廢棄輸油管道無害化處理技術(shù)研究與應(yīng)用

祁志江

中國石化管道儲運(yùn)有限公司搶維修中心，江蘇徐州 221008

廢棄輸油管道無害化處理技術(shù)研究與應(yīng)用

祁志江

中國石化管道儲運(yùn)有限公司搶維修中心，江蘇徐州 221008

對于廢棄輸油管道無害化處理，我國當(dāng)前尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，廢棄處理技術(shù)研究也基本處于空白狀態(tài)。結(jié)合某城市地下輸油管道的廢棄處置，介紹了利用管道原有裝置對該廢棄段管道進(jìn)行氮?dú)庵脫Q、安裝收發(fā)球裝置清除殘油、注入無害填充物分段填充管道的可永久消除安全隱患的技術(shù)。首先簡要介紹了工程概況；而后較詳細(xì)論述了施工作業(yè)主要流程及技術(shù)要求，無害化填充劑材料的組成、性能及施工工藝；最后指出，對廢棄輸油管道的處置應(yīng)基于當(dāng)前和未來的土地利用、潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境破壞情況進(jìn)行評估和實(shí)施；對能夠拆除的原油管道盡量予以拆除，對一時(shí)無法拆除的廢棄管道可采用上述技術(shù)進(jìn)行無害化處理。

廢棄輸油管道；無害化處理；氮?dú)庵脫Q；固化填充物

石油管道廢棄處理的方法有多種，不同的棄置方法均存在對環(huán)境和石油開發(fā)活動的影響，但不同方法的影響程度會因時(shí)空和經(jīng)濟(jì)利益不同而有很大的差異。所以選擇新的施工工藝在很大程度上可以降低廢棄石油管道對環(huán)境和社會安全的影響。

1 工程概況

某城市地下的輸油管道發(fā)生腐蝕泄漏，泄漏原油進(jìn)入附近的市政排水暗渠，在形成密閉空間的暗渠內(nèi)油氣積聚遇火花發(fā)生爆炸。由于該段管道所處地區(qū)建筑物眾多，人口密集，大部分管段被占壓，為避免事故的再次發(fā)生，該段泄漏管道已永久停用，并需要作無害化處理。如采用大開挖割管處置方案，雖然可以徹底消除隱患，但存在地上設(shè)施、附著物拆除量過大，地下隱蔽物處理極其復(fù)雜等問題，無法實(shí)施；如采用注水、注泥漿、注氮封管方案，雖可以暫時(shí)保證停用管道的安全，但存在后期管內(nèi)存留物二次污染環(huán)境的隱患[1]，也不可行。經(jīng)研究，發(fā)現(xiàn)利用管道原有裝置對該廢棄段管道進(jìn)行氮?dú)庵脫Q、安裝收發(fā)球裝置清除殘油、注入無害填充物分段填充管道的技術(shù)方案可行，并可永久消除安全隱患。

2 施工方案

2.1 作業(yè)主要流程

開工前準(zhǔn)備——抽油作業(yè)坑開挖——氮?dú)庵脫Q、密閉開孔、抽油——出站閥前割管、安裝封頭——安裝收、發(fā)球裝置——氮?dú)馔魄蚯逵?、抽油——分段割管、安裝盲板封管——分段注入無害固化填充物——填充物自然固化、封管——場地恢復(fù)。

2.2 施工技術(shù)要求

（1）開工前準(zhǔn)備。開工前做好地面設(shè)施的勘查，委托專業(yè)檢測公司對地下隱蔽物進(jìn)行詳細(xì)勘測，包括待處置管段的具體位置、埋深，與待處置管段相鄰或交叉的管道、電纜、光纜及其他市政設(shè)施等，并向施工人員作詳細(xì)交底。

（2）抽油作業(yè)坑開挖。抽油作業(yè)坑底部尺寸為：長4 m、寬6 m，根據(jù)作業(yè)坑深度放坡。廢棄管道與其他管道、電纜等交叉處做好防護(hù)。

（3）氮?dú)庵脫Q、密閉開孔、抽油。其一，在管段兩端底部距離管口約1.5 m處安裝抽油閥。具體方法為：先清理干凈裝閥位置管道的防腐層，利用管道原有裝置在管道端頭進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，焊接開孔短節(jié)，安裝DN50球閥（抽油閥），采用管道封堵專用開孔機(jī)密閉開孔[2]，開孔完成后關(guān)閉抽油閥。其二，在抽油閥的另一端連接抽油泵，打開抽油閥、抽油泵，將原油抽入油罐車內(nèi)回收。其三，管道兩端不再抽出原油后，關(guān)閉抽油泵、抽油閥。

（4）出站閥前安裝封頭。采用無火花專用機(jī)械割管機(jī)，割除出站閥前3 m管段，在剩余管段距管口300 mm處砌筑黃油泥墻，在靠近出站閥側(cè)的管段上組焊封頭，焊接和無損檢測執(zhí)行相關(guān)要求。

（5）安裝收、發(fā)球裝置。在管段距管口300 mm處砌筑黃油泥墻，兩端分別安裝收、發(fā)球裝置一套。

（6）氮?dú)馔魄蚯逵?、抽油。第一，在發(fā)球筒側(cè)用專用液氮車?yán)\(yùn)液氮，現(xiàn)場氣化、加壓后推球，清除管內(nèi)原油及油氣，同時(shí)打開收球筒側(cè)的抽油閥、抽油泵，將清出的原油抽入專用油罐車內(nèi)回收。收球筒側(cè)高位排放油氣。第二，氮?dú)馔魄蚯逵痛螖?shù)不得少于3次，以排盡管內(nèi)油及油氣，使全管段充滿氮?dú)狻?/p>

（7）分段割管、安裝盲板封管。第一，鑒于注入的無害化填充物密度相對較大，綜合考慮管的承壓能力，經(jīng)測算，該工程按每段800 m左右進(jìn)行注填充物固化處置。第二，用專用機(jī)械割管機(jī)分段切割該段管道，具體位置可結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測情況作適當(dāng)調(diào)整。每段管道兩端安裝盲板[3]，在局部高點(diǎn)處安裝注漿閥、排氣閥。第三，管道截?cái)帱c(diǎn)處預(yù)先開挖管道分段截?cái)嘧鳂I(yè)坑，尺寸及要求同抽油作業(yè)坑。第四，每段管道兩端在距盲板（或收發(fā)球筒）內(nèi)側(cè)1～1.5 m處，分別安裝DN50排氣閥和觀察閥，不少于兩個(gè)，高點(diǎn)閥用于排氣，低點(diǎn)閥用于觀察（兼排氣）填充物是否到達(dá)并充滿端位。第五，在注漿口與遠(yuǎn)端盲板之間的管道埋深若存在起伏時(shí)，在高差超過管徑段的局部高點(diǎn)位置增加安裝排氣閥。

（8）分段注入無害固化填充物。其一，無害固化填充物事先需做填充物流動度、固化填充率、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，達(dá)到預(yù)定要求后方可按配比批量攪拌。其二，填充物需事先在混凝土攪拌站完成攪拌，用混凝土攪拌車?yán)\(yùn)至現(xiàn)場，從局部高點(diǎn)往局部低點(diǎn)分段注入無害固化填充物，管段高點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置排氣閥，分段注入時(shí)要連續(xù)作業(yè)，注入時(shí)要做好現(xiàn)場注漿量計(jì)量，現(xiàn)場注漿量要與管容量相匹配。其三，注入填充物時(shí)打開排氣閥和觀察閥，確認(rèn)填充物是否到達(dá)并充滿端位，確認(rèn)完成后，關(guān)閉觀察閥；然后確認(rèn)中間起伏段填充物是否充滿，確認(rèn)完成后關(guān)閉起伏段排氣閥；最后確認(rèn)高點(diǎn)填充物是否充滿，確認(rèn)完成后關(guān)閉高點(diǎn)排氣閥，停止注漿，確保填充物充滿管段，繼續(xù)下一管段作業(yè)，直至全部完成。

（9）填充物自然固化、封管。通過觀察閥、排氣閥確認(rèn)填充物自然固化，關(guān)閉閥門封管，回填作業(yè)坑，場地恢復(fù)。

3 無害化填充劑的研究

經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)外在廢棄管道無害化填充物方面并無成熟產(chǎn)品可利用，因此，需要研究一種新型的無害固化填充劑。

3.1 材料選擇

固化填充物性能指標(biāo)應(yīng)具有一定的流動性，凝固時(shí)間能滿足連續(xù)填充施工作業(yè)技術(shù)要求，可以實(shí)現(xiàn)最終永久固化，穩(wěn)定性好，不會產(chǎn)生二次安全環(huán)保危害，漿體固化填充率在95%以上；固化填充物原材料應(yīng)經(jīng)濟(jì)可靠，可以實(shí)現(xiàn)市場化采購；施工工藝操作簡單、安全可靠，可分段作業(yè)，不需要管道大開挖，對廢棄管道地面和其他建筑設(shè)施的影響最小化。

經(jīng)研究，由粉煤灰、水泥、外加劑和水按適當(dāng)比例拌制而成的固化填充物，材料無害化程度高，適宜作為填充材料。通過正交試驗(yàn)確定填充材料的最優(yōu)配比：10%DW-I減水劑的摻量0.3%、10%DWB01保坍劑的摻量0.3%、粉煤灰與水泥質(zhì)量比為85∶15，水膠比（w/c）為0.5。填充材料的技術(shù)指標(biāo)如下：12 h流動度255 mm，12 h充填率95.6%，28 d抗壓強(qiáng)度2.25 MPa，密度1.572 g/mL。各參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律見圖1～圖3。

圖1 粉煤灰水泥漿流動度隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖2 粉煤灰水泥漿固化填充率隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖3 粉煤灰水泥漿抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律

經(jīng)調(diào)研，粉煤灰水泥漿流動度在200 mm以上可完全滿足泵送的需要。經(jīng)試驗(yàn)測試，按照粉煤灰∶水泥=85∶15的配比，水膠比0.5，加適量減水劑、保坍劑配制拌合而成的粉煤灰水泥漿初始流動度>300 mm，完全滿足泵送需要，泥漿流動度在8 h后基本保持不變（>200 mm），滿足現(xiàn)場連續(xù)泵送需要。

固化填充率在8 h后基本保持不變，滿足達(dá)到95%以上的要求。固化填充物抗壓強(qiáng)度28 d以后還會增加，但增加緩慢，90 d抗壓強(qiáng)度在1.5 MPa左右，與土壤抗壓強(qiáng)度接近，填充效果較好。

3.2 施工工藝

現(xiàn)場施工可供選用的泵型號很多，結(jié)合本工程實(shí)際，可選用連續(xù)式砂漿攪拌機(jī)或混凝土攪拌機(jī)、連續(xù)混漿機(jī)，加上合適的罐體，實(shí)現(xiàn)連續(xù)攪拌；再配上合適的混凝土泵，將攪拌好的泥漿泵入管道。施工工藝操作簡單、安全可靠，泥漿黏度接近潤滑油，可實(shí)現(xiàn)大的分段作業(yè)，不需要管道大開挖，對廢棄管道地面和其他建筑設(shè)施的影響最小化。綜合考慮灌漿選用的材料、泵送設(shè)備和施工工藝，灌漿材料成本估算不超過300元/m3（含泵送費(fèi)），經(jīng)濟(jì)性良好。

4 結(jié)束語

對廢棄輸油管道的處置應(yīng)基于當(dāng)前和未來的土地利用、潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境破壞進(jìn)行評估和實(shí)施。要求管道廢棄前進(jìn)行物理隔離，清空并清理管內(nèi)介質(zhì)，確保廢棄管道內(nèi)無有害物質(zhì)殘留，所有開口加封蓋密封。對能夠拆除的原油管道盡量予以拆除；對因地面占壓物較多，一時(shí)無法拆除的廢棄管道應(yīng)填充合適的材料進(jìn)行無害化處理。選用由粉煤灰、水泥、外加劑和水按適當(dāng)比例拌制而成的固化填充物進(jìn)行填充，原材料應(yīng)經(jīng)濟(jì)可靠，可以實(shí)現(xiàn)市場化采購；施工工藝應(yīng)操作簡單、安全可靠，不需要管道大開挖，對廢棄管道地面和其他建筑設(shè)施的影響最小化；漿體固化填充率在95%以上，可以實(shí)現(xiàn)最終永久固化，穩(wěn)定性好，不會產(chǎn)生二次安全環(huán)保危害。該技術(shù)的成功應(yīng)用可為其他類似廢棄管道的無害化處理提供借鑒。

[1]范慶春，林昊健.注漿固化技術(shù)在廢棄輸油管道無害化處理中的應(yīng)用[J].中國化工貿(mào)易，2015，32（11）：20-21.

[2]楊之華.不停輸帶壓封堵技術(shù)在原油管線改造中的應(yīng)用[J].石油和化工設(shè)備，2009（9）：33-35.

[3]孫成德，宋龍進(jìn)，吳晨.高壓盤式封堵作業(yè)安全控制措施[J].安全、健康和環(huán)境，2014，12（2）：12-13，41.

Research and application of harmless disposal techniques for abandoned oil transmission pipelines

QIZhijiang
First-aid Repair Center，China PetrochemicalPipeline Storage&Transport Co.，Ltd.，Xuzhou 221008，China

At present，there are lack of the standard and code about harmless disposal techniques for abandoned oil transmission pipelines in China，and the abandonment technical research is almost in blank.This paper introduces the disposal of the abandoned underground oil transmission pipeline in a domestic city with respect to nitrogen replacement by using original device of the pipeline，installation of ball dispatching and receiving devices to clean waste oil，filling pipeline sections with harmless materials.It illustrates the main construction procedure and technical requirements，as well as the composition，property and construction process of the filling materials.Finally，it points out that the evaluation and implementation of abandoned pipeline disposalshould be based on land utilization plan for the present and future，potential safety risks and environmental damage；Crude oil pipelines should be demolished as much as possible；If not，the above-mentioned harmless disposaltechniques could be adopted.

abandoned oiltransmission pipeline；harmless disposal；nitrogen replacement；solidified filling material

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.012

祁志江（1963-），男，江蘇淮安人，高級工程師，1999年畢業(yè)于中共中央黨校函授學(xué)院，長期從事管道工程建設(shè)和搶維修工作。

2017-01-08

Email：lhh5000@126.com