馬宏偉

（中國石油新疆油田公司百口泉采油廠 克拉瑪依 834000）

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冬季停用高壓注汽管道防爆管措施

馬宏偉

（中國石油新疆油田公司百口泉采油廠 克拉瑪依 834000）

摘 要：針對某稠油油田發(fā)生的一起注汽管道爆管的事件進(jìn)行調(diào)查，從爆管破裂口特征、使用材質(zhì)、工作介質(zhì)、環(huán)境溫度、爆管前后的操作情況等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析。認(rèn)為：高壓注汽管道在冬季停用后易在內(nèi)部某部位結(jié)冰，使該處發(fā)生脆化，啟用后高溫高壓蒸汽沖向結(jié)冰部位，形成溫差應(yīng)力，對已脆化部位形成嚴(yán)重破壞，從而造成爆管事故。防止管道結(jié)冰，并在投用前進(jìn)行檢測、試管、暖管是預(yù)防爆管的有效措施。

關(guān)鍵詞：注汽管道 爆管 低溫脆化 溫差應(yīng)力 預(yù)防措施

Explosion Protection of High Pressure Steam Injection Pipe when out of Service in Winter

Ma Hongwei
( Baikouquan Oil Production Plant of Xinjiang Oilfi eld company Karamay 834000)

Abstract An incident of gas injection pipeline burst in a heavy oil fi eld was investigated and analyzed in detail from the characteristics of the burst pipe, the use of material, the working medium, the environment temperature and the operation before and after the burst pipe, and so on. The result showed that the gas injection pipe with high pressure tended to be frozen inside in some part, where was embrittled. As the steam with high temperature and high pressure rushing at the freezing part in winter when start using, it was easy to cause the pipeline explosion because of differential temperature stress that would destroy embrittlement parts. Keeping pipes off freezing, and checking, tube testing, heating pipes before put into use were effective measures to prevent them from burst.

Keywords Steam injection pipe Pipeline explosion Low temperature embrittlement Differential temperature stress Preventive measures

1 注汽管道爆管的危害

高壓注汽管道是稠油熱采的主要設(shè)備，工作壓力5～10MPa不等，工作溫度 200℃左右，一般都是地面露天鋪設(shè)，爆管是高壓注汽管道使用中潛在的一種危險。

2014年2月下旬，新疆稠油油田BZ井區(qū)曾發(fā)生一起注汽管道爆管的事故（見圖1、圖2、圖3），事發(fā)時操作工人從遠(yuǎn)處聽到巨大的刺耳聲，隨之高溫高壓蒸汽從爆裂口刺出，爆管造成注汽管道事故段報廢，油田局部停產(chǎn)，所幸爆管部位附近沒有人員，而沒有造成人員傷亡。但爆管對附近作業(yè)人員的危害是致命的，碎塊擊中、汽流刺傷、燙傷的后果都是十分嚴(yán)重的。

圖1　直管處爆裂

圖2　彎頭處爆裂

圖3　爆管裂口及附著塵土

2 爆管的原因分析

該管道設(shè)計規(guī)格為φ114×10mm，選用材質(zhì)為高壓鍋爐用無縫鋼管20G，該材質(zhì)適合在450℃～ 650℃的高溫下工作，最低允許使用溫度-20℃，而冬季事發(fā)地區(qū)最低環(huán)境溫度約-35℃。通過對爆管管道查看，斷口較齊平，而管道本身沒有明顯腐蝕痕跡，在2012 年12月曾委托當(dāng)?shù)劐仩t壓力容器檢驗研究所對該條管道進(jìn)行了全面檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯焊接缺陷，裂紋、咬邊、未焊透、錯邊等情況均描述為無；同年委托當(dāng)?shù)貦C(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站對材質(zhì)進(jìn)行光譜分析，碳、硅、錳等10項指標(biāo)均符合要求，因此焊接質(zhì)量與材質(zhì)均不存在問題。

據(jù)了解該管道在冬季處于停用狀態(tài)，開春后安排投用，操作人員按正常操作要求緩慢打開上游閥門，但在已打開的下游閥門處較長時間沒有檢測到應(yīng)有溫度的變化，證明該管道不通，隨后離開向管理層報告，但當(dāng)時沒有關(guān)閉已打開的上游控制閥門，過了約30min后就發(fā)生了爆管。

原來，該管道的上游控制閥存在關(guān)不嚴(yán)問題（該問題已在現(xiàn)場給予了準(zhǔn)確判斷），冬季停用后，仍然有蒸汽進(jìn)入管道，與管道內(nèi)本身存在的余汽（該管道沒有放空閥，停用后余汽不能放空）一起在管道內(nèi)冷凝成水聚集在較低的部位，受外部低溫（最低可達(dá)-35℃左右）的影響，水又凍成冰，堵塞管道。金屬材料結(jié)冰后，在結(jié)冰部位發(fā)生了低溫脆化（冷脆性），削弱了金屬應(yīng)有的性能，金屬材料的低溫脆性是由金屬的屈服強(qiáng)度隨溫度降低而升高造成的，當(dāng)溫度降低到某一溫度時，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時，在這個溫度以下材料的屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，因此材料在受力時還未發(fā)屈服便斷裂了，材料顯示脆性。當(dāng)操作人員全開上游控制閥，高溫（實測溫度190℃）高壓（實測8MPa）蒸汽直沖結(jié)冰部位，由于該部位瞬間溫度升高，在融冰的同時，形成溫差應(yīng)力，對已脆化部位造成嚴(yán)重破壞，最終發(fā)生爆管。爆管部位距上游控制閥約350m處，從地勢上看此處正是整條管道的較低部位，蒸汽凝液易在此處聚集、結(jié)冰。

3 預(yù)防措施

針對管內(nèi)結(jié)冰易造爆管事故的發(fā)生的問題，提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施以減少爆管事故的發(fā)生。

1）從設(shè)計上要考慮注汽管道具備試管檢查條件，在起、始端均設(shè)計有放空閥門與接口，便于操作人員鑒別管內(nèi)是否結(jié)冰并采取相應(yīng)措施。放空閥門要放在管道的下部，停用后通過放空閥放掉內(nèi)部的余汽，以防余汽冷凝結(jié)冰。

2）對于冬季停用注汽管道在開春后投用前一定要組織人員鑒別管內(nèi)情況。

通過起、始端安裝的放空閥進(jìn)行試管，將溫度為40～60℃的熱水從一端放空閥注入（另一放空閥關(guān)閉），注滿后靜止30min，以達(dá)到融冰暖管目的，之后打開另一端放空閥排出，一邊排一邊補(bǔ)熱水，從排出口檢測水溫，當(dāng)排水溫度與注入溫度接近時，證明管道已經(jīng)暢通，即使有冰也融化了，此時放掉全部注入水，關(guān)閉起、始端放空閥，注汽管道就可安全投用了。

總之，設(shè)法防止冬季停用注汽管道結(jié)冰并在重新投用前完全消除可能存在的結(jié)冰隱患，避免低溫脆化與溫差應(yīng)力對管道的破壞，是油田生產(chǎn)者必須重視的一項工作。

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收稿日期：（2015-08-25）

作者簡介：馬宏偉（1970～），男，本科，安全副總監(jiān)，工程師，從事健康安全環(huán)保管理工作。

文章編號：1673-257X(2016)03-0070-02

DOI:10.3969/j.issn.1673-257X.2016.03.016

中圖分類號:X933.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B