羅 揚(yáng) 王文友 楊 林 李 競(jìng) 張茂林 諶貴宇

1. 中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司西氣東輸分公司, 上海 200120

0 前言

截至2020年,國(guó)內(nèi)油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)總里程已超130 000 km,原油管道、成品油管道、天然氣管道總長(zhǎng)分別超過(guò)28 000 km、22 000 km、70 000 km。國(guó)內(nèi)第一批油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)高峰期建設(shè)的“老八三”管線投產(chǎn)至今已40余年,第二批油氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)高峰期建設(shè)的“西氣東輸”系統(tǒng)管線投產(chǎn)至今已20余年。通常油氣長(zhǎng)輸管道的設(shè)計(jì)壽命為30年,當(dāng)管道不滿足安全生產(chǎn)運(yùn)行要求時(shí),國(guó)內(nèi)將面臨大批量油氣長(zhǎng)輸管道的停運(yùn)[1]。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市規(guī)劃區(qū)范圍越來(lái)越大,城市建設(shè)范圍越來(lái)越廣,部分已建油氣長(zhǎng)輸管道不可避免地進(jìn)入規(guī)劃區(qū)或形成新高后果區(qū)。為減少對(duì)城市發(fā)展建設(shè)的影響,避免高后果區(qū)對(duì)公眾安全形成潛在的威脅,須對(duì)已建管道進(jìn)行遷改,舊管道也將面臨停運(yùn)。停運(yùn)廢棄的油氣長(zhǎng)輸管道若不采取相應(yīng)的處理措施,隨著時(shí)間的推移發(fā)生腐蝕而坍塌,將對(duì)周邊環(huán)境造成污染,對(duì)居民活動(dòng)及地區(qū)建設(shè)形成潛在的威脅[2-3]。隨著國(guó)家新的安全法和環(huán)保法的陸續(xù)出臺(tái),國(guó)家對(duì)安全、環(huán)保問(wèn)題日益重視,為消除安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),針對(duì)停運(yùn)廢棄的油氣長(zhǎng)輸管道制定合法合規(guī)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)適用的報(bào)廢處置方式是非常必要的。

1 報(bào)廢處置方式選擇

西南地區(qū)某油氣管道工程于2012年投產(chǎn)運(yùn)行,由于地方城市建設(shè)發(fā)展,部分管道形成Ⅱ級(jí)高后果區(qū),對(duì)周邊人員活動(dòng)形成潛在威脅;部分管道進(jìn)入城市規(guī)劃的工業(yè)園區(qū),影響地方城市建設(shè)發(fā)展,地方政府要求管道進(jìn)行遷改。涉及遷改的原油管道約4 km,管徑D813 mm,材質(zhì)X70,設(shè)計(jì)壓力15 MPa;涉及遷改的天然氣管道約35.5 km,管徑D1 016 mm,材質(zhì)X80,設(shè)計(jì)壓力10 MPa。新管道投運(yùn)后,舊管道停運(yùn)廢棄,需進(jìn)行報(bào)廢處置。根據(jù)舊管道所經(jīng)區(qū)域周邊環(huán)境,對(duì)距離水源地較近及形成高后果區(qū)的4 km原油管道均進(jìn)行清洗后注漿封存的處置方式;對(duì)天然氣管道進(jìn)行分段處置,具有科研價(jià)值的2.5 km管段進(jìn)行拆除,人煙稀少的10.35 km管段進(jìn)行注干空氣封存,難以拆除的穿越管段(包括河流、公路、鐵路等)、人員活動(dòng)較為頻繁的管段、位于高后果區(qū)、規(guī)劃區(qū)、環(huán)境敏感點(diǎn)的22.65 km管段進(jìn)行分段注漿封存[4-7]。原油管道與天然氣管道停運(yùn)報(bào)廢處置見圖1～2。

圖1 原油管道報(bào)廢處置示意圖Fig.1 Schematic diagram of scrap disposal sectionof crude oil pipeline

圖2 天然氣管道報(bào)廢處置示意圖Fig.2 Schematic diagram of scrap disposal sectionof natural gas pipeline

2 報(bào)廢處置技術(shù)要求

2.1 管道清洗

停運(yùn)廢棄油氣長(zhǎng)輸管道的報(bào)廢處置首先應(yīng)進(jìn)行管道殘留物清理,待殘留物清理完成后方可進(jìn)行管道報(bào)廢處置,主要包括物理清理、化學(xué)清洗及殘留物濃度評(píng)估[8-9]等方面。考慮天然氣管道和成品油管道的介質(zhì)對(duì)環(huán)境影響較小,且較易清理,通常采用氮?dú)獯祾吆颓骞芷髑謇斫M合方式即可[10-11]。由于原油管道內(nèi)存在固體或殘油,在進(jìn)行物理清理后需進(jìn)行多次化學(xué)清洗[12],通常采用多個(gè)刮削清管器間放置溶劑類碳?xì)浠衔镙o助清理,若仍然無(wú)法清理達(dá)標(biāo),則需在清管器間加入專業(yè)清洗劑進(jìn)行配合清理,直至殘留物濃度評(píng)估達(dá)標(biāo)。殘留物濃度評(píng)估采用內(nèi)窺鏡從收發(fā)球兩端或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求隨機(jī)切管抽檢,各拍攝不少于100 m長(zhǎng)度管段的錄像及照片,直至任一處管道內(nèi)壁達(dá)到無(wú)油、無(wú)蠟、無(wú)附著物、見金屬本色后視為達(dá)標(biāo)。產(chǎn)生的廢棄物主要為溶解原油后的清洗液、含油污水和固體油泥,應(yīng)由具備資質(zhì)的危廢處理單位負(fù)責(zé)收集、運(yùn)輸及處理,處理過(guò)程及結(jié)果均應(yīng)滿足相關(guān)法律法規(guī)要求。

該原油管道通過(guò)發(fā)球筒依次裝入5 m3清洗液(軟化及潤(rùn)滑管道內(nèi)結(jié)蠟等殘留物)、第一個(gè)直板清管器(3%過(guò)盈量)、管段清洗所需用量的清洗液(溶解管道內(nèi)殘留物)、第二個(gè)直板清管器(5%過(guò)盈量)、與清洗液等量的清水、第三個(gè)直板清管器(5%過(guò)盈量),形成組合列車式清管器。利用壓縮空氣作為動(dòng)力推動(dòng)清管列車在管道內(nèi)緩緩移動(dòng)。收球端將污物排至油罐車內(nèi)運(yùn)送至指定地點(diǎn)處理,原油管道產(chǎn)生含油清洗污水約700 m3,使用專用清洗劑約350 m3。原油管道清洗原理見圖3,原油管道清洗作業(yè)流程見圖4。

圖3 原油管道清洗原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of crude oil pipeline cleaning

圖4 原油管道清洗作業(yè)流程圖Fig.4 Flow chart of crude oil pipeline cleaning operation

2.2 管道拆除

由于停運(yùn)廢棄管道已達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命,拆除后剩余利用價(jià)值不高且經(jīng)濟(jì)性較差，因而管道拆除在停運(yùn)廢棄管道報(bào)廢處置方式中采用較少。管道拆除需進(jìn)行施工作業(yè)帶征地,部分地段需重新修筑施工便道,并開挖管溝至管道裸露,同時(shí)需拆除管溝內(nèi)原有水工構(gòu)筑物。而混凝土澆筑作為西南地區(qū)管道常用的水工保護(hù)方式,也導(dǎo)致部分地段管道無(wú)法拆除。在管道拆除后,需外購(gòu)管道體積占用的土方量對(duì)管溝進(jìn)行回填。同時(shí),為防止雨水進(jìn)入管溝形成徑流,進(jìn)一步造成水土流失,需設(shè)置部分水工構(gòu)筑物。管溝回填完畢后還需進(jìn)行地貌恢復(fù)[13],故管道拆除的經(jīng)濟(jì)代價(jià)較大[14]。同時(shí)，油氣長(zhǎng)輸管道作為國(guó)有資產(chǎn),管道拆除后需運(yùn)至指定堆管場(chǎng),進(jìn)行資產(chǎn)報(bào)廢處置,資產(chǎn)報(bào)廢流程較為繁瑣。

考慮該西南地區(qū)天然氣管道運(yùn)行年限不到10年,采用X80高鋼級(jí)管材,且國(guó)內(nèi)近年管道焊口失效事件中X80管材出現(xiàn)頻率較高,故該天然氣管道本體、管道環(huán)焊縫具有較高的科研價(jià)值,因此對(duì)少量管道本體、少量環(huán)焊縫進(jìn)行拆除作為科研用管。科研用管應(yīng)首先明確需求的管材、焊口類型,其次根據(jù)竣工資料查找需求管段的位置,最后結(jié)合管道周邊道路依托情況,綜合考慮管道拆除的便利性進(jìn)行管道拆除[15]。在管道拆除前需確認(rèn)管道內(nèi)氮?dú)庵脫Q完成,可燃?xì)怏w濃度滿足切割要求,拆除管段或焊口需進(jìn)行外觀檢測(cè)并保存檢測(cè)結(jié)果,同時(shí)需對(duì)焊口進(jìn)行射線和超聲波檢測(cè)并保存檢測(cè)結(jié)果,確?？蒲杏霉艿氖Ｓ嗬脙r(jià)值。拆除管段長(zhǎng)度需考慮吊裝、運(yùn)輸?shù)谋憷?同時(shí)應(yīng)防止雨水進(jìn)入管段造成腐蝕進(jìn)而影響科研價(jià)值[16]。拆除管段應(yīng)按要求進(jìn)行信息標(biāo)識(shí),并建立檔案?？蒲泄芏蔚倪\(yùn)輸和存放應(yīng)符合新建管道運(yùn)輸和存放的要求,同時(shí)應(yīng)安排專人不定期巡查,并盡快運(yùn)送至科研場(chǎng)所進(jìn)行科研工作。

該天然氣管道根據(jù)科研需求,分5段對(duì)1.75 km舊管道進(jìn)行集中拆除,分63處單點(diǎn)開挖拆除長(zhǎng)度0.75 km,具體拆除明細(xì)見表1，拆除管段標(biāo)識(shí)見圖5。

表1 科研用管拆除明細(xì)表

圖5 拆除管段標(biāo)識(shí)示意圖Fig.5 Identification schematic diagram of dismantled pipe segment

2.3 管道封存

管道封存作為廢棄管道報(bào)廢處置最常用的方式,主要分為注干空氣封存和注漿封存兩種方式。

2.3.1 注干空氣封存

部分停運(yùn)廢棄管道位于人煙稀少地段,管道拆除后利用價(jià)值不高且經(jīng)濟(jì)性較差,管道注漿成本相對(duì)較高且必要性不大,故采取注氣體后封堵并就地廢棄的處理措施。所注氣體通常采用惰性氣體[17],但由于注氮泄漏可能造成人員窒息事故,為避免給周邊人員造成潛在威脅,故采取注干空氣封存。參照建成暫緩?fù)哆\(yùn)管道封存要求,保持管道內(nèi)微正壓即可,通常注干空氣封存壓力為0.12 MPa.a[18]。注干空氣封存時(shí)在管道末端配備水露點(diǎn)分析儀,填充后排出氣體水露點(diǎn)值不高于0 ℃為合格。通常選擇場(chǎng)地平整開闊且地勢(shì)較低的一側(cè)作為注氣點(diǎn),地勢(shì)較高的一側(cè)作為出氣點(diǎn),兩側(cè)管端均焊接盲板或封頭,盲板或封頭材質(zhì)基本與管道保持相同的腐蝕壽命。在地勢(shì)低點(diǎn)和高點(diǎn)分別開孔作為注氣孔和出氣孔,安裝壓力表,連接短節(jié)和閘閥。為減小封堵措施失效后雨水進(jìn)入管道造成的生態(tài)環(huán)境影響,一般要求進(jìn)行分段隔離封存,干空氣封存長(zhǎng)度不超過(guò)2 km。

注干空氣封存流程主要包括:施工便道整修、確定干空氣注入點(diǎn)、注入點(diǎn)作業(yè)坑開挖、切割管段、封頭或盲板焊接、低點(diǎn)注氣孔和高點(diǎn)排氣孔開孔、壓力表開孔、壓力表和閥門安裝、注入系統(tǒng)連接、水露點(diǎn)檢測(cè)、作業(yè)坑回填、地貌恢復(fù)。

該天然氣管道分別對(duì)65段管道進(jìn)行注入干空氣封存,注干空氣的管道長(zhǎng)度為10.35 km,按照0.12 MPa(絕壓)進(jìn)行干空氣封存,按1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、5 ℃狀態(tài)計(jì)算,損耗系數(shù)取1.2,該段管道空管容積為8 309 m3,注入干空氣量為9 971 m3，注干空氣封存分段基本信息見表2。

表2 注干空氣封存分段基本信息表

2.3.2 注漿封存

注漿封存通常用于停運(yùn)廢棄油管道及部分不適用于注干空氣封存的停運(yùn)廢棄天然氣管道(難以拆除的穿越管段、人員活動(dòng)較頻繁管段、位于高后果區(qū)、規(guī)劃區(qū)、環(huán)境敏感點(diǎn)的管段等)的報(bào)廢處置[19]。管道注漿封存應(yīng)滿足填充率不小于95%,填充率通過(guò)管道填充度和結(jié)石率指標(biāo)的控制進(jìn)行保障,結(jié)石率不小于95%。漿液需在30 d內(nèi)完全固化,且流動(dòng)性較好便于泵注漿[20-22]。為保證漿液充滿注漿管段,選擇場(chǎng)地平整開闊且地勢(shì)較低的一側(cè)作為注漿點(diǎn),地勢(shì)較高的一側(cè)作為出漿點(diǎn),并在高點(diǎn)設(shè)置排氣孔。漿液的結(jié)石強(qiáng)度不宜過(guò)高,以減小城市建設(shè)的難度,同時(shí)也不應(yīng)低于管道周圍土體的強(qiáng)度,避免形成塌陷,且填充材料應(yīng)無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)輻射。傳統(tǒng)用于注入巖土體、裂縫后與巖土體固結(jié)的漿液,強(qiáng)度高、抗?jié)B性好、穩(wěn)定性高,不適用于油氣長(zhǎng)輸管道注漿封存的需求。油氣長(zhǎng)輸管道注漿封存通常采用礦山采空后注入填充的膠固粉、粉煤灰、膨脹劑、水混合攪拌后的漿液。此類漿液流動(dòng)性好,初凝時(shí)間達(dá)72 h,28 d強(qiáng)度為0.98 MPa,56 d強(qiáng)度為1.2 MPa,膨脹率為3%～5%,相對(duì)密度約1.5,結(jié)石率高,滿足油氣長(zhǎng)輸管道的注漿要求。注漿材料取材較為方便,均為成品材料,且使用廣泛。充填漿液配比可參照表3,攪拌注漿時(shí),加水量與漿液的比值(水漿比)推薦為0.6∶1。由于采購(gòu)原材料可能存在性能差異,建議采用的漿液應(yīng)按照上述相關(guān)要求提前進(jìn)行試驗(yàn),確保漿液達(dá)到相關(guān)要求。

表3 充填漿液參數(shù)表

注漿封存流程主要包括:注漿分段及注漿點(diǎn)選擇、臨時(shí)設(shè)施準(zhǔn)備、注漿前管道處理、管道注漿、清理現(xiàn)場(chǎng)。首先應(yīng)根據(jù)交通依托、注漿場(chǎng)地、注漿長(zhǎng)度及注漿高差等情況合理進(jìn)行注漿分段及注漿點(diǎn)選擇；其次對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整,合理布置堆料場(chǎng)、設(shè)備堆放場(chǎng)地、儲(chǔ)漿池、注漿及排漿作業(yè)坑槽、搭建施工圍擋及臨時(shí)工棚等臨時(shí)設(shè)施[23]；再根據(jù)注漿管段的長(zhǎng)度及高差,計(jì)算低點(diǎn)注漿壓力,注漿泵的揚(yáng)程需求,進(jìn)行管道封頭焊接,并在高點(diǎn)設(shè)置排氣孔；待準(zhǔn)備工作就緒后,進(jìn)行漿液的配置,連續(xù)不間斷進(jìn)行管道注漿,直至管道漿液填充滿足要求。注漿過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)的防滲措施,完畢后應(yīng)及時(shí)清理現(xiàn)場(chǎng),防止污染環(huán)境。注漿系統(tǒng)布置見圖6,注漿填充工藝流程見圖7。

圖6 注漿系統(tǒng)布置示意圖Fig.6 Layout diagram of grouting system

圖7 注漿填充工藝流程圖Fig.7 Flow chart of grouting process

該油氣管道根據(jù)實(shí)際情況,約22.65 km管道分44段進(jìn)行注漿封存處理,管道容積為18 894 m3,考慮 1.2 倍的損耗系數(shù),管道需消耗漿液22 673 m3。根據(jù)高差計(jì)算推薦采用TBW-850/5A型注漿泵,該泵額定排出壓力為5 MPa,額定流量850 L/min,具體注漿段長(zhǎng)度、高差、壓力、時(shí)間、注漿量信息見表4。

表4 注漿段基本信息表

3 結(jié)論

停運(yùn)廢棄油氣長(zhǎng)輸管道的報(bào)廢處置并無(wú)固定的處理方式,應(yīng)根據(jù)管道所在地周邊的人文環(huán)境、地方發(fā)展、地形地貌等綜合考慮,最大限度地減少對(duì)周邊環(huán)境的影響,降低對(duì)周邊城市建設(shè)發(fā)展的制約,消減對(duì)周邊公眾安全威脅,分段采取管道拆除、管道注干空氣封存、管道注漿封存等方式。響應(yīng)國(guó)家新出臺(tái)的安全法和環(huán)保法,重視安全、環(huán)保問(wèn)題,消除安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),針對(duì)停運(yùn)廢棄的油氣長(zhǎng)輸管道制定合法合規(guī)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)適用的報(bào)廢處置方案。