石油工藝管道中高低點(diǎn)設(shè)置及維護(hù)研究

胡昌平

（中化珠海石化儲(chǔ)運(yùn)有限公司，廣東珠海519050）

0 引言

GC2 工業(yè)管道為常見的石油化工企業(yè)、油庫(kù)等場(chǎng)區(qū)內(nèi)外管道，對(duì)高低點(diǎn)設(shè)置具有典型特點(diǎn)。因此此類管道使用頻繁，且在原始設(shè)計(jì)時(shí)考慮管道清洗等因素，均在管道龍門架處設(shè)置了大量的高低點(diǎn)。高低點(diǎn)為管道中的薄弱環(huán)節(jié)，極易在高低點(diǎn)處形成腐蝕環(huán)境，沿高低點(diǎn)根部進(jìn)行深度腐蝕，給后續(xù)管道的使用維護(hù)造成很大風(fēng)險(xiǎn)。通過多年的使用維護(hù)及改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)石油工藝管道高低點(diǎn)設(shè)置及維護(hù)進(jìn)行了深入的研究，提出了具體的解決辦法和思路。

1 原有設(shè)計(jì)形式

石油化工工藝管道高低點(diǎn)主要用于吹掃、管線清洗、放空、導(dǎo)凝等，高低點(diǎn)設(shè)置一般為DN25-DN50 口徑，帶法蘭短接加法蘭或閥門。

高低點(diǎn)焊接主要有6 種焊接方式。在GC2 工業(yè)管道設(shè)計(jì)中，由于此類管道較短、壓力以中低壓為主，且為保障管線的通球操作，高低點(diǎn)的設(shè)計(jì)一般采用對(duì)接式焊接支管的方式。在主管道上設(shè)置馬鞍口，打磨后高低點(diǎn)短接與主管進(jìn)行對(duì)接焊接，形成根部焊縫。

2 現(xiàn)有高低點(diǎn)現(xiàn)狀及分析

2.1 存在大量腐蝕

工藝管道高低點(diǎn)由小口徑管道、法蘭、墊片及閥門、盲板組成，存在間隙腐蝕、材質(zhì)腐蝕、電化學(xué)等多種腐蝕形式。從實(shí)際使用情況來看，在高低點(diǎn)短接焊縫及焊縫的熱影響區(qū)域范圍內(nèi)存在晶間腐蝕，短接上出現(xiàn)腐蝕坑、焊縫層剝落[1]。

尤其是在保溫管線中，腐蝕問題更加嚴(yán)重。主要是因?yàn)樵诟叩忘c(diǎn)短接處由于保溫破損、保溫密封不嚴(yán)等，存在破損滲水情況，且積水無法及時(shí)排除，使高低點(diǎn)根部長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境，造成焊縫、短接、閥門處腐蝕減薄嚴(yán)重。同時(shí)，高點(diǎn)下引變形嚴(yán)重，存在腐蝕減薄、腐蝕穿孔，震動(dòng)斷裂的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)

按照某企業(yè)1 根2.5km 的庫(kù)區(qū)至碼頭的工業(yè)GC2級(jí)管道計(jì)算，設(shè)計(jì)的高低點(diǎn)數(shù)量將近75 個(gè)，每個(gè)高低點(diǎn)按照4 處泄漏點(diǎn)計(jì)算，1 根管線高低點(diǎn)就存在300 個(gè)泄漏點(diǎn)。此類泄漏風(fēng)險(xiǎn)一般為高風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在管道長(zhǎng)期運(yùn)行、帶壓狀況下，輸送腐蝕性、易燃易爆性物料時(shí)，泄漏風(fēng)險(xiǎn)增加。庫(kù)外管道一般要穿過道路，有些可能在居民設(shè)施范圍內(nèi)，位于高后果區(qū)，也存在環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 維護(hù)保養(yǎng)困難

高低點(diǎn)管徑一般在DN25～DN50，管道壁厚、法蘭及閥門較小，腐蝕余量有限，需要定期進(jìn)行保養(yǎng)或更換。例如，更換閥門、墊片，根部及短接進(jìn)行防腐等，維護(hù)量大，且作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高。如需要進(jìn)行打磨動(dòng)火，管線清洗困難，更換閥門需要清空管線物料等。從實(shí)際使用情況看，高低點(diǎn)每年均需進(jìn)行維護(hù)防腐，墊片每5年需更換一次，海邊鹽霧地區(qū)時(shí)間更短，造成很大的維護(hù)難題。

3 解決策略

3.1 修補(bǔ)、包裹

采用高分子材料對(duì)已發(fā)生腐蝕的高低點(diǎn)金屬部位進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后采用防腐材料進(jìn)行包裹，隔絕空氣。此類做法，從實(shí)際使用來看，效果較好。

3.1.1 修復(fù)材料選擇

針對(duì)管線高低點(diǎn)選用高聚金屬修補(bǔ)劑與高聚陶瓷流體金屬涂層材料進(jìn)行修復(fù)。此修復(fù)及防護(hù)材料屬于進(jìn)口高性能高分子材料，已被各國(guó)企業(yè)用于設(shè)備修復(fù)和防腐。該材料是具有金屬性能的非金屬高密度聚合材料，作為一種添加陶瓷等耐磨材料的高分子與硅鋼合金的混合物，使材料具有優(yōu)異的耐磨性能和良好的抗汽蝕防腐性能[2]。

3.1.2 修復(fù)工藝流程

（1）基材處理：首先對(duì)管道及管接附件區(qū)域進(jìn)行表面處理打磨。去除所有油漆層以及基材表面浮銹，并清洗干凈。

（2）修補(bǔ)：采用高聚金屬修補(bǔ)劑對(duì)以上部位進(jìn)行修補(bǔ)增強(qiáng)，刮涂2～3 遍（修補(bǔ)量約2mm 厚度）。

（3）包裹：對(duì)以上部位使用增強(qiáng)帶進(jìn)行加強(qiáng)保護(hù)，增強(qiáng)帶包裹2～3 層。增強(qiáng)帶可以使用精蠟類材料。

（4）涂層：采用高聚陶瓷流體金屬涂層，涂刷1 層防腐隔絕層，防止表面腐蝕。

3.1.3 修復(fù)效果

采用進(jìn)口修復(fù)材料和防護(hù)材料修復(fù)可達(dá)到的最大壓力容限系統(tǒng)是300psi（相當(dāng)于20kg 壓力，機(jī)械表面處理）。管線高低點(diǎn)表面修補(bǔ)復(fù)合材料具有金屬特性，易于加工。

3.2 徹底切除

高低點(diǎn)切除屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，涉及動(dòng)火、高空等特殊作業(yè)，還需要停產(chǎn)清油，需制定具體、詳細(xì)的施工方案[3]。

3.2.1 工藝管道清洗

在高低點(diǎn)作業(yè)前，管線需清洗完畢且經(jīng)檢測(cè)合格，管內(nèi)充滿氮?dú)獗Ｗo(hù)。在作業(yè)前，須在擬切割處檢測(cè)可燃?xì)怏w及氧含量，確認(rèn)檢測(cè)合格，同時(shí)與其他支管線、輔助管線連接處加盲板隔離或斷開。經(jīng)排空、清洗、置換、檢測(cè)等處理合格后，交付進(jìn)行施工，且在動(dòng)火作業(yè)期間，向管內(nèi)注入氮?dú)鈶?yīng)保持微正壓。

3.2.2 材料準(zhǔn)備

（1）修補(bǔ)貼板材料。以鋼材為20#無縫鋼管、厚度5～10mm 為例。為保證貼合效果，板材曲率半徑宜與待處理管道曲率半徑一致（見表1）。

表1 主管設(shè)計(jì)厚度與修補(bǔ)板厚度表

鋼管應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)具備質(zhì)量證明資料。在使用前，需進(jìn)行外觀檢查，并做好記錄。

（2）修補(bǔ)板預(yù)制

（a）量好尺寸切割下料，相應(yīng)鋼管切割成正方形修補(bǔ)板（投影）。

（b）下料尺寸根據(jù)待處理高低點(diǎn)排空管根部管徑確定：對(duì)于1’’排空管，修補(bǔ)板邊長(zhǎng)至少大于排空管根部外徑20mm，且不小于60mm；對(duì)于2’’排空管，修補(bǔ)板邊長(zhǎng)至少大于排空管根部外徑40mm，且不小于100mm。

（c）打磨修補(bǔ)板內(nèi)外壁，并修邊去除毛刺，內(nèi)外壁應(yīng)光滑，邊緣平滑，無明顯溝痕。

（d）管線高低點(diǎn)在處理前1 天，需將相應(yīng)管線所有修補(bǔ)板預(yù)制好，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人檢查確認(rèn)合格后，提前放置于現(xiàn)場(chǎng)備用。

（3）其他輔材

保溫防護(hù)層及保溫棉：保溫防護(hù)層采用0.5mm 厚的鋁板，保溫棉采用50mm 厚的復(fù)合硅酸鋁保溫棉。

防腐涂料：底漆采用環(huán)氧富鋅底漆，中間漆采用環(huán)氧云鐵中間漆，面漆采用聚氨酯面漆。

耗材：焊條需要合格、有資質(zhì)的廠家生產(chǎn)。在使用前，應(yīng)檢查焊條外觀、質(zhì)量，焊條需存放在干燥處。

3.2.3 施工準(zhǔn)備

1 根管線按照2～3 個(gè)作業(yè)小組，每組3～4 人，1名焊工的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置。高處作業(yè)要搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)人員需具備高處作業(yè)資質(zhì)。施工機(jī)具、臨水用電，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收，具備一機(jī)一閘一保護(hù)。勞動(dòng)保護(hù)用品要滿足焊接動(dòng)火、高處作業(yè)要求。

3.2.4 維修工序

維修流程：材料準(zhǔn)備（采購(gòu)螺栓、墊片、精蠟等）—方案評(píng)審及JSA 分析—固定腳手架搭設(shè)（外單位）—高低點(diǎn)處保溫拆除—檢查測(cè)厚—工藝管線處理（生產(chǎn)部按照業(yè)務(wù)計(jì)劃逐根處理、交出，交出1 根做1 根）—高低點(diǎn)維護(hù)—試驗(yàn)驗(yàn)收—保溫恢復(fù)—腳手架拆除。

維修工序：現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備（腳手架平臺(tái)、短接內(nèi)殘油收集桶、銅質(zhì)工具、機(jī)具、PPE 等）—拆卸盲板螺栓—法蘭面清理（露出密封紋路）—更換墊片、螺栓、盲板（螺栓最好采用鍍鋅螺栓）—高低點(diǎn)短接整體做防腐—整根管線氣壓試驗(yàn)—驗(yàn)收合格[4]。

3.2.5 維修工藝

（1）排氣及檢測(cè)。打開放空管閥門排氣，進(jìn)行可燃?xì)怏w、有毒氣體及氧含量檢測(cè)。必須將排空管末端拆除，按要求排氣后，才能進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。嚴(yán)禁直接使用電動(dòng)工具切割排空管。

（2）排放空管切割。管道氣體檢測(cè)合格后，用角磨機(jī)帶切割片從根部切斷放空管。并保持氮?dú)夤?yīng)，確保排氣氧含量低于7%，在較大惰性氣體放空流量保護(hù)下，切割放空管。放空管切割完畢后，戴手套使用潔凈棉布擦拭主管管口內(nèi)壁，盡可能減少管口周圍管壁殘留的物料，注意擦拭時(shí)將棉布一端留置管外，防止棉布全部掉入管道，無法取出。再次動(dòng)火前將棉布遠(yuǎn)離動(dòng)火區(qū)域。

（3）原焊根及修補(bǔ)板焊接區(qū)域打磨。氣體檢測(cè)合格，確保氣體氧含量低于5%。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，使用角磨機(jī)打磨，去除原殘根和焊肉，同時(shí)對(duì)修補(bǔ)板覆蓋區(qū)域及焊接影響區(qū)域進(jìn)行打磨，去除主管表面的油漆、鐵銹及氧化層等，動(dòng)力除銹標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到St2.5 級(jí)。

（4）修補(bǔ)板焊接。氣體檢測(cè)合格，確保氣體氧含量低于5%。佩戴好個(gè)人防護(hù)用具，在氮?dú)馕⒄龎罕Ｗo(hù)狀態(tài)下，用預(yù)制好的修補(bǔ)板進(jìn)行貼補(bǔ)焊接，若板管間隙較大或無法有效貼合，先處理成合適形狀后再進(jìn)行焊接。

3.2.6 焊接及檢驗(yàn)要求

（1）焊接采用手工電弧焊。焊條選用應(yīng)與管道材質(zhì)相適應(yīng)，角焊縫焊腳高度不小于60%的修補(bǔ)板厚度。

（2）在焊接前，對(duì)距離焊縫50mm 范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺、油污和防腐涂料必須先進(jìn)行清理。

（3）在焊接前，對(duì)容易飛濺的部位進(jìn)行遮擋。

（4）焊接后的焊渣、飛濺物等需打磨清理干凈。

（5）焊接技術(shù)要求：

（a）所有焊縫的觀感質(zhì)量應(yīng)外形均勻，成形較好，焊道與焊道之間，焊道與母材之間應(yīng)平滑過渡，焊渣和飛濺物應(yīng)清除干凈。

（b）焊縫尺寸應(yīng)符合規(guī)范要求，焊縫表面應(yīng)完整，并與母材圓滑過渡。

(c)不得有表面裂紋、氣孔、夾渣和飛濺物等缺陷。

(d)咬邊深度應(yīng)小于0.5mm，且每道焊縫的咬邊長(zhǎng)度不得大于該焊縫總長(zhǎng)的10%。

(e)焊縫加強(qiáng)面的高度不得大于該管道壁厚的30%，且不大于5mm，焊縫加強(qiáng)面寬度應(yīng)焊出坡口邊緣2～3mm。

(f)焊縫表面凹陷深度不大于0.5mm，且每道焊縫的凹陷長(zhǎng)度不得大于該焊縫總長(zhǎng)的10%。

（6）在焊接后，需進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行表面處理和防腐。焊接安裝施工質(zhì)量應(yīng)達(dá)到相關(guān)法律規(guī)范要求，焊工自查合格后提交現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人檢查。

3.2.7 管道氣壓試驗(yàn)

（1）因管道高低點(diǎn)割除，無法完全排出管內(nèi)氣體，影響水壓試驗(yàn)升壓，強(qiáng)行升壓可能會(huì)造成局部氣體聚集壓力過大產(chǎn)生危險(xiǎn)；同時(shí)，碼頭管線長(zhǎng)、分支多，水壓試驗(yàn)壓力升壓至1.5 倍設(shè)計(jì)壓力較為困難，故不推薦水壓試驗(yàn)方式。焊接安裝及檢測(cè)完成后，可進(jìn)行氣壓試驗(yàn)。

（2）氣壓試驗(yàn)壓力原則上應(yīng)為管道設(shè)計(jì)壓力的1.15 倍，考慮安全性，以不低于最大操作壓力為宜。

（3）試壓前先確定好排氣、注氣方式和升壓方式，升壓方式主要通過交換站供氣升壓。

試壓前應(yīng)經(jīng)多人重復(fù)檢查，確認(rèn)試壓流程是否正確，與當(dāng)前試壓無關(guān)的分支、跨線是否被盲板隔離。

（4）將注氣點(diǎn)與壓縮空氣/氮?dú)夤芫€連接，自壓注氣達(dá)到試驗(yàn)壓力。

（5）試壓步驟：

（a）升壓、降壓應(yīng)緩慢，不得超過0.1MPa/min。

（b）緩慢升壓至試驗(yàn)壓力的一半，然后暫停升壓，檢查壓力是否正常，各拆開閥門法蘭、高低點(diǎn)焊接處是否漏氣。若漏氣立即泄壓并將閥門打上盲板，直至正常后重復(fù)并繼續(xù)升壓。

（c）緩慢升壓至試驗(yàn)壓力，穩(wěn)壓10min 并檢查，再將壓力降至試驗(yàn)壓力穩(wěn)壓30min，以壓力表不降，管道所有部位無漏氣為合格。

（d）如發(fā)現(xiàn)有泄漏點(diǎn)，不可直接補(bǔ)焊或打緊，應(yīng)泄壓后進(jìn)行返修。然后再進(jìn)行壓力試驗(yàn)至合格。

（e）補(bǔ)焊處，不可直接堆焊，應(yīng)用砂輪角磨機(jī)或手電鉆去除缺陷，開坡口補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后需重新進(jìn)行壓力試驗(yàn)。

3.2.8 排氣

試壓合格后，方可進(jìn)行排氣，控制排氣速度以減小噪聲，可多點(diǎn)排氣，但應(yīng)在排氣點(diǎn)設(shè)置警戒線或警示標(biāo)識(shí)。

3.2.9 表面處理和防腐

試壓合格后，對(duì)管道補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域進(jìn)行表面處理和防腐，具體為修補(bǔ)板外表面及各焊縫周圍50mm 內(nèi)原焊接打磨區(qū)域。

如具備動(dòng)火條件，可采用角磨機(jī)帶碗狀鋼絲刷或角磨砂輪片進(jìn)行表面處理，主要去除主管表面的浮銹等，動(dòng)力除銹標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到St2.5 級(jí)，局部打磨不到處可采用釘錘、手柄鋼絲刷、砂布等打磨處理。

如不具備動(dòng)火條件，可用銅刷進(jìn)行表面處理，手工除銹標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到St2 級(jí)。

防腐體系采用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+聚氨酯面漆，干膜總厚不應(yīng)小于120μm。

3.2.10 恢復(fù)保溫防護(hù)層

待防腐工作完成后，恢復(fù)保溫防護(hù)層。

先檢查原先拆除的保溫防護(hù)層有無缺失、破損或變質(zhì)，如完好可利舊恢復(fù)，但應(yīng)注意將原高低點(diǎn)開孔處使用復(fù)合硅酸鋁保溫棉和鋁板進(jìn)行封堵。封堵高點(diǎn)開孔處的鋁板應(yīng)安裝在主管保溫防護(hù)層外側(cè)，封堵低點(diǎn)開孔處的鋁板應(yīng)安裝在主管保溫防護(hù)層內(nèi)側(cè)，防止雨水進(jìn)入。如不便利，建議更換新的保溫棉和鋁板，均應(yīng)符合前述材質(zhì)及厚度要求。鋁板應(yīng)提前預(yù)制，保溫棉綁扎牢固，外防護(hù)層固定及與原主管防護(hù)層連接宜采用鉚接固定。

4 結(jié)語

目前，尤其是一些港口型石油化工企業(yè)，在新建項(xiàng)目中已不再設(shè)計(jì)工藝管道高低點(diǎn)，因?yàn)楝F(xiàn)有的清管方法無需進(jìn)行高低點(diǎn)設(shè)置。對(duì)歷史遺留的高低點(diǎn)，在管道大修時(shí)或具備清管維修的情況下，對(duì)高低點(diǎn)進(jìn)行了徹底切除，從根本上確保了設(shè)備的使用安全，杜絕隱患。對(duì)一些管道局部部位要設(shè)置或保留高低點(diǎn)的，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮極端情況下，采用帶補(bǔ)強(qiáng)圈的安放式焊接，并做好防腐。對(duì)暫時(shí)處理不了的高低點(diǎn)，應(yīng)采用修復(fù)、包裹等措施，減緩腐蝕并加固。同時(shí)，在日常使用中，加強(qiáng)檢查和巡檢，建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)臺(tái)賬，定期進(jìn)行跟蹤分析，確保設(shè)備安全。