輸油管道改輸天然氣的技術分析

1西安石油大學 2青海油田采油二廠

輸油管道改輸天然氣的技術分析

梁逍1姜晨薇1張雪婷1張亮2

1西安石油大學 2青海油田采油二廠

輸油管道與輸氣管道對管道材料、管道強度及管線工藝等幾個方面均有不同要求，且輸氣管道比輸油管道對管道材料要求更加嚴格。隨著國內天然氣產量的的提升，若舊輸油管道現狀良好且滿足改輸要求，則將舊的輸油管道改輸成天然氣將是最經濟、快捷的一種輸氣方案，但在實施改輸工作前仍有一系列問題存在。通過對原輸油管道材料進行適應性及剩余強度評價，歸納總結了改輸管材的評價方法和判定標準；結合國內成功的油改氣輸送案例，提出輸油管道改輸天然氣的具體實施步驟，并重點分析前期準備工作和整改過程中應注意的問題，可為其他輸油管線改輸天然氣提供參考價值。

輸油管道；輸氣管道；檢測分析；改輸；投產

近年來，大中城市對天然氣的需求量在不斷增長，且增長速度較快，從而促使氣田大量開采，增加了輸氣管道的建設工作。與建造新的輸氣管道相比，將具有可行性的輸油管道改輸天然氣能節省大量的建設成本，降低投資建設的風險，提高管道的綜合利用率，同時優化了管網；此外，還具有準備工作簡易、工程時間短等優勢。克—烏輸油復線改輸天然氣、濮臨輸油管道改輸天然氣和雙—魏舊輸油管道改輸天然氣是國內現有的成功改輸案例，也為原油輸送管道改輸其他介質積累了寶貴的實踐經驗。

1管道適用性評價

在輸油管道改輸天然氣工程正式投產前，要做好一系列的準備工作。根據管道當初的建設及竣工資料判斷該條管道是否滿足輸氣管道的標準；通過內窺檢測手段，探測管道材質的薄弱地方，了解管道的腐蝕情況以及管道存在的缺陷和隱患；根據管線檢修及內檢測數據，對原輸油管線進行承壓能力分析和壽命評估。以上工作可為該管道的綜合性安全評估、改輸天然氣的可行性分析論證提供可靠的依據[1]。通過截取多段具備代表性的管段，對母材、焊縫和焊縫熱影響區的適用性評價、管道全尺寸試驗評價和剩余強度評價及理化性能測試進行無損檢測分析，其檢測標準為GB/T3323—2005。根據掌握的材料數據，對管道做出精確的適用性評價后，對該管道能否改輸天然氣進行了綜合安全評定。

對管道進行全面的無損檢測是前期評價工作中的重要一環。通過無損檢測可以確定管道的腐蝕情況以及管道運行中存在的缺陷，結合其他有效的檢測方法對腐蝕和缺陷的類型及產生原因進行科學而準確的分析，是確定管道腐蝕類型以及采取何種評價方法的依據。

針對我國長距離輸油管道的材料及焊接情況，具體的檢測評定指標及判定標準見表1[2]。

一般原油輸送溫度較高，而且大多長距離輸油管道都采用加熱輸送，改輸天然氣后，冬季管道溫度會隨地溫的降低而降低，一旦發生脆性斷裂，后果將十分嚴重。因此，對于輸氣管道的管材，要求最低轉變溫度不得低于管道可能達到的最低溫度與規定溫度間的差值。在評價管道抗脆斷和延性止裂性能時需要引用夏比沖擊功，用于判斷管道是否能達到止裂要求，大量的理論研究及試驗顯示，只要鋼管有足夠的夏比沖擊能就能達到止裂要求[3]。

為了確定管道是否滿足輸氣管道的標準還需進行管道的氫致開裂、硫化物應力腐蝕開裂和應力腐蝕開裂敏感性分析。氫致開裂分析是根據《管線鋼和壓力容器鋼抵抗氫致開裂評價（NACE TM0284—20115）》進行HIC試驗，按標準對試樣剖面分析后，得出管材是否氫致開裂。硫化物應力腐蝕開裂分析是根據《在H2S環境中金屬抵抗特殊形式環境裂紋的實驗室試驗方法（NACE TM0177—2005）》進行SSCC試驗，對抗硫化物腐蝕性能進行考核。

2國內成功改輸案例分析

2.1 克—烏DN529輸油復線改輸天然氣

隨著呼圖壁氣田的開發，該區塊需要一條大口徑的輸氣管道，由于新建成本高、風險大，建設周期長，最終決定采用將克—烏DN529輸油復線改輸天然氣的方案。克—烏復線鋼材質量好、管徑大，可以滿足該氣田對天然氣輸送氣量和壓力的要求[4]。

表1 管材檢測(評定)項目及判定標準

為保證油改氣后管道能安全運行，對管道全線腐蝕性數據進行整體統計。通過全線腐蝕缺陷的漏磁檢測分析，對腐蝕缺陷在管道全線的分布情況及特征進行分類統計，結合室內測試結果，按里程進行綜合分析，并在此基礎上進行管道剩余強度評價；為了在管道改造過程中對腐蝕缺陷的定位有一個清楚了解，對管道腐蝕嚴重的部位進行開挖換管，這樣可也為管道防腐層維修和管段的維護提供決策依據，有利于管道的科學管理和運營[5]。

改輸天然氣具體施工實施步驟如圖1所示。

圖1 克—烏DN529輸油復線改輸天然氣實施步驟

由于克—烏復線原設計中的清管裝置不滿足輸氣管道的清管要求，即不具備發送內窺檢測器的條件，因此在改造過程中加長了原有的收、發球筒，原管道中曲率半徑較小的彎頭選用曲率半徑較大的彎頭替換，閘板閥及球閥則用平板閘閥來代替，此外，7個泵站以及干線上清管球的安裝工作通過指示器來完成。這些前期工作為之后的管線全線清管和管道內窺檢測奠定了良好的基礎。

在對原管道進行清洗工作時，采用了設計單位多年應用的一項儲備技術——管道清洗技術（包括機械清管和化學清洗兩部分）。此環節是以后管道檢修以及改造工作順利進行的重要組成部分，能使正常輸送天然氣時的供氣質量得到保障。為了保證運行安全，在天然氣輸送投運前，使用天然氣對全線進行了3.0 MPa壓力等級嚴密性試壓，這種方法不僅可以避免使用壓縮空氣試壓時造成的工期長、費用高以及不安全等弊端，還可以提高管道試壓的可靠性。

2.2 濮臨輸油管道改輸天然氣

濮臨輸油管道改輸天然氣工程利用原濮臨輸油管道的215.43 km，占中濟（中原油田輸往濟南）輸氣管道全長的82.4%，于1999年底一次試運投產成功。濮臨管道管材主要有Q235-A·F、SM41B、16 Mn和T/S-52K四種規格。改輸段管線共穿越較大河渠7處，跨越大中河渠6處，其中穿越管道多采用石油瀝青玻璃布加強級防腐、套管保護，直跨管道則采取石油瀝青玻璃布加強級防腐、砼支墩固管、套管保護[6]。

在改輸工作開展前需要進行大量的準備工作。為了避免舊管道中殘留的油蠟及機械雜質在輸氣過程中堵塞過濾器、儀表和終端用戶管網，保證濮陽—段莊段油改氣輸送的順利進行，清洗管道是中濟項目的重要部分，清管總長為210 km[7]。

改輸前的準備工作流程如圖2所示，改輸整體實施步驟與克—烏DN529輸油復線改輸天然氣工程類似。原輸油管道利用清管器清除管內壁的凝油以及結蠟，完成改輸前的掃線工作。管道檢測環節發現原管道存在一些隱患，不滿足輸氣管道要求。主要問題是：防腐絕緣層老化嚴重或存在漏損點；管道盜油打孔；直跨管道套管密封不嚴，且存在腐蝕現象等。因此，在接下來的整改工作中，就需要針對準備工作中檢測出的這些問題進行處理。

圖2 改輸前的準備工作

通過對原輸油管道基礎情況的分析，在改輸前準備工作的基礎上對濮臨輸油管道進行安全整改。在給定的設計輸量范圍內，整改后的管道已滿足輸送天然氣的強度要求。為了提高天然氣輸送的安全性，對原有的7座輸油泵站的截斷閥室進行了改造，并新增了3座新閥室。

2.3 雙—魏舊輸油管道改輸天然氣

雙—魏舊輸油管道改輸天然氣于2001年6月順利投產。雙—魏輸油管道原設計采用的是螺紋鋼管，材質為A3F鋼，原設計工作壓力為5.0 MPa，工作溫度最高100℃，管線水壓試驗壓力為7.5 MPa，通過計算，輸氣管道啟輸壓力為2.0 MPa[8]。

前期的準備工作以及整改工作與前面兩個例子類似，都必須采集足夠多的數據，得出原管道全面的基礎狀況分析報告，再根據管道的實際情況作出合適的整改方案。在對原管道的腐蝕程度、管壁厚（尤其是易損段和重要、危險段）進行嚴謹的檢測后，發現雙—魏舊輸油管道沿線防腐層情況基本完好，只有局部存在變脆、變硬的問題，需要通過更換措施來修整，而對于裸露點則進行套管加固。

在整改過程中，后期需要對管道進行定期厚度、腐蝕等情況檢測，加強管道安全性管理，密切注意經過村莊、集鎮周邊管段的安全運行。

3結語

將現有的低產量或已停輸的輸油管道改輸天然氣，可大大降低燃氣管道的建設費用，縮短建設周期，若輸油管道現狀良好，且滿足改輸要求，該種方法則是最經濟、快捷的一種改輸方案。

在改輸的前期準備工作中，將原輸油管道清掃干凈后，要對原輸油管道全線進行周密的全方面檢測，特別需要注意的是腐蝕、漏損、盜油打孔等問題，盜油現象使得輸油管道中會存在或多或少的孔洞，由于天然氣的輸送壓力相對于原油較高，若改輸之前不及時修補開孔處會給輸氣生產帶來嚴重的安全隱患。

原油輸送與天然氣輸送的差異使得管線整改之后需要根據實測管壁厚對整條管線進行剩余強度的校核，由于測厚不可能全線進行，因此需要通過選用分段試壓法對管道進行強度試壓和嚴密性試驗，在所有的輸送天然氣條件都滿足后且試運行成功后方可投產。此外，建立完善的安全監測制度和管道泄漏檢測系統可以更好地保障輸氣管道的安全運行。

[1]帥健．腐蝕管線的剩余壽命預測[J]．石油大學學報：自然科學版，2003，27（4）：91-93.

[2]劉海峰，王毅輝，吳斌．輸油管道改輸氣的材料評價方法[J]．天然氣工業，2000，20（6）：92-94.

[3]張穹．輸油管道改輸天然氣的研究與實踐[J]．油氣儲運，2002，21（6）：47-50.

[4]劉晨東，孫文成，臺熙鑫，等．克—烏DN529輸油復線改輸天然氣實踐與研究[J]．中國高新科技產業，2008（22）：110-114.

[5]白真權，趙新偉，羅金恒，等．克烏復線管道腐蝕缺陷檢測數據綜合統計分析[J]．油氣儲運，2000，19（3）：28-31.

[6]張穹．濮臨輸油管道改輸天然氣的技術分析[J]．油氣儲運，2003，22（3）：9-14.

[7]張紅兵，陳艷芳，何明金．濮臨線輸油改輸氣管道清洗[J]．天然氣石油，2002，20（1）：5-8.

[8]劉智軍，吳永煥，陳李斌．雙—魏舊輸油管道改輸天然氣技術分析與措施[J]．管道技術與設備，2003（5）：22-23.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.029

2015-05-20