输油管道改输天然气的技术分析.pdf

第3 4 卷第8 期 2 0 1 5 ．0 8 建设管理 输油管道改输天然气的技术分析 梁逍 姜晨薇 张雪婷 张亮 1西安石油大学2青海油田采油二厂 摘要 输油管道 与输 气管道对管道材料 、管道强度及管线工艺等几个方 面均有不同要求 ， 且输气管道比输油管道对管道材料要求更加严格。随着国内天然气产量的的提升，若旧输油管 道现状 良好且满足改输要 求 ，则将 旧的输 油管道 改输成天然 气将是最经济、快捷 的一种输气方 案，但在实施改输工作前仍有一 系列问题存在 。通过对原输 油管道材料进行适应性及剩余强度 评价 ，归纳总结 了改输管材的评价方法和判定标 准；结合 国内成功的油改气输送案例 ，提 出输 油管道改输天然 气的具体 实施步骤 ，并重点分析前期准备 工作和整改过程 中应 注意的问题 ，可 为其他输油管线改输天然气提供参考价值 。 关键词 输油管道；输气管道；检测分析；改输；投产 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 5 ． 8 ． 0 2 9 近年来，大中城市对天然气的需求量在不断增 长 ，且增长速度较快 ，从而促使气 田大量开采 ，增 加了输气管道的建设工作。与建造新的输气管道相 比，将具有可行性的输油管道改输天然气能节省大 量的建设成本，降低投资建设的风险，提高管道的 综合利用率，同时优化了管网；此外，还具有准备 工作简易、工程时间短等优势。克一乌输油复线改 输天然气 、濮临输油管道改输天然气和双一魏 旧输 油管道改输天然气是 国内现有的成功改输案例 ，也 为原油输送管道改输其他介质积累了宝贵的实践 经验。 1 管道适用性评价 在输油管道改输天然气工程正式投产前 ，要做 好一系列的准备工作。根据管道当初的建设及竣工 资料判断该条管道是否满足输气管道的标准 ；通过 内窥检测手段，探测管道材质的薄弱地方，了解管 道的腐蚀情况以及管道存在的缺陷和隐患；根据管 线检修及内检测数据，对原输油管线进行承压能力 分析和寿命评估。以上工作可为该管道 的综合性安 全评估 、改输天然气的可行性分析论证提供可靠的 依据u 。通过截取多段具备代表性的管段 ，对母 材 、焊缝和焊缝热影响区的适用性评价 、管道全尺 寸试验评价和剩余强度评价及理化性能测试进行无 损检测分 析 ，其检 测标准为 G B 厂 r 3 3 2 3 2 0 0 5 。根 据掌握的材料数据 ，对管道做出精确的适用性评价 后 ，对该管道能否改输天然气进行 了综合安全评定 。 对管道进行全面的无损检测是前期评价工作中 的重要一环 。通过无损检测可以确定管道 的腐蚀情 况以及管道运行中存在的缺陷，结合其他有效的检 测方法对腐蚀和缺陷的类型及产生原因进行科学而 准确的分析 ，是确定管道腐蚀类型以及采取何种评 价方法 的依据。 针对我 国长距离输油管道的材料及焊接情况 ， 具体的检测评定指标及判定标准见表 1 。 一 般原油输送温度较高，而且大多长距离输油 管道都采用加热输送，改输天然气后，冬季管道温 度会随地温的降低而降低，一旦发生脆性断裂，后 果将十分严重。因此，对于输气管道的管材，要求 最低转变温度不得低于管道可能达到的最低温度与 规定温度 间的差值。在评价管道抗脆断和延性止裂 性能时需要引用夏比冲击功 ，用于判断管道是否能 达到止裂要求 ，大量的理论研究及试验显示 ，只要 钢管有足够的夏比冲击能就能达到止裂要求 。 为了确定管道是否满足输气管道的标准还需进 行管道的氢致开裂 、硫化物应力腐蚀开裂和应力腐 蚀开裂敏感性分析。氢致开裂分析是根据 管线钢 和 压 力 容 器 钢 抵 抗 氢 致 开 裂 评 价 N AC E T M 0 2 8 4 2 0 1 1 5 进行H I C 试验，按标准对试样 剖面分析后 ，得 出管材是否氢致开裂 。硫化物应力 腐蚀开裂分析是根据 在H S 环境中金属抵抗特殊 形 式 环 境 裂 纹 的 实 验 室 试 验 方 法 N A C E T M0 1 7 7 2 O O 5 进行 S S C C试验 ，对抗硫化物腐 蚀性能进行考核。 2 国内成功改输案例分析 2 ． 1 克一 乌D N 5 2 9 输油复线改输天然气 随着呼图壁气田的开发，该区块需要一条大口 一 6 2一 油气田地面工程 h t p ／ ／ wwv v ． y q dmg c ． c o rn 第3 4 卷第8 期 2 0 1 5 ．0 8 建设管理 化学成分测试 拉伸性能测试 A P I S P E C 5 L 4 4 t h E d i t i o n GB9 7 11 2 O 11 金相组织分析中显微组织分析 G B 9 7 l 1 2 O 1 1 金相组织分析 中夹 杂物分析 G B 9 7 1 1 --2 0 1 1 S 、P 等有害元素应符合标准要求 分别取母材横向、纵向、焊缝 各部位显微组织均应为 F P B A 类 碳化物 、B 类 氧化物 、C 类 硅酸盐类 、D 类 球状氧化物杂质均应符合标准要求 石油天然气工业输送钢管交货技术条件 硬度测试 第 3 部分 C级钢管 I S O 1 8 3 ．3 O D I5 母材 、焊缝 、热影 响区的维氏硬度均应 小于 2 5 0 HV I O 的规定 夏 比冲击韧性 测试 管材抗脆断能力的评定 石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第 3 部分 C级钢管 I S O 3 1 8 3 ． 3 0 0 5 的规定 石油天然气工业输送钢管交货技术条件 管材延性断裂止裂能力的评定 第3 部分c 级钢管 I S O 3 1 8 3 ．3 0 o 5 的规定 分别在一 1 0 。 C、- 2 0。 C 温度下测试 ， 且符合要求 为防止管道的脆性断裂 ，规定了管材夏比V 形缺口冲击韧 性要求值 2 7 4 5 J 及试验温度 对不同的钢级、不同的管径，其母材和焊缝冲击韧性三个 试样的平均值及单个试样的最小值 ，均不得低于规定值 注 表示管材 的理化 性能指 标 径的输气管道，由于新建成本高、风险大，建设周 期长 ，最终决定采用将克一乌D N 5 2 9 输油复线改 输天然气的方案。克一乌复线钢材质量好 、管径 大，可以满足该气田对天然气输送气量和压力的要求 。 为保证油改气后管道能安全运行，对管道全线 腐蚀性数据进行整体统计。通过全线腐蚀缺陷的漏 磁检测分析，对腐蚀缺陷在管道全线的分布情况及 特征进行分类统计 ，结合室内测试结果 ，按里程进 行综合分析，并在此基础上进行管道剩余强度评 价 ；为 了在管道改造过程中对腐蚀缺陷的定位有一 个清楚 了解 ，对管道腐蚀 严重的部位进行 开挖换 管，这样可也为管道防腐层维修和管段的维护提供 决策依据，有利于管道的科学管理和运营闻 。 改输天然气具体施工实施步骤如图 1 所示 。 清管系统的改造L 实施清臂和 L 改 输天然气可行性研究及 1 9 9 9 ． 5 1 9 9 9 ． 8 ] r 内 窥检测广 1 1 初步设计 1 9 9 9 ． 8 - 1 9 9 9 ． 9 投产 试压及 投产 一 管道检修与改造 2 0 0 0 ． 1 1 ． 1 6 r 1 2 0 0 o ． 1 0 ． 2 8 - 2 0 0 0 ． 1 0 ． 3 O ] 1 9 1 1 9 9 9 ． 1 2 图 1 克一 乌 D N 5 2 9 输油复线改输天 然气 实施 步骤 由于克一乌复线原设计中的清管装置不满足输 气管道的清管要求，即不具备发送内窥检测器的条 件 ，因此在改造过程 中加长了原有 的收 、发球筒 ， 原管道中曲率半径较小的弯头选用曲率半径较大的弯 头替换 ，闸板阀及球阀则用平板闸阀来代替，此 外 ，7 个泵站 以及干线上清管球 的安装工作通过指 示器来完成 。这些前期工作为之后 的管线全线清管 和管道内窥检测奠定了良好的基础。 在对原管道进行清洗工作时，采用了设计单位 多年应用的一项储备技术管道清洗技术 包括 机械清管和化学清洗两部分 。此环节是 以后管道 检修以及改造工作顺利进行的重要组成部分，能使 正常输送天然气时的供气质量得到保障。为了保证 运行安全 ，在天然气输送投运前 ，使用天然气对全 线进行 了3 ． 0 MP a 压力等级严密性试压 ，这种方法 不仅可以避免使用压缩空气试压时造成的工期长 、 费用高以及不安全等弊端 ， 还可以提高管道试压的 可靠性。 2 ． 2 濮临输油管道改输天然气 濮临输油管道改输天然气工程利用原濮临输油 管道 的 2 1 5 ． 4 3 k m，占中济 中原油 田输 往济 南 输气管道全长的8 2 ． 4 ％，于 1 9 9 9 年底一次试运投产 成功 。濮 临管道管材 主要有 Q 2 3 5 一 A F、S M4 1 B 、 1 6 Mn和 T ／ S ～ 5 2 K四种规格。改输段管线共穿越较 大河渠 7 处 ，跨越大中河渠6 处，其中穿越管道多 采用石油沥青玻璃布加强级防腐、套管保护，直跨 管道则采取石油沥青玻璃布加强级防腐、砼支墩固 管 、套管保护 。 在改输工作开展前需要进行大量的准备工作。 为了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 表和终端用户管 网 ，保 证濮 阳一段庄段油改气输送的顺利进行，清洗管道是中 济项 目的重要部分 ，清管总长为 2 1 0 k m 。 改输前 的准备工作流程如图 2 所示 ，改输整体 实施步骤与克一 乌 D N 5 2 9 输油复线改输天 然气工 程类似。原输油管道利用清管器清除管内壁的凝油 以及结蜡 ，完成改输前的扫线工作。管道检测环节 发现原管道存 在一些隐患 ，不满足输气管道要求 。 主要 问题是 防腐绝缘层 老化严重或存在漏损点 ； 油气田地面工程 h t t p ／ ／ v a ／w ． y q t d m g c ．c o rn ． ． ． 一6 3 第 3 4 卷第 8 期 2 0 1 5 ． 0 8 建设管理 停输及扫线 1 9 9 9 ． 5 ． 2 8 ～ 1 9 9 9 ． 6 ．1 管道强度试压 1 9 9 9 ． 6 ． 1 6 ～ 1 9 9 9 ． 6 ． 1 9 { 唳 阳 一段庄 管道 I 一 1 一l濮阳一段庄管道 l l濮阳一箍县段 全线分段憋压 运行r 、 广1 全 线憋压 运行 f _ 1 憋 压运行 管道检测 4 0 天 管 道 壁 l 一 一 L ．一一 直 跨 及 套 I 一 一 L 一 一 管 道 浅 I 一 1 一 ．一 管 道 盗油 【 一 1一 ． 一 管 道 漏 l 一 1 一 一- I ． 筻 堕 蹙 厚 测 试r 、 ， 1 管 处 调 查 r 、 r _ _ 1 埋调 查卜 厂 1 打 孔 统计 r 、 广 1 掼 检 测卜 r 一1 绝 缘 层 检 测 图2 改输前的准备工作 管道盗油打孔；直跨管道套管密封不严 ， 且存在腐 题，盗油现象使得输油管道中会存在或多或少的孑 L 蚀现象等。因此 ，在接下来的整改工作 中，就需要 洞 ，由于天然气 的输送压力相对于原油较 高，若改 针对准备工作中检测出的这些问题进行处理。 通过对原输油管道基础情况的分析 ，在改输前 准备工作的基础上对濮临输油管道进行安全整改。 在给定的设计输量范 围内 ，整改后的管道 已满足输 送天然气的强度要求 。为了提高天然气输送的安全 性 ，对原有的7 座输油泵站的截断阀室进行了改 造 ，并新增了3 座新 阀室。 2 ． 3 双一魏 旧输油管道改输天然气 双一魏旧输油管道改输天然气于2 0 0 1 年6 月顺 利投产 。双一 魏输油管道原设计采用 的是螺纹钢 管 ，材质为 A 3 F钢 ，原设 计工作 压力 为 5 ． 0 MP a ， 工作温度最高1 0 0 。 C ，管线水压试验压力为7 ．5 M P a ， 通过计算 ，输气管道启输压力为 2 ． 0 MP a 。 前期的准备工作以及整改工作与前面两个例子 类似 ，都必须采集足够多的数据 ，得出原管道全面 的基础状况分析报告 ，再根据管道的实际情况作 出 合适的整改方案。在对原管道的腐蚀程度、管壁厚 尤其是易损段和重要 、危险段 进行严谨 的检测 后 ，发现双一魏旧输油管道沿线防腐层情况基本完 好，只有局部存在变脆、变硬的问题，需要通过更 换措施来修整，而对于裸露点则进行套管加固。 在 整改过程 中 ，后期需要对管道 进行定期厚 度 、 腐蚀等情况检测，加强管道安全性管理 ，密切 注意经过村庄 、集镇周边管段的安全运行。 3 结语 将现有的低产量或已停输的输油管道改输天然 气 ，可大大降低燃气管道的建设费用，缩短建设周 期，若输油管道现状良好 ，且满足改输要求，该种 方法则是最经济 、快捷的一种改输方案。 在改输的前期准备工作中，将原输油管道清扫 干净后 ，要对原输油管道全线进行周密的全方 面检 测，特别需要注意的是腐蚀、漏损、盗油打孔等问 输之前不及时修补开孔处会给输气生产带来严重的 安全隐患。 原油输送与天然气输送 的差异使得管线整改之 后需要根据实测管壁厚对整条管线进行剩余强度的 校核 ，由于测厚不可能全线进行 ，因此需要通过选 用分段试 压法对管道进行强度试压和严 密性试验 ， 在所有的输送天然气条件都满足后且试运行成功后 方可投产。此外，建立完善的安全监测制度和管道 泄漏检测系统可以更好地保障输气管道的安全运行。 参考文献 [ 1 ] 帅健．腐蚀管线的剩余寿命预测『 J ] ．石油大学学报自然科学 版 ，2 0 0 3 ，2 7 4 9 1 9 3 ． 【 2 ] 刘海峰，王毅辉 ，吴斌．输油管道改输气的材料评价方法f J ] _ 天然气工业 ，2 0 0 0 ，2 0 6 9 2 9 4 ． [ 3 ] 张穹．输油管道 改输 天然气的研究与实践[ J 1 ．油气储运 ， 2 0 0 2 ，2 1 6 4 7 - 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