贺剑君
国家管网集团北方管道有限责任公司长沙输油气分公司 湖南长沙410000
摘要：本文结合中银原油管道、马惠原油管道及宁石化成品油外输管道氮气吹扫作业经验，就长输液体管道氮气吹扫作业中的准备工作及注意事项进行了总结，对吹扫置换液氮量的影响因素进行了分析，对吹扫过程中压力的控制措施、运行风险和控制方法进行了总结，最后对吹扫置换作业的风险管理进行了浅析，并提出相应的管控措施。
主题词：长输管道 氮气吹扫 停输封存 安全事项
0 前沿
我国原油、成品油、天然气管道目前处在高速发展的阶段，但受到我国原油储量的的限制、油田开采量的不稳定性及炼厂炼油能力的调整等因素影响，我国的原油、成品油管道营运过程中，难免遇到长期停输再启输甚至直接停运的问题。长输高凝点原油管道长期停输再启输及停运存在凝管的风险、长输成品油管道长期停运封存存在腐蚀穿孔泄漏及管存油品变质等问题，将长输管道中的原油、成品油进行氮气置换，便是一种消除该风险的有效可行办法。
由于发展需要，长庆输油气分公司分公司开展了中银原油管道氮气吹扫停输封存、马惠原油管道氮气置换停运、宁石化成品油外输管道氮气吹扫停输封存作业，期间也积累了一定的经验，本文针对长输原油、成品油管道氮气吹扫作业的准备工作和注意事项进行总结分析，从吹扫液氮用量、吹扫压力控制、运行安全及风险管控等多方面进行探讨。
1 长输液体管道氮气置换吹扫作业前期
1.1 氮气置换前的准备工作和注意事项
（1）明确注氮地点、时间、液氮用量及其他技术要求，一般在具备条件的情况下，尽量选取场站作为注氮地点。
（2）确定注氮地点后，提前勘察施工现场的条件，确定现场道路通行情况及是否具备施工条件。
（3）确定注氮地点及勘察完现场后，考察液氮市场，对液氮厂家生产、储存、运输能力进行充分调研，液氮纯度要求达到 99.99%。
（4）签订液氮运输合同时，需配备适量液氮运输单车，便于施工现场布置及液氮转运工作。
（5）根据工作量选取合适的设备，合理规划布置施工现场。
（6）注氮施工前两天，所有作业人员到达施工现场，进行安全技术交底及方案学习，注氮设备操作人员及液氮槽车运输人员应持特种设备操作证上岗或国家要求的其他证件。
（7）注氮前一天，所有设备、材料、液氮一次性到位，在正式施工前 12 h 完成试车工作。
（8）正式注氮前，连接好所有注氮临时设施及管线，注意做好严密性试验，准备就绪后完成车辆调试工作，并向吹扫置换总负责人汇报。
（9）在注氮作业现场 50 m 范围内设置警戒线及各种安全警示标识，严禁无关人员进入作业现场，安排专人进行定时巡查。
（10）注氮过程中安排专人严格记录各种参数，及时与吹扫置换总负责人汇报注氮情况。
（11）注意作业现场的通风情况、配备氧量测试仪，防止造成人员窒息。
（12）严禁或提示现场作业人员用手直接触摸注氮低温管线，防止冻伤。
（13）氮气吹扫置换的长输管道管径大、距离远、要求作业连续，结合中银线、马惠线及宁石化成品油外输管道氮气吹扫停输封存的经验，选取液氮加热泵车作为注氮设备较为合适，液氮加热泵车要能满足注入压力、温度、速度等相关的技术要求。
1.2 液氮用量的分析
氮气作为惰性气体，不与其他气体产生化学反应，不燃、无色、无臭、无腐蚀性；液氮为低温下氮气，常压下液氮温度低至-196.56℃。氮气在空气中占比78%，汽化时大量吸热可能导致接触者冻伤，液氮装卸人员必须按要求配备劳保用品。
根据中银线、马惠线及宁石化成品油外输管道氮气吹扫停输封存的经验，长输管道液氮使用量计算依据及影响因素如下：
（1）吹扫置换管道的管径、长度；
（2）吹扫置换所通过的场站及阀室的有效容积；
（3）氮气的转化率，理论情况下1T 液氮转化为 808 m3，但根据经验分析实际在 650 m3 左右；
（4）注氮设备的损耗率及其他影响因素，通常在20%~30% 之间，依据经验建议25%计算；
（5）管道氮气封存，根据封存压力乘以相应系数；
（6）结合以往吹扫置换经验，需考虑30%的液氮富余量，以备紧急之需。
综合以上所有影响注氮量的因素，可以简单快速的计算所需液氮量。
2 吹扫过程的控制
2.1 计算吹扫置换所需氮气压力
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图1 吹扫置换管道力学模型
以长输液体管道AB开展氮气吹扫置换作业为例，其中隔离清管器运行至C位置，此时吹扫所需氮气压力即清管器承受的氮气膨胀推力，即为克服BC段原油或成品油液体运行的沿程摩阻、中间站场局部摩阻和高程差，其中沿程摩阻按照达西公式计算：
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其中L为管道长度、D为管径、V为管内液体运行的平均速度，可以判断，沿程摩阻与被吹扫原油、成品油在管道内的长度和速度的平方成正比，与管径成反比，假定吹扫时油流速度一定，随着吹扫工作的进行，管道长度线性减小、管径不变，因此理论吹扫压力应该控制线性减小。
2.2 吹扫置换过程压力控制措施
依据理论计算的吹扫压力，随着吹扫工作的推进，在理想状态下所需的吹扫压力应该线性减小，但实际吹扫过程需要采取多种措施实时调整控制吹扫氮气压力、力争吹扫平稳推进，依据经验，可通过以下方式控制：
（1）通过控制注入液氮总量：在吹扫过程中，实时掌握注入的氮气总量，结合充氮管容、运行压力、考虑损耗率，准确把握管道内有效氮气量，对控制吹扫速度和压力至关重要。
（2）通过控制沿线各站进出站阀门：在吹扫过程中，可通过停止注氮、关断隔离清管器上游站场及阀室阀门，控制注氮压力，以控制吹扫速度。也可通过控制调整隔离清管器下游站场及阀室阀门的开度，以控制吹扫油流速度。
（3）通过控制末站进油量：通过末站进站调节阀及收油罐罐前阀的开度控制收油罐的进油量，从而控制吹扫速度。
（4）通过中间阀室：如注入氮气量过大，吹扫速度后期不可控时，可考虑通过中间阀室，对注入的氮气进行泄放。
2.3 吹扫置换过程中的运行风险及控制措施
吹扫过程中的运行风险：吹扫压力不足、隔离清管器卡阻；吹扫后期速度不受控造成收油罐进油速度过快、甚至储油罐掀翻移位；吹扫过程中氮气泄漏。
确保氮气的有效注入量可解决吹扫压力不足的问题。考虑到管道可能存在变形等缺陷，造成吹扫过程中清管器卡阻，吹扫作业前应充分评估管道线路现状并制定清管器卡阻等应急处置措施。针对吹扫运行过程中收油罐存在的液压安全阀中液压油喷出、浮船倾倒、甚至收油罐移位等风险，应严格控制收油罐的进油速度，提前打开储油罐量油孔，拆除储油罐的呼吸阀和阻火器，依据经验结合相应规范要求，建议收油罐的进油速度控制在3m/s以内、液位上升速度控制在0.6m/h以内，以确保吹扫过程中运行安全。
吹扫过程中如发生氮气泄漏，因立即停止注入氮气，疏散工作人员，拉警戒线，消防队员佩戴空气呼吸器紧急进行现场，进行人员应急救援，待氮气扩散后，利用含氧量检测仪检测施工场地的氧气浓度19.8-23.5%合格后，再派人员进入施工场地查找泄漏点进行抢修处理，正常后再进行注入。当清管器到达收球筒后，先将进站阀门关闭，将收球筒内的氮气排空，用含氧量测试仪测试收球筒周围的氧气浓度19.8-23.5%合格后，再打开盲板组织人员取出清管器。
3 结束语
对长输原油、成品油管道利用氮气吹扫置换进行停输封存，可以有效的消除原油管道长期停输凝管风险、消除成品油管道长期停运腐蚀穿孔泄漏及管存油品变质隐患，结合中银线、马惠线及宁石化成品油外输管道氮气吹扫停输封存的经验，对氮气吹扫置换停输封存操作前的准备工作及注意事项、氮气量的测算、吹扫过程管控及风险管理进行了总结，同时提出了吹扫置换作业的风险管控思路，为以后长输液体管道吹扫置换作业，提供了参考价值。
参考文献：
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[2]黄勇，黄勇，王晓刚，谭梓琦，尹君，宋红兵，王志方. 换管修复作业氮气置换和气体检测安全措施优化. 中国石油和化工标准与质量，2020,40(09):37-40
作 者：贺剑君，男，1963年8月2日出生；
就 职 于：国家管网集团北方管道有限责任公司长沙输油气分公司；
现 任 职：前分公司经理，中级工程师；
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