航煤成彭管道天府机场支线项目空管投油的技术分析
时间：2023-02-15 20:55:06 来源：千叶帆 本文已影响人
刘洋 伍麓琦
中航油彭州管道运输有限公司 四川 成都 610200
成彭管道天府机场支线项目工程是为成都天府国际机场新建的配套航煤输送管道，输送介质为航煤。油品来自四川彭州炼油厂，管道起于彭双航煤管线127.8km处天府新区太平街道的新建太平分输站，沿线途经天府新区、简阳市、东部新区，止于天府机场油库末站。管道全长约37.8km，管道设计输量220万吨/年、压力9.5MPa、管径D273mm，采用L360M直缝高频电阻焊钢管。如图1所示。
图1 四川石化（首站炼厂）-天府国际机场管道高程图
2.1 水联运和氮气置换空管投油
成彭管道天府机场支线项目试运行以“确保系统安全高效、强化油品质量管理、提高应急处置能力”为工作目标。其主要范围包括：输油管线太平分输站、DN250输油管线37.78km，输油管线天府末站，通信光缆、SCADA自控系统、阴保系统、应急通信系统等。
一般成品油管道通过采用先进行水联运再投油的投产方式[1]，中国航油集团公司内其他长输管道一般也先采用水进行试运行后，再通过油顶水进行带油试运转。
通过投油前的水联运，可达到对管道各种运行工况模拟和水力工艺分析，能进一步清洗设备和管线内杂物并鉴定设备、管线有无泄漏现象；
能对单体重要设备进行试运，进一步考验重要设备的安装质量及性能；
能检查试验各流量、液位、压力等测量及控制仪表，考验自控系统是否正常好用；
操作人员熟悉现场流程，设备、仪表及操作，为油联运作准备。
空管投油是指管道建成后直接进行投油试生产的一种试运投产方式[2]，具体步骤如下。
管线项目完成后在项目首端注入氮气对管道内空气进行置换保护油头，油头前采用智能清管器进行隔离密封。氮气置换空管投油的优点有：一是航煤的饱和蒸汽压较低，在高低落差不大的地区不易形成气阻，不会影响试运行正常工况；
二是氮气置换保护，降低管道内空气助燃物浓度，阻断火灾爆炸事故发展要素，可以杜绝发生火灾爆炸事故；
三是空管投油方案不会使用水保护，不仅可降低管道内水含量，而且能减少接收油库天府机场油库降质油品数量。成品油管道氮气置换后空管投油是国外通常采用的一种成功投产方式[3]，国内航煤长输管道至今还没有空管投油的先例。成彭管道天府机场支线项目接收油库天府机场油库对油品质量要求较高，氮气置换保护空管投油的优势将会更加明显。
2.2 空管投油的必要性
①若使用水联运会产生油水混合物，可能对天府机场油库4个航煤使用储罐造成污染。②天府机场油库单独储罐可长期储存大量的油水混合物，油水分离将产生降质航煤约500吨。③天府支线末站进储罐管线与油库铁路卸油站输油管线、倒油工艺管线共用，使用水联运可能影响共用管线油品质量，进而影响加注到飞机油箱的油品质量。④成彭管道天府机场支线管道起于彭双航煤管线127.8km处，彭双航煤管道已投用，采用“一泵到底”输送模式，不便于开展水联运投产。
3.1 空管投油技术分析
成彭管道天府机场支线项目地势起伏大，高低落差较大。采用注入氮气置换后空管投油时，航煤油头经过管道沿高点时由于重力加速度的原因油头快速向下局部拉空管线，管线内局部压力低于航煤饱和蒸气压，油品气化，出现两相流现象[4]，造成输送压力不稳，不利于掌握全线试运行工况。因未开展水联运，此时只能按照设计时的水力工艺计算分析[5]结果开展试运行工况研判和应急处置，可能会给试运投油和安全运行带来风险。
3.2 空管投油安全危害分析
①空管投油流速不好控制，流速过快容易产生积累更多的静电[6]；
②静电积累过多遇到有电位差，会产生静电放电火花；
③空管投油在油头翻越支线高点803m处高点后时，因线路高差，油品在重力作用下流速加快，造成管内不满流现象，形成空管段或油流拉断，管内产生负压，致使油品发生气化压力下降至低于航煤饱和蒸气压以下，可能造成油品大量气化，形成气液两相和大量易燃气体，存在危害管道安全的风险。
4.1 控流速
现有工艺条件下启双泵时，管内油品流速为1.4m/s，经水利测试采用单泵输油方式往支线投油，首站可根据情况调节调压阀保持首站出站压力保持在4500Kpa左右，首站质量流量保持在110t/h左右，在输油过程中逐步开启天府支线阀门，控制支线投油速度，将投油速度控制在1m/s以下，减少静电产生和聚累。
4.2 氮气置换
本项目采用氮气隔离方式进行投产，即在管道中的油品与空气之间使用适量的氮气和清管器，隔离油、空气，减少油气混合物产生，保证投油期间的管道安全。投油前在分输站注入氮气保护[7]，按照《民用航空燃料设施设备浸润冲洗质量控制》（MHT 6076-2017）要求，控制燃料在空管内的流速不大于1m/s；
排气点的排气流速应不大于7 m/s。油头前清管器运行速度宜控制在2.52km/h以下，工作压力宜为0.05MPa～0.2MPa，本次成彭航煤管道天府机场支线项目使用两倍管容氮气进行置换，约使用氮气3928m3，确保管道内氧气全部被置换出去。
4.3 控油气
航煤在正常输送状态下油蒸气是较少的，在油品经过翻越点时，因为油品流速会加速，造成该段管道内压力降低，引发航煤气化[8]。因此在控油气可以通过控制翻越点管段内油品的流速和管道内的压力来控制管道内航煤的蒸发，可以在管道投油前根据实际情况在油头前建立背压。可在投油前将管道前面某段阀门关闭，投油过程中密切注意油流前端的压力，并利用沿线阀门开度控制压力，形成一定背压，减少管道内油品气化的量。
4.4 油品质量管控
成彭航煤管道天府机场支线工程在施工过程中采取了以下措施[9]：一是在工程施工过程中，加强加成管道的清洗，采取每根管道焊接前清扫、试压段空气吹扫清管、大段吹扫清管等措施，最大限度地清除管道内的杂物；
第二，在分段压力试验期间进行水清管。三是在生产期间，采取多项措施保证油品质量，主要包括：在油头前增加隔离清管器，最大限度地清理管道内的杂物，降低油品的杂质含量；
在天府末站投用1组粗过滤器、预过滤器及过滤分离器，确保进罐前油品质量。
成彭管线天府机场支线工程在科学分析论证的前提下，大胆摒弃了全线充水联运后投产的常规试运行模式，创造性地采用了氮气置换保护油头的试生产，做到节约生产、安全生产，又产生了巨大的经济效益。
一是解决了天府机场支线项目是从原彭双航煤管道太平分输站引出的实际问题。二是大大缩短了管道备水时间和水联运含油污水处理事件，使管道及早符合正常输油条件，及早产生经济效益。三是减少了航煤中水含量，保障了天府机场入罐航煤油品质量，预计减少降质油品500t，减少降质损失约100万元。
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