管线氮气吹扫过程中泄放压力不足的原因分析及处理

杨靖梁

（中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江宁波 315000）

1 吹扫说明

1.1 管线情况说明

本次吹扫管线直径为350mm，长度为2 685m，由于该管线长度较长，管线铺设地形受限，且中间穿过马路。为防止管道受气候、介质冷热变化以及穿越马路对车辆通行的影响，该管线采用自然补偿和补偿器相结合的方式，以应对热应力产生的影响。

该管线地上管架部分全长2 455m，均采用自然补偿方式，主要有L型、Z型、矩形补偿，如图1～图3所示[5]：

图1 L型补偿

图2 Z型补偿

图3 矩形补偿

自然补偿垂直管段累计高度102.4m，每两个高处的自然补偿之间会形成存水弯，存水弯共计35个。该管线地下部分全长230m，采用补偿器应对热应力产生的影响。

1.2 吹扫方法说明

针对管线的实际情况，吹扫时采用水+氮气的方式进行吹扫。本次吹扫首先将管线内的油用水顶进储罐内，再用氮气将管线内水顶至现场切水口，当管线内大部分的水吹扫出来之后，对于管线内残存的水采用间歇性吹扫方法进行吹扫，即每次管线内压力憋压至0.3MPa，再打开泄压阀将管线内的存水吹扫带出，本次氮气吹扫时泄压管线直径为50mm。

2 异常情况及处理方法

2.1 异常情况说明

当对管线内的残存水进行间歇性吹扫时，发现现场泄压口实际出水量很小，出水量稳定，并且在憋压时压力不会上涨，而在泄压后流量没有明显增大现象，并且泄压口内并无强烈急促的气体喷出，其给气点压力为0.6MPa，压力在间歇性吹扫时未出现明显大幅度降低趋势。

2.2 处理方法

逐渐将泄压点向给气方向前移，观察管线各个低点吹扫出水情况。由于该管线设计原因，管线低点上设有闸阀的较少，现场可进行直接泄压位置相对较少，在向前第二处泄压点进行放水操作时，明显发现该点位置出水较大，压力为0.05MPa（压力表及放空管线均在此处控制阀门后）。随着该点管线内排出的水量增大，其管线出水的压力也在逐渐增大，并且在此位置进行憋压吹扫，其管线内吹扫过量声音明显，随着管线憋压次数的增多，管线内吹扫过量的声音也逐渐变大，该压力表的显示压力在泄压时增大，当涨到0.3MPa时，压力逐渐降低，罐区内泄压点出水量也逐渐增大，整个吹扫管线内的连续流被重新建立，产生虹吸效应，吹扫恢复正常。

3 原因分析及预防措施

3.1 吹扫原理

气体吹扫其主要原理为高压气体在管线内进行流动，形成高速气流，将管道内的介质及其杂物冲刷带走。根据《工业金属管道设计规范》GB 50316—2000 规定，管道内气体流体压力降按以下公式进行 计算[1，4]：

式（1）中：△pf为压力损失，MPa；L为管道长度，m；g为重力加速度，m/s2；D为管道内径，m；v为平均流速，m/s；ρ为流体密度，kg/m³；λ为流体摩擦系数。

式（2）中：V1为管道起点处流体流速，m/s；V2为管道终点处流体流速，m/s；p1为管道起点处流体压力，MPa；p2为管道终点处流体压力，MPa。

式（3）中：Σh损为阻力损失，m；△h为高度差，m.

从以上公式可知：管道起点、终点压差足够大，才可以克服阻力损失，并且压差越大，管线流速越大（在其他条件都不变的情况下）。要保证吹扫效果，需要有稳定的流速，而在管道终点处压力不变的情况下，只有提高管道起始点处的压力，且压力稳定才能保证吹扫作业进行；根据公式3可以看出，管道起点、终点压差足够大才能克服其阻力和高度差，同样在起点、终点压力不变的情况下，管线内需克服的阻力或高度差增大，同样也可以降低流速，影响吹扫效果。

3.2 原因分析

该管道在进行氮气吹扫时，在管线吹扫中期，管线内部分水未跨越因自然补偿设置的膨胀弯，并在两个膨胀弯之间的存水弯集聚，而这种集聚会造成管线内的存水堵塞流道，由于该管线较长，其存水弯较多，多个存水弯内形成多个水封，管线吹扫时需克服的阻力增加，吹扫压力通过层层水封递减，造成仅有很小一部分氮气突破水封屏障，才以致仅有很少一部分水被吹出，而突破水封的一部分氮气不足以将管线内后端的大部分水吹出，导致整个吹扫系统内介质流速低，并且末端吹水无大量的水吹出，管线内流体虹吸作用无法实现，吹扫效果不佳[2-3]。

但是在吹扫过程中，逐渐通过管线低点将管线的存水放出，水封垂直高度降低，氮气吹扫压力突破因水封产生的阻力临界值，管线内流体流速增加，吹扫效果变好，并且由于管线内此时存水相对较多，管线内存水因虹吸作用的存在，管线末端泄压点吹扫水量 较大。

3.3 预防措施

在管线吹扫作业中给气压力决定着吹扫结果，提高给气压力，增加管线起点、终点压差，保证吹扫压力足够克服管线内介质在管架上因摩擦而产生的阻力损失及管线内介质通过各个自然补偿产生的损失。而在管线吹扫作业前期，吹扫作业的合理操作更为重要，加强吹扫强度，减少管线内存水量，可以避免管线内在多个自然补偿之间的存水弯存水量过多，避免造成在间歇性吹扫时给气压力无法克服其产生的水封阻力，从而降低吹扫效果。

4 后期现场吹扫方案要求及实施情况

在某公司进行全厂装置停工大检修期间，为避免后期的管线在吹扫过程中再次出现该管线的问题，特编辑方案来实现大检修管线吹扫工作安全、有序。

4.1 吹扫方式

丙烷、丙烯、液化气管线采用氮气吹扫置换；C5、石脑油、柴油类、芳烃等轻油管线先用氮气吹扫，再用水顶，后用氮气吹扫置换；蜡油、常渣、尾油、油浆、沥青等重油类采用蒸汽吹扫。

4.2 管线吹扫要求

管线吹扫要求：①系统管线吹扫一般从装置向罐区吹扫，吹扫作业开始前，需对吹扫流程及吹扫储罐进行确认。②管线吹扫需做到密闭吹扫。吹扫介质应尽可能向罐内排放，如条件不允许，则应当通过临时管线向切水口、污油卧罐等进行排放，不得随意外排。③对于重油管线吹扫时，需控制吹扫用蒸汽流量，防止大量蒸汽从储罐罐顶冒出；④吹扫过程中，需加强与装置、调度间的横向联系，确保吹扫工作衔接有序。⑤吹扫过程中，需加强对管线沿线的检查，防止管线出现位移、变形、水击等现象；⑥进行管线吹扫时，外操需及时向内操进行汇报，同时内操需加强对吹扫管线和储罐的液位、温度、压力等数据进行关注。⑦管线吹扫结束后，要及时联系吹扫点停气停水，同时做好管线分析检测工作。⑧管线处理完毕后，需按要求及时加设盲板，并做好相应盲板台账。

4.3 吹扫置换标准

吹扫置换标准：①轻油管线2倍（体积）水顶后用氮气置换干净，再分析总烃，一旦总烃分析不合格重新氮气置换，直至总烃分析合格。②液化烃等气体管线用氮气置换2～6h（根据管径和介质可适当调整吹扫时间），其后分析总烃，一旦总烃分析不合格重新氮气置换，直至总烃分析合格。③重油管线末端需见汽4～6h（根据管径和介质可适当调整吹扫时间），吹扫结束后冷却至常温后测爆，一旦测爆不合格重新吹扫，直至测爆分析合格。

4.4 注意事项

①在使用氮气进行吹扫置换前必须同调度进行联系确认，获得许可后方可使用。②在对管线进行顶水前，应联系调度并开好用水作业票。③需提前与调度进行沟通确认吹扫储罐。④由装置给气（水）向罐区吹扫置换的管线，需向装置及调度进行确认，并确认现场吹扫流程畅通，沿途放空阀、导淋阀确认关闭。⑤吹扫过程中应时刻关注管线压力，防止超压。同时加强与吹扫装置间的联系。⑥如进行顶水作业，在吹扫置换结束后，需加强对吹扫罐的切水，下次装船或供料作业时需注意油品含水。⑦加设盲板时，注意使用防爆工具，盲板加设位置需由部门工艺负责确认，并做好记录。⑧管线吹扫及加设盲板过程中，需部门工艺、班组的班长或副班长在场。

4.5 现场实施情况

甲苯装置线吹扫：①打开G2116罐甲苯装置线阀；②从40万抽提、55万抽提、芳构化装置给氮气往G2116罐吹扫，刚开始需少量给气防止管线振动移位，然后视管线振动情况逐步加大给气量；③当罐内收到液体体积接近管线体积时，通过G2116罐进口罐根阀进行憋压吹扫，憋压压力至0.4MPa；④多次憋压吹扫后，听到管线都是过气声音，关闭G2116罐进口罐根阀，打开装车台阀组甲苯装置阀及不合格倒罐阀，往G2607罐憋压吹扫三次后关闭装车台阀组甲苯装置阀及不合格倒罐阀，停止装置给气；⑤通过G2116罐进口集合管临时线，从40万抽提、55万抽提、芳构化装置按2倍管线体积顶水至G2116罐切水口；⑥从40万抽提、55万抽提、芳构化装置给氮气，通过临时线往G2116罐切水口/装车台阀组通气，期间每隔2h憋压一次，憋压压力至0.4MPa；⑦通气结束后关闭G2116罐甲苯装置线阀门，在P2105泵甲苯供料出口阀、G2113/G2114/G2115/G2116罐甲苯装置阀、甲苯装置线上安全阀、装车台阀组甲苯装置阀处加盲板隔离，脱开罐区末端甲苯装置线法兰盖安排可燃气检测，如检测不合格，继续通氮气直至检测合格；⑧检测合格后在40万抽提、55万抽提、芳构化装置处加盲板隔离。此时，该条管线的吹扫工作完成。

5 结束语

在对管线进行氮气吹扫时，特别是长距离管线吹扫，虹吸作用的形成是保障整个吹扫效率和效果的有效保证，因阻力过大造成吹扫管线虹吸作用无法形成，也是吹扫过程中随时可能发生的。在设计时可通过减少使用垂直膨胀弯，降低管线阻力；吹扫前，提前分析吹扫过程，优化整个吹扫方案，避免虹吸作用无法形成；吹扫过程中，发现问题时，及时探寻问题根源，采取措施，降低吹扫阻力，恢复吹扫系统中的虹吸作用。对整个吹扫过程分析，总结经验，合理规避异常情况的发生，只有这样才能保证整个吹扫效率和吹扫效果。