濮临线输油改输气管道清洗

濮临线输油改输气管道清洗

1、概况

濮临线建成于1979年7月,位于山东省西北部。全线设濮阳首站1座,范县、莘县、侯营、聊城、赵寨子、高唐、段庄等热泵站8座,阴极保护站10座。管道经过地区属华北平原,海拔高度从南到北逐渐降低。管道所经地段基本为农田,全线共穿越河渠7处,跨越大中型河道6处,穿越铁路3处,拱跨2座,县级以上公路21处。管道全长241.9km,管道规格Υ377×7mm,管材为16Mn和A3F螺旋焊缝钢管。

濮临线属中石化管道储运公司聊城公司管理,承担着中原油田部分原油外输任务。由于本管线外输量的减少,于1999年初停输。为重新利用本管线,设计改为输送天然气管线。为了保证濮阳—段庄段输油改输气的顺利进行,避免旧管道中残留的油蜡及机械杂质在输气过程中堵塞过滤器、仪表、终端用户管网,必须对其进行彻底清洗。本工程清洗管道长210km。它是中济工程(中原油田天然气输往济南)的重要组成部分。

2、清洗要求

清洗工程工期为20d,并只能充分利用现有的首站、中间站、末站的收发球装置及首站的水源与外输流程为动力源进行全线一次性清洗,清洗质量为无油无蜡、无机械杂质。对于这样的工程进行多次物理清洗后再进行化学溶垢清洗,以及分成几段进行多次往复清洗的方案已被否定,并且没有先例可以借鉴。这样施工技术难度大、清洗质量要求高、施工周期短的工程对施工单位是一次严峻的考验。质量验收标准:“工程清洗完,空气吹扫后,分段指定8处位置切割管线,观察达到无油、无蜡状态(浮锈不记)并与约定的清洗试块及照片比较一致为合格。”

3、管线调查与垢样分析

3.1管线调查

3.1.1有利条件

a.首站的发球、聊城站的收发球及临邑站的收球装置基本可以满足发球、收球、加注与回收清洗液的工作。

b.本管线沿线每公里有标示且各站有过球指示仪,可以方便清管器接收仪的监测。

c.本管线装有阴极保护装置,有利于油基清洗剂的静电泄漏。

d.首站外输泵压可达到40kg/cm2,可以满足本次清洗压力的需要。

3.1.2不利条件

a.停输后管线进行了水压实验,因而管中存在着大量的水,且会存在少量的浮油,再采用以水为动力源会造成几万方的污水排放困难。

b.管线全线检测结果为:漏点372个、偷油打孔97处,大部分集中在首站到范县站之间。由此需要进行开挖补漏后才能进行清洗作业。

c.垢层厚在2～3mm之间,存在一定的蜡粒子。垢层较厚,化学溶垢清洗一次成功难度较大。

3.2垢样分析

经过现场采样进行化验分析,说明结垢成分主要为油蜡及沥青质与胶质,可针对性的对清洗剂的配方进行选择。垢样分析结果如下:

a.无机物含量为1.36%;

b.沥青质、胶质含量为12.31%;

c.蜡质含量为53.12%;

d.垢中可提炼的部分为23.88%;

e.其余为含水份。

4、清洗工艺研究

根据本次清洗工程的特点,如果完全靠清洗剂的溶解作用,就需要浪费大量的清洗剂,清洗列车的运行速度需控制在较低的速度,会影响整个工程的进度;如果完全靠机械力刮削,有可能存在着堵球、“灌肠”的危险,因此,清洗的基本思路是:清管器刮削逐级放大,溶解与刮削相结合。组成物理清洗与化学溶垢多节“车厢”进行一次清洗。

4.1清洗剂配方的选择及用量确定

根据本管线垢层以油蜡、沥青胶质为主,长距离清洗时清洗剂与垢层接触时间短,清洗在常温下进行。因此清洗剂必须以清蜡为主,并有常温条件下清蜡速率高、溶蜡量大、无腐蚀等特点。根据这些特点,通过调查与研究,优选了材料,研制出了有效的清洗剂配方。

清洗剂配方:

主溶剂40%～50%助溶剂35%～40%

增溶剂3%～5%防腐剂1.5%～3%

阻燃剂1%～2%其它0.5%～1%

清洗剂用量的确定:

Q=1000πLp(D2-D20)α/4q(1)式中Q———清洗剂用量,m3;L———管线长度,m;p———清洗垢样密度,g/cm3;D———管线内径,m;D0———管线结垢后内径,m;α———裕量系数,取1.3;q———清洗剂的饱和溶垢量,mg/ml。确定物理清理后管内壁垢层厚度,计算清洗剂用量为380m3。

4.2清管器的设计

通常清管器长距离运行会产生较为严重的磨损,因而必须选定具有耐磨性好、有一定的强度与韧性的基础材料来制作。为了达到较高的清洗质量要求还应使用不同类型的、可以携带清管附件的清管器,为了使清洗剂能有效地密封完好使其发挥最大的清洗效果,应采用尺寸科学合理的皮碗清管器与有效的聚氨酯封堵器。由此设计出了不同型号及不同尺寸的各类清管器,包括“皮克”清管器、刮蜡器、钢丝刷清管器、直板清管器等。根据清管器不同的用途,制定出清管器放置的前后顺序如下:“皮克”清管探路球—高效物理清管球—封堵器、皮碗清管器—清洗液当中的各类刮蜡器—皮碗清管器、封堵器。

4.3清洗工艺

4.3.1清洗工艺的优缺点

根据实际条件制定了以水为动力源推动“车厢”的清洗工艺。其优点是清洗速度容易控制、运行平稳、清管器运行距离计算比较准确、清洗液前后全部为水源密封较好、可以利用现有的外输设施并能及时准确地记录排量和压力等数据。缺点是需要大量的水源造成水源浪费,管线一旦泄露会造成一定的农田污染。

4.3.2清洗工艺的技术措施和技术要求

a.把全线210km分为现有的两段进行“车厢式”清洗,首段为首站—中间站,实际清洗距离120km。第二段为中间站—临邑站,清洗距离90km。第一段清洗完后再进行第二段清洗作业。

b.清洗运行速度计算公式:“车厢”运行距离与速度:QT=πD2L/4(2)式中Q———外输泵排量,m3/h;T———清管器运行时间,h;D———管道内径,m;L———清管器运行长度,m。清管器运行距离:L=4QT/πD2(3)清管器运行速度:V=L/T(4)

c.技术数据:首段清洗清管器数量用了14个,清洗剂用量230方,第二段清洗采用清管器数量为12个,清洗剂用量150方,控制运行速度1.5km/h,控制运行压力≤4.0MPa。

d.清洗运行时,及时记录压力运行状况,掌握“车厢”运行情况,出现卡阻现象应根据注水量判断清管器大概位置,用接收仪探测其具*****置,进行解卡作业。

e.收球、排蜡与排废清洗液:油蜡可拉到炼厂进行加工、废液可打入原油系统。

f.防止清洗过程中管线堵塞:工艺上保证不出现管道堵塞情况。首先,采用多级清管器,逐级放大,使清管器每次清除部分蜡垢;其次,各级清管器之间通过计算泵入定量清洗剂,能及时将清管器清掉的蜡垢溶解完全。如果出现管道堵塞现象,通过以下方法解决:根据管线情况判断是机械卡阻或蜡堵,如果是蜡堵,利用探测仪找出卡阻的清管器的位置,采用非动火式开孔、截短节注清洗液解卡。

g.清管器应按照方案投放顺序进行发放作业,作好收发球记录。确认收球数量与发球数量一致。

5、施工过程

5.1清洗施工

5.1.1首段清洗

a.加装清管器与清洗剂:按清管器顺序及清洗剂用量进行加装。清洗剂施工前配制好,加注时罐车拉到现场,采用高压离心式油泵注入。清洗剂为易燃品,加装时注意防火、防爆、防静电、防撞击,并且避免夜晚加装。

b.清洗运行:启动首站外输泵输水进行清洗运行。期间派人进行巡线,并在中间各站点进行监测清管器的通过情况,记录了通过时间及有关情况,首站由两人轮流值班,及时记录、监控排量压力情况,有效地控制了预定地运行数据。其中运行压力平稳,最高压力为2.5MPa。清洗运行3d,清洗比较顺利,没有出现意外事故。图2为实际运行压力曲线图。

5.1.2第二段清洗

首段清洗结束后,按照同样的方法步骤进行施工。

5.2空气扫线

为保证清洗后管道中的水清扫干净,防止管道存水冬天产生冰冻现象,确保安全输送天然气,必须进行管线整体扫线。方法采用一次清扫,间隔放置两个清管器,以达到清扫两遍为目的。

5.2.1清管器运行距离、速度计算Q=πD2T0PL/4P0TZ(5)式中Q———清管器后累计进气量,m3;D———管道内径,m;T0———293.15K;P———清管器后管段内气体的平均压力,MPa;L———清管器运行距离,m;P0———0.101325MPa;———清管器后管段内气体的平均温度,K;Z———气体的压缩系数。

清管器运行距离:L=4QP0TZ/D2T0P(6)清管器运行速度:V=L/T(7)式中T———清管时间,h。

5.2.2吹扫使用9m3/min空压车3台,以确保气量充足。清扫方法:第一段吹扫结束后,利用中间站的发球流程依次装入2个清管器,继续进行第二段吹扫。首段扫线用了3.5d,第二段扫线用了3d。期间最高运行压力0.8MPa。

6、清洗结果

6.1清洗成果

6.1.1两段共清出油蜡垢质约10方,清洗剂基本达到了溶蜡饱和度。从结果看清洗效果十分显著。

6.1.2标准腐蚀试片测试结果,通过对清洗液挂片监测,计算平均腐蚀速率为0.0774g/m2h,腐蚀速率小于部颁标准10g/m2h,结果可以认定基本无腐蚀。

6.2清洗质量检查结果

从30、60、90、120、150、180、210km处进行检验,管道内壁没有黑色油蜡,能见金属本体,有很少量的铁锈。认定工程清洗合格。

7、结论

7.1本管线清洗效果明显,清出了大量的油蜡垢质,清洗剂也达到了溶蜡饱和度。清洗质量达到了要求。

7.2工程施工过程顺利,工期控制合理,表明清洗施工工艺科学合理。

7.3长距离油改气“车厢式”管道清洗工艺经实践证明是成功的,开创了行业先河。

7.4对于长距离油改气(或改为其他用途)管道,本清洗工艺具有清洗工期短、清洗效果显著、清洗造价低,是一项值得推广的长距离管道清洗技术。