楊光強(qiáng)

(中海石油寧波大榭石化有限公司儲(chǔ)運(yùn)二部，浙江 寧波 315812)

1 前言

大榭石化二期罐區(qū)(20萬(wàn)罐區(qū))設(shè)計(jì)儲(chǔ)存油品包括250#燃料油(瀝青)、潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油、工業(yè)燃料油。20萬(wàn)罐區(qū)與一期罐區(qū)、裝置和碼頭中間隔了恒信庫(kù)區(qū)、實(shí)華碼頭、中石化庫(kù)區(qū)，裝置產(chǎn)品通過(guò)實(shí)華庫(kù)區(qū)西側(cè)排水渠上方管架輸送至20萬(wàn)罐區(qū)，罐區(qū)油品亦可從原管架上管線向老罐區(qū)倒罐或至三萬(wàn)、五萬(wàn)碼頭發(fā)貨，受地形限制，在實(shí)華門(mén)口段約324.2米，采用管溝敷設(shè)，管溝內(nèi)管線分上下兩層，上層敷設(shè)1條DN300燃料油裝置線、1條DN400燃料油裝船線、1條DN250潤(rùn)滑油裝置線、1條DN350潤(rùn)滑油裝船線，下層設(shè)置有1條DN250的工業(yè)燃料油裝置線、1條DN350的工業(yè)燃料油裝船線和1條DN150的蒸汽線。燃料油管線設(shè)計(jì)介質(zhì)出裝置溫度為90-140℃，潤(rùn)滑油管線設(shè)計(jì)介質(zhì)出裝置溫度為80-100℃，管溝內(nèi)管線的受熱補(bǔ)償在拐彎處采用自然補(bǔ)償，在中間約234米的直管段部位，下層工業(yè)管線各采用了兩處π形補(bǔ)償器，上層的燃料油和潤(rùn)滑油4條管線則在中間各設(shè)置了3臺(tái)波紋管補(bǔ)償器。

2 管溝管線存在的問(wèn)題和對(duì)策

20萬(wàn)管溝建于2008年，并于2009年初正式投用，2011年第一次拆除蓋板進(jìn)行預(yù)防性檢修，管溝存在的諸多問(wèn)題開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)，公司組織進(jìn)行了維修并采取預(yù)防性措施后，管溝復(fù)位繼續(xù)投用，此后，每年對(duì)管溝蓋板拆開(kāi)檢查管線的運(yùn)行情況，確認(rèn)驗(yàn)證干預(yù)措施的有效性，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和探索，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和方法，管溝存在的問(wèn)題主要有：

2.1 易積水

寧波地區(qū)多雨，特別是梅雨和臺(tái)風(fēng)季節(jié)，降雨量較大，造成地下水位偏高，管溝地勢(shì)偏低，且溝壁防滲能力差，極易滲水，造成溝底存水，下層管線管托支撐在管墩上，管墩雖設(shè)計(jì)有排水孔，但容易堵塞，出現(xiàn)積水沒(méi)過(guò)管墩，侵泡管線的現(xiàn)象。管溝一側(cè)臨近山地，且缺少排水系統(tǒng)，從山地上流下的積水有時(shí)沒(méi)過(guò)管溝蓋板，當(dāng)初，為便于管溝內(nèi)管線檢修，管溝上方采用預(yù)制蓋板，橫在管溝上，然后用水泥嵌縫，所以防滲能力極差，在臺(tái)風(fēng)季節(jié)，管溝內(nèi)曾多次出現(xiàn)積水沒(méi)過(guò)管線的情況，并對(duì)保溫材料硅酸鋁造成破壞以致失效，水沒(méi)過(guò)蒸汽管線，出現(xiàn)水煮效應(yīng)，也造成蒸汽緊急關(guān)停。

針對(duì)此類(lèi)情況，公司采取了以下措施：①對(duì)管溝內(nèi)部進(jìn)行檢查，并對(duì)底部管涌和溝壁滲漏嚴(yán)重的地方進(jìn)行了封堵；②在管溝靠山側(cè)借助實(shí)華公司修建的污水管道輔助排水；③將底部管墩排水孔擴(kuò)大成貫通的排水槽；④清理底部雜物和淤泥；⑤將底部填混凝土，按比降做成斜狀排水溝，增加排水速度；⑥將管線上原來(lái)硅酸鋁保溫更換成遇水后不易變質(zhì)或失效的其它類(lèi)保溫材料；⑦將原來(lái)管溝末端的集水井?dāng)U容，并增設(shè)一臺(tái)自吸抽水泵，與原潛水泵共用。

采取以上措施后，基本解決了管溝內(nèi)易積水的問(wèn)題，臺(tái)風(fēng)季節(jié)再未出現(xiàn)積水沒(méi)過(guò)管線的情況。

2.2 易腐蝕

管溝地勢(shì)低洼，內(nèi)部的水不能完全排出，形成水蒸氣，而且管溝相對(duì)密閉，幾乎不通風(fēng)，造成內(nèi)部濕度較大。同時(shí)，管溝中敷設(shè)的蒸汽管線對(duì)內(nèi)部環(huán)境持續(xù)加溫，對(duì)水分轉(zhuǎn)化為水蒸氣起到了促進(jìn)作用。理論上，金屬的銹蝕程度與周?chē)h(huán)境的溫度和空氣的相對(duì)濕度有關(guān)，用公式表示其影響值：

公式中：

A—銹蝕度；

H—空氣的相對(duì)濕度，%；

t—溫度，℃。

從公式可以看出，濕度和溫度都是影響銹蝕的重要因素，溫度越高，管線銹蝕速度越快；當(dāng)相對(duì)濕度為65%時(shí)，A=0，通常把它稱之為鋼鐵銹蝕的臨界濕度。若相對(duì)濕度低于65%時(shí)，A為負(fù)值，此時(shí)金屬不易銹蝕，當(dāng)相對(duì)濕度高于65%時(shí)，金屬腐蝕逐漸加劇。

圖1 管線銹蝕

管溝內(nèi)敷設(shè)管線原設(shè)計(jì)為粉刷有機(jī)硅酸耐熱底漆防腐，但由于管溝狹小作業(yè)困難，防腐不到位，而且在靠溝壁側(cè)及管托施焊部位防腐容易產(chǎn)生缺陷，加之潮濕和高溫反復(fù)作用，管線腐蝕作用明顯。

管溝投用第三年，打開(kāi)蓋板進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)下層工業(yè)裝置管線(φ273×8.0)局部腐蝕尤其嚴(yán)重，在腐蝕中心進(jìn)行局部測(cè)厚，顯示管線余量為4.4mm，減薄近50%，內(nèi)部鋼制管件管架也發(fā)現(xiàn)存在較嚴(yán)重的腐蝕。

針對(duì)以上問(wèn)題，在管溝蓋板上方設(shè)置了若干加高的通風(fēng)檢查口，一方面加強(qiáng)通風(fēng)散熱，使水蒸氣及時(shí)通過(guò)空氣對(duì)流散發(fā)掉，另一方面可以方便隨時(shí)檢查管溝內(nèi)部的情況。當(dāng)時(shí)，由于工業(yè)燃料油裝置線一直處于收油狀態(tài)，無(wú)法對(duì)管線進(jìn)行更換，通過(guò)對(duì)最小壁厚進(jìn)行承壓計(jì)算：

圖2 機(jī)硅酸耐熱底漆防腐

P=(2×σ/S×δ)/D=(2×410/8×4.2)/273=1.57MPa

最小厚度4.2mm能夠承壓1.57MPa，工業(yè)燃料油裝置線正常情況下日常的運(yùn)行壓力在0.6 MPa左右，4.2 mm的管線厚度在不繼續(xù)腐蝕的情況下可以滿足運(yùn)行要求。針對(duì)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，暫定對(duì)管段管線外壁使用精銳化學(xué)(上海)有限公司的Denso礦脂防腐帶進(jìn)行防腐。

表1 DENSO 產(chǎn)品化學(xué)耐性表

一年后，對(duì)防腐部位進(jìn)行窗口檢查，總體效果良好，檢查部位未出現(xiàn)繼續(xù)腐蝕的現(xiàn)象，在后來(lái)的幾次檢修中，對(duì)腐蝕嚴(yán)重部位管線進(jìn)行了徹底更換，并將其余管段分批完成了Denso礦脂防腐，通過(guò)歷年對(duì)不同管段進(jìn)行窗口檢查，防腐效果良好，礦脂帶下管線仍保持著防腐前打磨出的金屬光澤。

2.3 水擊作用明顯

上層的潤(rùn)滑油和燃料油管線不同于下層的工業(yè)管線設(shè)置了π型補(bǔ)償器，而是采用了波紋管補(bǔ)償熱膨脹，直管段達(dá)到了234米。管道中的液體在流動(dòng)時(shí)，如果下游管道上的閥門(mén)突然關(guān)閉，造成管道斷流，液體在源頭壓力和慣性的作用下，形成壓力積聚，產(chǎn)生水擊。水擊不但使管線產(chǎn)生振動(dòng)、移位，還會(huì)對(duì)管架、限位管托造成損傷，更有甚者會(huì)使管線的薄弱部位、波紋管補(bǔ)償器破裂，危害非常大。水擊產(chǎn)生的壓力增加值與管線內(nèi)介質(zhì)流速成正比例關(guān)系，即：

△H=-(a△v)/g

式中：

△H—壓力增加值，m液柱；

△v—流速變化量，m/s；

g—重力加速度，9.8m/s2；

a—壓力波傳播速度，m/s.

a可按式：

K—液體的體積彈性模數(shù)，Pa，對(duì)于油品可取K=1.35×109Pa；

E—管材在操作溫度下的彈性模量，Pa；

ρ—液體密度，Kg/m3；

d—管道內(nèi)徑，m；

δ—管道壁厚，m；

簡(jiǎn)單計(jì)算時(shí)大管道可取a=1000 m/s，高壓小管道可取a=1200-1400 m/s.

管溝上層的兩條裝置線，受裝置加工量不大的影響，流速較小，而且改罐時(shí)采用先開(kāi)后關(guān)的方式，水擊作用不明顯，在此，只以兩條裝船線為例進(jìn)行分析。燃料油裝船最大泵P1301流量為740m3/小時(shí)，管徑為DN400mm，管道內(nèi)介質(zhì)最大流速為：

V=740÷0.22π÷3600=1.64m/s；潤(rùn)滑油裝船最大泵P1303流量為900m3/小時(shí)，管徑為DN350mm，管道內(nèi)介質(zhì)最大流速為：

V=900÷0.1752π÷3600=2.60m/s，a采用簡(jiǎn)單計(jì)算取值，計(jì)算如下：

△H(燃料油裝船線)=-(a△v)/g=1000×1.64/9.8=167m液柱，按1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=10332.27mm的水柱換算，△H(燃料油裝船線)約為1.7Mpa，P1301為螺桿泵，燃料油裝船線作業(yè)時(shí)，壓控控制出口最高工作壓力為1.2 Mpa，末端閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，管線內(nèi)合計(jì)共產(chǎn)生壓力為2.9 Mpa。

△H(潤(rùn)滑油裝船線)=-(a△v)/g=1000×2.60/9.8=265m液柱，按1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=10332.27mm的水柱換算，△H(潤(rùn)滑油裝船線)約為2.7Mpa，P1303為離心泵，潤(rùn)滑油裝船線作業(yè)時(shí)，管溝段壓力為最高工作壓力為1.0 Mpa，末端閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，管線內(nèi)合計(jì)共產(chǎn)生壓力為3.7 Mpa。

管線和波紋管補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)壓力5.0 Mpa可以滿足需要，但管線和補(bǔ)償器經(jīng)過(guò)腐蝕后，特備是波紋管補(bǔ)償器長(zhǎng)期運(yùn)行后波紋管處容易產(chǎn)生疲勞變形，使強(qiáng)度顯著降低，加劇了破裂風(fēng)險(xiǎn)，而且管線瞬間增加的壓力也會(huì)以一種軸向推力的方式作用在管架和管托部位。

在2011年打開(kāi)管溝檢查時(shí)，雖未發(fā)現(xiàn)管線和補(bǔ)償器出現(xiàn)損傷，但發(fā)現(xiàn)有7榀鋼結(jié)構(gòu)管架被整體推倒，可見(jiàn)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的管線軸向推力非常大。

管道內(nèi)液體產(chǎn)生的水擊分直接水擊和間接水擊兩種：

直接水擊條件為：τ≤2Lh/a

間接水擊條件為：τ>2Lh/a

式中：

τ—管道末端閥的關(guān)閉時(shí)間，s；

Lh—傳播水擊波的管道長(zhǎng)度，m；

A—壓力波的傳播速度，m/s。

按管溝直管段234米計(jì)算：

2Lh/a=2×234/1000=0.468s，間接水擊條件下，末端閥門(mén)的關(guān)閉時(shí)間τ應(yīng)大于0.468s。

為了減小水擊對(duì)管線運(yùn)行的影響，我們對(duì)操作提出了如下要求：裝船前，需先打通后路至船方所有流程，啟泵后，開(kāi)泵出口閥門(mén)之前，要盡可能開(kāi)啟泵復(fù)線使液體回流，減少出口壓力，開(kāi)啟出口閥時(shí)，盡量平緩，控制流量不要提升太快；裝船結(jié)束時(shí)，提前降低流量，將出口閥關(guān)小的同時(shí)，盡量開(kāi)大泵復(fù)線回流，關(guān)閥動(dòng)作要緩慢平穩(wěn)，動(dòng)作不要太快，而且不要出現(xiàn)后路提前關(guān)閉，造成管線壓力急劇上升的情況。通過(guò)對(duì)操作進(jìn)行規(guī)范和控制，將水擊造成的影響盡量降低，使此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)基本可控。

3 結(jié)束語(yǔ)

管溝敷設(shè)管線與露天管架敷設(shè)管線相比，存在易腐蝕、發(fā)生問(wèn)題后不易發(fā)現(xiàn)、難維護(hù)等缺點(diǎn)，建議在進(jìn)行管道安裝時(shí)，盡量避免前者出現(xiàn)，而前期建成的管溝，往往受各種后天形成的條件和越來(lái)越嚴(yán)的規(guī)范制約，難以再進(jìn)行整改，但從各個(gè)方面，采取有針對(duì)性的方法和干預(yù)措施，仍然可以保證其正常的運(yùn)行。同時(shí)，我們將管溝列為生產(chǎn)中重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，日常工作中，增加了巡檢的頻次，并制定應(yīng)急預(yù)案，使異常問(wèn)題在第一時(shí)間能被發(fā)現(xiàn)，第一時(shí)間進(jìn)行處理。