延长埋地管道使用寿命方法探讨

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  摘 要:管道作为大量输送石油、水、气体等介质的最为安全经济的方式在油田得到广泛应用,截止到2011年底,采油九厂共建设埋地管道3419.46km。管道穿孔造成漏油、漏水、漏气等情况发生,不仅造成巨大的经济损失,而且对生态环境造成影响。本文对采油九厂延长埋地管道使用寿命的方法进行阐述,并对今后工作提出建议。
  关键词:埋地管道 腐蚀穿孔 管道修复
  一、建设现状
  自2004年以来,采油九厂逐年安排对运行年限超过10年的管道以及处于腐蚀严重区块的埋地金属管道进行检测,共检测管道352.45km;2005年以来因腐蚀更新管道277.92km,概算投资10434.1万元。为保证管道安全运行,采油九厂建立了较为完善的阴极保护系统和管理制度,全厂共有恒电位仪22台,运行21台,运行率达到95%以上,保护管道长度达到834.87km,转油站以上外输管道全部得到保护,206.7km的阀组间至转油站的管道及平台间的管道采用牺牲阳极保护。
  管道穿孔原因主要为三种,其中腐蚀穿孔约占96%,施工质量造成穿孔约占3%,打孔约占1%。腐蚀穿孔中主要是外腐蚀,内腐蚀相对较轻,但随着油田综合含水进一步升高,管道(特别是采出部分的管道)的内腐蚀有加重的趋势;从穿孔率统计看,各系统中污水处理系统、油系统穿孔频率较高,气系统、注入系统穿孔频率相对较低。
  近几年,我厂通过采取技术改造和加大管理力度有效地降低了管道穿孔率,管道穿孔率由2005年的0.18次/km·年下降到2011年的0.12次/km·年。
  二、延长管道使用寿命的方法
  管道作为大量输送石油、水、气体等介质的最为安全经济的方式在油田得到广泛应用。但由于施工质量、外力破坏、长期使用及地下环境等因素造成管道防腐层破损、管道老化,严重时导致管道穿孔,造成漏油、漏水、漏气等情况发生,不仅造成巨大的经济损失,而且对生态环境造成影响。采油九厂一直坚持技术与管理同步跟进,努力延长管道使用寿命。
  1.开展土壤腐蚀性研究
  由于土壤的腐蚀作用,随着使用时间的延长,造成埋地管道防腐层老化损坏、管道老化,直至管道穿孔。采油九厂油田所辖范围较广,油田多位于农场、林场、稻田地、渔场以及江湾等环境敏感区域,只有清楚了解土壤的腐蚀特性,才能为防腐规划设计、工程建设和维修提供基础依据,减少因腐蚀带来的损失。目前,已经完成龙虎泡油田、敖古拉油田、新站油田以及新肇油田的土壤腐蚀性检测。
  1.1现场部分
  由于土壤的腐蚀等级确定无法靠单一检测来确定,因此采用从“面→点→面”方式,即先对油田土壤腐蚀性进行普查掌握其腐蚀强弱分布规律,再根据该规律布检测点确定腐蚀等级,最后根据布点检测结果确定范围检测确定出分级边界。
  1.1.1普查
  以测土壤电阻率为主,反映土壤腐蚀性的强弱分布情况。主要在油田边界、外输线沿线以及油田区域内典型地类进行土壤腐蚀性普查。如龙虎泡油田区域(总面积333km2)及敖一联—杏西、龙二联—杏西联两条输油管道(总长度61.8km)沿线土壤腐蚀性检测,普查测试300点。
  1.1.2布点
  根据普查结果进行布点检测,土壤检测深度以管道埋地深度为准。选取典型土壤类型,开展现场测试、取样及挂片试验,进一步测试试验区典型土壤类型的腐蚀性和分布规律。
  现场检测:包括土壤电阻率的测定(精度0.1Ω/m)、土壤中金属腐蚀电位的测定(精度±1mv)、土壤电位梯度的测定(精度±0.1mv/m)、土壤氧化还原电位的测定(精度±2mv)、土壤温度的测定(精度±1℃)、土壤PH值的测定(精度 0.02PH)、土壤均质性测定等。
  土壤取样分析:内容包括土壤样品含气率、土壤容重、CO32-、HCO32-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、SRB的测定。
  土壤腐蚀性测试:采用埋片法,通过挂片的埋设时间、试验后测量金属腐蚀失重及腐蚀速率验证检测结果。
  1.1.3范围检测。根据布点检测结果分析区域内土壤腐蚀性分布,对边界点进行现场测试检验并GPS定位。
  1.2室内研究
  主要是为现场测试提供依据,并根据现场测试结果进行分析。
  1.2.1普查点布置。基本原则是按1点/平方公里进行分布,结合3S一体化卫星成像技术对环境相似的点进行简化及位置调整,从而选出既能反映土壤腐蚀特性,又方便检测的点进行布置。
  1.2.2布点结果分析。分析普查数据后,选取具有代表性的土壤进行合理布点检测,如龙虎泡布点18个。根据取得的参数,对土壤腐蚀性进行多项因素打分法综合评价,确定土壤腐蚀等级。
  1.2.3范围检测参数。根据布点检测分析结果,确定范围检测的参数。范围检测以现场操作简便,能反映腐蚀状况为标准,选取几组参数进行检测。
  1.2.4检测结束后编制检测报告,利用图象处理技术绘制土壤分级图。
  龙虎泡油田内分布较多的水泡子,新站油田和新肇油田内稻田地较多,这3个油田的土壤腐蚀等级较高,大多为四级;敖古拉油田内多为旱地及草场,土壤腐蚀等级较低,大多为二级。
  2.建设阴极保护系统
  阴极保护是最有效的控制金属腐蚀措施之一,即通过施加外部电流,使被保护金属结构的电位向着减小氧化反应的方向偏移,从而减小腐蚀速率。阴极保护的基本原理很简单,其复杂性在于阴极保护的应用过程中。
  2.1选择阴极保护方式
  根据检测结果来看,两种保护方法都能对管道起到保护作用,但对于牺牲阳极法保护的管道来说,阳极保护体丢失严重,且运用6年以上的管道阴极保护已经基本失效。深井阳极法的外加电流保护法技术成熟,管理维修方便,通过较少检测桩的检测就可以掌握管道保护情况。   采油九厂阴极保护建设采取两种方法相结合的方式,即对较为集中、距离较长的站间管道和外输管道采取外加电流保护,以一个深井保护多条管道的方式达到降低投资的目的;对于管道分散的阀组间至转油站的管道、平台之间的管道采用牺牲阳极保护;同时在节省建设投资的情况下,对外加电流保护不到的管道使用牺牲阳极保护。
  2006年以来陆续在敖一联、龙一联、龙一转、龙二转、新肇联、新一联、敖南联及敖南二转建设、恢复深井阳极保护装置18座,并对丢失和遭到破坏的测试桩进行恢复。
  2.2加强阴极保护系统化管理
  阴极保护系统对管道的保护有着至关重要的作用,结合生产实际和人员情况,制定了“3、1、1”管理模式。
  3.三级管理。制定并完善了《第九采油厂油气田管道、容器防腐保温管理规定》,确立了厂、作业区、小队三级管理模式。厂级职责,规划设计研究所负责全厂阴极保护现场资料管理,防腐方案、综合调整方案、措施方案的编制和分析工作,油田管理部负责全厂防腐日常管理工作,组织好各类检查及考核工作;作业区职责,负责阴极保护系统日常生产的过程管理,协调、处理出现的生产问题及现场资料检查工作;基层队职责,对所辖管道进行巡线,发现测试桩破损或丢失、管道裸露等问题及时上报,恒电位仪岗位员工负责对电器设备进行日常管理,每天记录恒电位仪的输出电压、输出电流、保护电位等参数,发现异常及时上报。
  3.1一年一次电位检测。为了提高阴极保护设备的使用效率,最大限度延长管道的使用寿命,实现设备的科学运行、精细管理,自2008年开始,规划设计研究所每年对全厂在用的阴极保护系统进行一次电位检测,检测中发现过末端电位达不到最小保护电位、阳极地床失效接地电阻增大、系统效率降低等问题,通过生产维修等方式进行维修改造,目前恒电位仪22台,运行21台,运行率达到95%以上。
  3.2调整每一台设备的运行参数。依据每年的检测结果,以各恒电位仪所保护管道的最远端电位值达到-0.85V以下为标准,调节末端检测电位及首端电位,最终确定了各机器保护电位范围。在调整电位时还需注意,在保护电位处于规定范围内的同时,电流、电压值不可超过机器的额定值。
  三、开展管道修复现场试验
  更换金属管道不但投资较高,而且需要征地破坏植被,给环境带来影响。管道不开挖修复技术,既可以降低维护费用又可以减少对环境的影响。
  软管翻衬法是当前公认的适用范围广、施工简便、辅助设施少、社会效益好、应用较广泛的管道不开挖修复技术。国内的软管翻衬修复技术的水平日趋成熟,可修复管径为60~1000mm的管道,适用于钢筋混凝土管、铸铁管、螺旋焊接管等各类管材。
  选择龙虎泡油田3#-3阀组间至龙75-201油井集油管道(管道规格φ89×4.5mm,长度1075m)进行软管反衬法修复现场试验。该管道处于低洼地,2002年9月份投产,2007年10月份至2008年9月份共穿孔9次,影响了油田的正常生产。
  施工工艺
  1.施工准备
  3#3阀组间至龙75-201油井管道长度为1075m,管径为φ89mm, 因此选用规格为φ89mm的玻璃钢软管;将管道分割为5段,长度在200m~240m,挖1.5m×2m×1.5m的作业坑5个;在管内清理之前,对该环加大了掺水量,进行冲环工作,将一些凝固在管壁上的残油、油污提前进行清理。
  2.管段内部清理
  使用皮克进行管道内壁油污的清洗,以管道出口没有油污为标准,进入下一清理步骤;将浸满丙酮溶液的泡沫放入管道内,对管壁进一步进行清理;用干燥的泡沫对管道内壁进行擦干;用压风机对管道内壁进行吹扫,使管道内壁尽快干燥,没有水分。
  3.玻璃钢软管浸胶
  软管翻衬所用的胶主要有三种成分:分别是3201乙烯基酯树脂、固化剂、促进剂。将3201乙烯基酯树脂按4小时凝胶时间配比,经搅拌机拌合均匀后利用气动胶料泵灌入软管内,再经浸胶机碾压浸透软管,留有一定胶量缠入翻转器内。软管浸胶——缠入翻转器是用人工连续一次完成。
  4.内衬玻璃钢翻衬
  装入翻转器内的浸胶软管在压缩空气作用下实现翻衬,进入被修钢管内,浸胶层朝外紧贴钢管内壁,防渗透层朝里成为衬里管内壁,构成钢塑复合管。采取加油润滑,加绳牵引等措施,确保一次翻衬300m。翻衬结束后进行管段的封口、憋压,使软管、胶体、管道三者进行充分的自然固化,2~3天后衬里层形成自然支撑强度。
  5.管段组装
  将两段修复管道之间用相应长度的管道进行对接,在接口处涂有胶粘剂。然后用卡箍将接口处封死,在卡箍两端与管道用电焊相连。卡箍上有一小孔,用胶粘剂进行灌注,再将小孔焊死,最后做好防腐保温工作,完成整个管段连接。
  2008年10月对该管道进行修复,投资为12.5万元,而更换管道的费用是20.14万元,节省了7.65万元,取得了良好的经济效益。修复后运行至今,运行压力为0.70MPa,运行状况良好,未出现任何异常情况。
  四、几点认识
  管道的失效模式是一种时间依赖的模式,腐蚀、老化、疲劳、自然灾害、机械损伤等能够引起管道失效的多种过程,随着时间的延长不断地侵蚀着管道,必须持续不断地对管道以及管道所处的环境进行风险分析、检测、完整性评价以及维修等。
  管道管理是一个与时俱进的连续过程,也是一个复杂的、庞大的系统工程,必须树立“站线并重”的思想,为尽可能延长管道使用寿命,有以下几点认识:
  1.将采油九厂所辖全部油田的土壤腐蚀评价补充完整,为规划设计、生产维修提供依据。
  2.对管道实施终身检测,对于新建管道,为了掌握整个管道系统质量状况,整个管道进行全面检测;投入运行一定时期的管道,主要针对特殊环境的管段或管件(如弯头)进行检测;临近报废年限的管道,进入事故多发期,应进行全面检测。
  3.延长管道寿命应做到防治结合,治是被动措施,治标不治本;防才是根本,规划时多与地方沟通协调,明确近几年土地使用方向,尽可能减少出现管道占压;设计时,因地制宜选择管材和防腐方式。
  4.改变目前的管理模式,对正在服役的埋地管道定期进行外防腐保温层的检测,在管道腐蚀穿孔前,实施外防腐保温层的破损点以及管体本身腐蚀点的修复,恢复管道自身强度,延长管道的使用寿命,降低管道的更换投资。
  作者简介:高翔,男,1977年9月出生,助理工程师,大庆油田有限责任公司第九采油厂敖古拉采油作业区 从事生产管理工作。
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