冬季停用高壓注汽管道防爆管措施
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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)防措施中圖分類號：X933.4
文章編號：1673-257X(2016)03-0070-02 DOI: 10.3969/j .issn.1673-257X. 2016. 03. 016
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。
2爆管的原因分析
該管道設(shè)計規(guī)格為ɸ114×10mm，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。
