償，如圖1～圖3所示[5]：

圖1 L型補(bǔ)償

圖2 Z型補(bǔ)償

圖3 矩形補(bǔ)償

自然補(bǔ)償垂直管段累計(jì)高度102.4m，每兩個(gè)高處的自然補(bǔ)償之間會(huì)形成存水彎，存水彎共計(jì)35個(gè)。該管線地下部分全長230m，采用補(bǔ)償器應(yīng)對(duì)熱應(yīng)力產(chǎn)生的影響。

1.2 吹掃方法說明

針對(duì)管線的實(shí)際情況，吹掃時(shí)采用水+氮?dú)獾姆绞竭M(jìn)行吹掃。本次吹掃首先將管線內(nèi)的油用水頂進(jìn)儲(chǔ)罐內(nèi)，再用氮?dú)鈱⒐芫€內(nèi)水頂至現(xiàn)場切水口，當(dāng)管線內(nèi)大部分的水吹掃出來之后，對(duì)于管線內(nèi)殘存的水采用間歇性吹掃方法進(jìn)行吹掃，即每次管線內(nèi)壓力憋壓至0.3MPa，再打開泄壓閥將管線內(nèi)的存水吹掃帶出，本次氮?dú)獯祾邥r(shí)泄壓管線直徑為50mm。

2 異常情況及處理方法

2.1 異常情況說明

當(dāng)對(duì)管線內(nèi)的殘存水進(jìn)行間歇性吹掃時(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場泄壓口實(shí)際出水量很小，出水量穩(wěn)定，并且在憋壓時(shí)壓力不會(huì)上漲，而在泄壓后流量沒有明顯增大現(xiàn)象，并且泄壓口內(nèi)并無強(qiáng)烈急促的氣體噴出，其給氣點(diǎn)壓力為0.6MPa，壓力在間歇性吹掃時(shí)未出現(xiàn)明顯大幅度降低趨勢。

2.2 處理方法

逐漸將泄壓點(diǎn)向給氣方向前移，觀察管線各個(gè)低點(diǎn)吹掃出水情況。由于該管線設(shè)計(jì)原因，管線低點(diǎn)上設(shè)有閘閥的較少，現(xiàn)場可進(jìn)行直接泄壓位置相對(duì)較少，在向前第二處泄壓點(diǎn)進(jìn)行放水操作時(shí)，明顯發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)位置出水較大，壓力為0.05MPa（壓力表及放空管線均在此處控制閥門后）。隨著該點(diǎn)管線內(nèi)排出的水量增大，其管線出水的壓力也在逐漸增大，并且在此位置進(jìn)行憋壓吹掃，其管線內(nèi)吹掃過量聲音明顯，隨著管線憋壓次數(shù)的增多，管線內(nèi)吹掃過量的聲音也逐漸變大，該壓力表的顯示壓力在泄壓時(shí)增大，當(dāng)漲到0.3MPa時(shí)，壓力逐漸降低，罐區(qū)內(nèi)泄壓點(diǎn)出水量也逐漸增大，整個(gè)吹掃管線內(nèi)的連續(xù)流被重新建立，產(chǎn)生虹吸效應(yīng)，吹掃恢復(fù)正常。

3 原因分析及預(yù)防措施

3.1 吹掃原理

氣體吹掃其主要原理為高壓氣體在管線內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)，形成高速氣流，將管道內(nèi)的介質(zhì)及其雜物沖刷帶走。根據(jù)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50316—2000 規(guī)定，管道內(nèi)氣體流體壓力降按以下公式進(jìn)行 計(jì)算[1，4]：

式（1）中：△pf為壓力損失，MPa；L為管道長度，m；g為重力加速度，m/s2；D為管道內(nèi)徑，m；v為平均流速，m/s；ρ為流體密度，kg/m3；λ為流體摩擦系數(shù)。

式（2）中：V1為管道起點(diǎn)處流體流速，m/s；V2為管道終點(diǎn)處流體流速，m/s；p1為管道起點(diǎn)處流體壓力，MPa；p2為管道終點(diǎn)處流體壓力，MPa。

式（3）中：Σh損為阻力損失，m；△h為高度差，m.

從以上公式可知：管道起點(diǎn)、終點(diǎn)壓差足夠大，才可以克服阻力損失，并且壓差越大，管線流速越大（在其他條件都不變的情況下）。要保證吹掃效果，需要有穩(wěn)定的流速，而在管道終點(diǎn)處壓力不變的情況下，只有提高管道起始點(diǎn)處的壓力，且壓力穩(wěn)定才能保證吹掃作業(yè)進(jìn)行；根據(jù)公式3可以看出，管道起點(diǎn)、終點(diǎn)壓差足夠大才能克服其阻力和高度差，同樣在起點(diǎn)、終點(diǎn)壓力不變的情況下，管線內(nèi)需克服的阻力或高度差增大，同樣也可以降低流速，影響吹掃效果。

3.2 原因分析

該管道在進(jìn)行氮?dú)獯祾邥r(shí)，在管線吹掃中期，管線內(nèi)部分水未跨越因自然補(bǔ)償設(shè)置的膨脹彎，并在兩個(gè)膨脹彎之間的存水彎集聚，而這種集聚會(huì)造成管線內(nèi)的存水堵塞流道，由于該管線較長，其存水彎較多，多個(gè)存水彎內(nèi)形成多個(gè)水封，管線吹掃時(shí)需克服的阻力增加，吹掃壓力通過層層水封遞減，造成僅有很小一部分氮?dú)馔黄扑馄琳?，才以致僅有很少一部分水被吹出，而突破水封的一部分氮?dú)獠蛔阋詫⒐芫€內(nèi)后端的大部分水吹出，導(dǎo)致整個(gè)吹掃系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)流速低，并且末端吹水無大量的水吹出，管線內(nèi)流體虹吸作用無法實(shí)現(xiàn)，吹掃效果不佳[2-3]。

但是在吹掃過程中，逐漸通過管線低點(diǎn)將管線的存水放出，水封垂直高度降低，氮?dú)獯祾邏毫ν黄埔蛩猱a(chǎn)生的阻力臨界值，管線內(nèi)流體流速增加，吹掃效果變好，并且由于管線內(nèi)此時(shí)存水相對(duì)較多，管線內(nèi)存水因虹吸作用的存在，管線末端泄壓點(diǎn)吹掃水量 較大。

3.3 預(yù)防措施

在管線吹掃作業(yè)中給氣壓力決定著吹掃結(jié)果，提高給氣壓力，增加管線起點(diǎn)、終點(diǎn)壓差，保證吹掃壓力足夠克服管線內(nèi)介質(zhì)在管架上因摩擦而產(chǎn)生的阻力損失及管線內(nèi)介質(zhì)通過各個(gè)自然補(bǔ)償產(chǎn)生的損失。而在管線吹掃作業(yè)前期，吹掃作業(yè)的合理操作更為重要，加強(qiáng)吹掃強(qiáng)度，減少管線內(nèi)存水量，可以避免管線內(nèi)在多個(gè)自然補(bǔ)償之間的存水彎存水量過多，避免造成在間歇性吹掃時(shí)給氣壓力無法克服其產(chǎn)生的水封阻力，從而降低吹掃效果。

4 后期現(xiàn)場吹掃方案要求及實(shí)施情況

在某公司進(jìn)行全廠裝置停工大檢修期間，為避免后期的管線在吹掃過程中再次出現(xiàn)該管線的問題，特編輯方案來實(shí)現(xiàn)大檢修管線吹掃工作安全、有序。

4.1 吹掃方式

丙烷、丙烯、液化氣管線采用氮?dú)獯祾咧脫Q；C5、石腦油、柴油類、芳烴等輕油管線先用氮?dú)獯祾撸儆盟?，后用氮?dú)獯祾咧脫Q；蠟油、常渣、尾油、油漿、瀝青等重油類采用蒸汽吹掃。

4.2 管線吹掃要求

管線吹掃要求：①系統(tǒng)管線吹掃一般從裝置向罐區(qū)吹掃，吹掃作業(yè)開始前，需對(duì)吹掃流程及吹掃儲(chǔ)罐進(jìn)行確認(rèn)。②管線吹掃需做到密閉吹掃。吹掃介質(zhì)應(yīng)盡可能向罐內(nèi)排放，如條件不允許，則應(yīng)當(dāng)通過臨時(shí)管線向切水口、污油臥罐等進(jìn)行排放，不得隨意外排。③對(duì)于重油管線吹掃時(shí)，需控制吹掃用蒸汽流量，防止大量蒸汽從儲(chǔ)罐罐頂冒出；④吹掃過程中，需加強(qiáng)與裝置、調(diào)度間的橫向聯(lián)系，確保吹掃工作銜接有序。⑤吹掃過程中，需加強(qiáng)對(duì)管線沿線的檢查，防止管線出現(xiàn)位移、變形、水擊等現(xiàn)象；⑥進(jìn)行管線吹掃時(shí)，外操需及時(shí)向內(nèi)操進(jìn)行匯報(bào)，同時(shí)內(nèi)操需加強(qiáng)對(duì)吹掃管線和儲(chǔ)罐的液位、溫度、壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)注。⑦管線吹掃結(jié)束后，要及時(shí)聯(lián)系吹掃點(diǎn)停氣停水，同時(shí)做好管線分析檢測工作。⑧管線處理完畢后，需按要求及時(shí)加設(shè)盲板，并做好相應(yīng)盲板臺(tái)賬。

4.3 吹掃置換標(biāo)準(zhǔn)

吹掃置換標(biāo)準(zhǔn)：①輕油管線2倍（體積）水頂后用氮?dú)庵脫Q干凈，再分析總烴，一旦總烴分析不合格重新氮?dú)庵脫Q，直至總烴分析合格。②液化烴等氣體管線用氮?dú)庵脫Q2～6h（根據(jù)管徑和介質(zhì)可適當(dāng)調(diào)整吹掃時(shí)間），其后分析總烴，一旦總烴分析不合格重新氮?dú)庵脫Q，直至總烴分析合格。③重油管線末端需見汽4～6h（根據(jù)管徑和介質(zhì)可適當(dāng)調(diào)整吹掃時(shí)間），吹掃結(jié)束后冷卻至常溫后測爆，一旦測爆不合格重新吹掃，直至測爆分析合格。

4.4 注意事項(xiàng)

①在使用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃置換前必須同調(diào)度進(jìn)行聯(lián)系確認(rèn)，獲得許可后方可使用。②在對(duì)管線進(jìn)行頂水前，應(yīng)聯(lián)系調(diào)度并開好用水作業(yè)票。③需提前與調(diào)度進(jìn)行溝通確認(rèn)吹掃儲(chǔ)罐。④由裝置給氣（水）向罐區(qū)吹掃置換的管線，需向裝置及調(diào)度進(jìn)行確認(rèn)，并確認(rèn)現(xiàn)場吹掃流程暢通，沿途放空閥、導(dǎo)淋閥確認(rèn)關(guān)閉。⑤吹掃過程中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注管線壓力，防止超壓。同時(shí)加強(qiáng)與吹掃裝置間的聯(lián)系。⑥如進(jìn)行頂水作業(yè)，在吹掃置換結(jié)束后，需加強(qiáng)對(duì)吹掃罐的切水，下次裝船或供料作業(yè)時(shí)需注意油品含水。⑦加設(shè)盲板時(shí)，注意使用防爆工具，盲板加設(shè)位置需由部門工藝負(fù)責(zé)確認(rèn)，并做好記錄。⑧管線吹掃及加設(shè)盲板過程中，需部門工藝、班組的班長或副班長在場。

4.5 現(xiàn)場實(shí)施情況

甲苯裝置線吹掃：①打開G2116罐甲苯裝置線閥；②從40萬抽提、55萬抽提、芳構(gòu)化裝置給氮?dú)馔鵊2116罐吹掃，剛開始需少量給氣防止管線振動(dòng)移位，然后視管線振動(dòng)情況逐步加大給氣量；③當(dāng)罐內(nèi)收到液體體積接近管線體積時(shí)，通過G2116罐進(jìn)口罐根閥進(jìn)行憋壓吹掃，憋壓壓力至0.4MPa；④多次憋壓吹掃后，聽到管線都是過氣聲音，關(guān)閉G2116罐進(jìn)口罐根閥，打開裝車臺(tái)閥組甲苯裝置閥及不合格倒罐閥，往G2607罐憋壓吹掃三次后關(guān)閉裝車臺(tái)閥組甲苯裝置閥及不合格倒罐閥，停止裝置給氣；⑤通過G2116罐進(jìn)口集合管臨時(shí)線，從40萬抽提、55萬抽提、芳構(gòu)化裝置按2倍管線體積頂水至G2116罐切水口；⑥從40萬抽提、55萬抽提、芳構(gòu)化裝置給氮?dú)猓ㄟ^臨時(shí)線往G2116罐切水口/裝車臺(tái)閥組通氣，期間每隔2h憋壓一次，憋壓壓力至0.4MPa；⑦通氣結(jié)束后關(guān)閉G2116罐甲苯裝置線閥門，在P2105泵甲苯供料出口閥、G2113/G2114/G2115/G2116罐甲苯裝置閥、甲苯裝置線上安全閥、裝車臺(tái)閥組甲苯裝置閥處加盲板隔離，脫開罐區(qū)末端甲苯裝置線法蘭蓋安排可燃?xì)鈾z測，如檢測不合格，繼續(xù)通氮?dú)庵敝翙z測合格；⑧檢測合格后在40萬抽提、55萬抽提、芳構(gòu)化裝置處加盲板隔離。此時(shí)，該條管線的吹掃工作完成。

5 結(jié)束語

在對(duì)管線進(jìn)行氮?dú)獯祾邥r(shí)，特別是長距離管線吹掃，虹吸作用的形成是保障整個(gè)吹掃效率和效果的有效保證，因阻力過大造成吹掃管線虹吸作用無法形成，也是吹掃過程中隨時(shí)可能發(fā)生的。在設(shè)計(jì)時(shí)可通過減少使用垂直膨脹彎，降低管線阻力；吹掃前，提前分析吹掃過程，優(yōu)化整個(gè)吹掃方案，避免虹吸作用無法形成；吹掃過程中，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)探尋問題根源，采取措施，降低吹掃阻力，恢復(fù)吹掃系統(tǒng)中的虹吸作用。對(duì)整個(gè)吹掃過程分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，合理規(guī)避異常情況的發(fā)生，只有這樣才能保證整個(gè)吹掃效率和吹掃效果。