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国外陆上油气管道的废弃处理要求与案例分析

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国外陆上油气管道的废弃处理要求与案例分析

发布日期:2018-04-16 作者: 点击:

油气管道的废弃是管道全生命周期管理的重要环节,管道服役年限达到上限或者继续输送油气的效益远低于输送成本且管道没有其他潜在用途时,废弃是不可避免的选择。我国自1958年一条原油管道建设以来,油气管道的发展蒸蒸日上,“十二五”末我国陆上油气管道将达到10×104km。目前,许多老化管道事故时有发生,而且随着中国经济的快速发展,管道途经环境发生了巨大变化,一些管道路由区域日渐被生活区覆盖,一旦发生事故,造成的经济损失和社会影响巨大,管道的废弃处理成为日渐突出的问题。目前,我国虽然有少数管道废弃的案例,但与国外相比,我国有关管道废弃的研究、实践较少,尚未形成系统科学的管道废弃处理技术体系,尚无管道废弃处理的标准规范,废弃处理技术研究基本处于空白。基于此,对国外陆上油气管道废弃处理技术现状、相关规则规范,废弃考虑因素以及典型案例进行总结分析,以期为我国油气管道的科学废弃处理提供借鉴。


1 国外现状


目前,国际上还没有针对陆上油气管道废弃的通用做法,整体而言,北美地区相关研究较多,特别是加拿大。发展中国家或者欠发达国家和地区,在油气资源利用方面起步晚,相关的管道废弃工作尚未受到关注或者研究刚刚起步,尚未形成完善的管理与实践体系,而油气资源丰富的国家和地区,在油气管道废弃方面的许多做法与北美地区类似。


1.1 加拿大


加拿大油气管道的废弃处理有明确的监管部门,管道公司废弃油气管道时需要提前申请,若管道跨省及跨国,则需向联 邦政府提出申请,并由联 邦政府的相关部门进行监管,而各省内的管道则向省政府的相关机构提出申请,并由省级部门监管。加拿大有关油气管道废弃的实践较多,据艾伯塔省能源和公用事业委员会(EUB)统计,截至1994年4月,加拿大约17000km管道已经废弃。其中3600km是孤立的长输油气管道,大部分是168.3mm口径以下的集输管道。


加拿大是目前公布有关陆上油气管道废弃相关资料最为全面的国家,其有关讨论与研究长达25年之久。早在1985年,加拿大国家能源局(NEB)就发布了一份有关管道废弃背景资料的文件,这一文件代表了加拿大管理部门对埋地管道废弃技术的一次重要考察,1986年NEB签发了进一步的指导信件。在20世纪90年代中期,NEB、EUB、加拿大石油生产商协会(CAPP)、加拿大能源管道协会(CEPA)共同协作产生了两个重要的管道废弃的讨论文件,分别于1996年和1997年发布。其中,1996年的文件重点对油气管道废弃方式选择、腐蚀和管道崩塌对废弃管道的影响、地质敏感地区的管道废弃考虑因素、土地利用问题、环境污染问题、废弃管道的后期管理问题进行探讨;1997年的文件对管道废弃相关的法律法规问题进行了探讨。2007年CEPA发布了一份有关“管道废弃设想”的报告,专门讨论管道废弃方案中的技术和环境考虑因素。2010年NEB与DNV签署合同,对当前世界范围内有关陆上管道废弃的学术文献进行了梳理,分析和识别有关管道废弃中的研究空白,对将来可能填补这些空白的研究项目提供立项建议。DNV的文献研究重点从管道废弃环境保护与土地利用、地质灾害、工程以及标准规范等方面进行总结。其中,环境和土地利用方面主要介绍了管道废弃时的残留污染物检测、环境保护标准、风险评估、管道可能形成的导流效应、管道材料的分解、管道残留物的清理方法、废液的处理、管道材料的处理、生态敏感区域的管道废弃、水体下的管道废弃等问题的相关背景和文献研究情况;地质灾害方面重点分析了地质灾害因素对管体暴露、破裂和崩塌的影响;工程方面主要对废弃管道的外表面腐蚀和结构完整性问题进行了介绍,然而学术界的有关研究很少;在标准规范方面,对比来自北美、南美、澳大利亚、欧洲和英国等国家和地区与管道废弃相关的标准,结果表明:不同标准本质上并无实质性差异,所有标准对管道运营者必须考虑的内容进行了指导,但不 详细。


目前,加拿大在油气管道废弃方式的选择依据、废弃过程中必要的处理环节、废弃后的维护以及油气管道废弃基金设立与管理方面均已形成较完善的做法,但是并未解决全部问题。例如,管道腐蚀机理及其对废弃管道的影响,管道清洗清洁度标准,冻土区管道冻胀对管道暴露率的影响等方面尚待深入研究。


1.2 美国


美国政府虽然没有公布与管道废弃相关的系统性材料,但从有关标准及与管道废弃业务相关的市场运作判断,美国在油气管道废弃方面的实践较成熟,许多方面与加拿大类似,但同时拥有自己独特的方法,特别是在输气管道的废弃处理方面。


1.2.1 管理层面


美国在役油气管道废弃申请与监管分为两种情况:一种是跨州及跨国的管道废弃,需要向联 邦政府提出申请,并由联 邦政府的相关部门进行监管;另一种是州内的管道废弃,需要向州政府的相关机构提出申请,并由州政府进行监管。


美国管道公司废弃管道的长期标准做法是就地废弃,这对管道公司有利,一方面可以继续拥有闲置管道,另一方面减少了维护、付税的责任。因输气管道可能存在多氯联苯(PCBs)、天然放射物(NORMs)等对环境和人体健康危害严重的污染物,故这类输气管道的废弃需要进行特别处理。当就地废弃输气管道时,美国环境保护署对PCBs有一系列要求:对于管径为4in(1in=25.4mm)及以下尺寸的管道,若PCBs含量大于50μL/L,管内不含自由流体,在管道末端进行密封,告知公众,使用加固浆体填充50%管道容积后,则可以就地废弃;对于任意口径的管道,不论PCBs含量是多少(但管道不得含有自由流体),只要在最后一次输送天然气后,管道进行了一次或多次溶剂清洗,清洗后95%或者更多的溶剂被回收,最终的溶液分析表明PCBs含量小于50μL/L,且在管道末端进行密封,管道用加固浆体填充至少50%管容后,都可以就地废弃;对于PCBs含量小于50μL/L且不含自由流体的任何口径的输气管道,都可以就地废弃。


对于就地废弃输气管道的NORMs污染物问题,美国要求在地面和管壁进行NORM测试,如果在地表的辐射量级超过可接受水平,管段需要移除或者进行相应处理。大多数情况下,管道回填后不会产生超标的自然辐射,但可能因管壁上的NORMs水平超标,影响就地废弃管道未来的开挖活动或者其他应用,在该情况下,管段应该清理或者填充浆体,以限制未来被利用的可能。


1.2.2 市场层面


目前,油气管道废弃业务在美国已经市场化,出现许多专业的油气管道废弃处理或者回收处理的职业人员和公司,他们针对废弃管道的价值评估、特殊防腐层(如石棉)的处理、管道的回收与再利用,探索形成特有的方法,不断适应市场发展的需要。


20世纪70年代,美国绝大多数管道的回收由管道建设单位实施,且回收后的管道基本作为废料销售,回报率低。在经济快速发展的20世纪20―30年代,伴随诸多油田的开发,输油管道大量建设,并一直运营到油田枯竭。之后,一些管道被从枯竭的油田移至其他地方继续使用,而多数空置管道则简单地留在原地。在这种情况下,出现了管道回收与再利用公司,逐渐发展出经济型的无害管道移除与恢复方法。这些公司进行诸如涂层清除,管道拉直、去凹坑,气焊端口的斜面化及切割等修复工作,在废旧管道的再利用中获利。例如,美国俄克拉荷马州1920年建设的管径8.5125in的管道,因油田原油枯竭,1928年管道开挖,改造后用于德克萨斯州一个新发现油田的原油输送;2007年德克萨斯州油田枯竭,管道被管道回收公司收购,因大部分管道除少许磨损外,壁厚完整,腐蚀少,回收企业基于利益最 大化原则,将其卖给一家墨西哥铜厂用于运输泥浆,只有30英里管道拆除回收,船运至越南用于输水管道。在美国,像这样改造再利用的管道案例很多,其中一个重要原因是可以避免闲置管道的维护成本:保持管道路权,继续对警示标识的维护成本比较高昂,美国许多州对这样的财产征收从价税、教育税、乡村税和州税。


此外,美国在油气管道废弃处理方面仍在不断探索。考虑到就地废弃对管道途经土地的拥有者或者使用者存在安全隐患,土地拥有者、州法律制定者、管理者正寻求结束常用的就地废弃方式。未来,管道公司可能会被要求拆除废弃的管道,至少管道公司会被要求识别主要的管道财产,并在管道废弃前获得土地拥有者的许可。


1.3 其他国家


泰国石油管理局目前完成陆上油气管道废弃处理指南草案的编制,其可选择的废弃方式有3种:再利用、就地废弃、移除,并规定了每种方式的原则性要求。在管道引发地面下沉和清洗残留物方面,草案要求采用最  佳可行技术,规定了就地废弃管道清洗应该达到的清洁度指标,要求冲洗管道后的水中油/ 脂的浓度小于15mg/L。该指南草案也对相关的环境保护和废弃管道的后期监测进行了规定,其中环境保护必须考虑管内残留物清洗、废弃物处理、地面沉降、土壤冲蚀、导流效应,土地业主和当地管理部门的建议等。


拉脱维亚在油气管道封存、废弃油气管道清洗以及污水处理方面的做法具有借鉴意义。2010年捷克CEPSa.s.管道服务公司承接了拉脱维亚的一条直径700mm的原油管道的封存业务。该管道是过去为苏联和中欧输送原油的德鲁日巴管道的北段部分,位于拉脱维亚波罗兹克省与文茨皮尔斯市之间,管道长约150km。多年前因经济与政治原因终止向拉脱维亚和立陶宛供给原油,1.9×104桶原油残留在停运管道中,但运营者并没有被免去维护管道安全和功能完整的责任,2010年管道运营者决定退役封存该管道。整个工程开始实施时,CEPSa.s.公司首先通过带压封堵技术将管道分为6个区段,每一段安装临时收发球筒,发射清管器排干管内原油;其次,为了避免闲置管道穿孔造成水体和土壤污染,进一步对管道污染物进行组合清洗(清管列车与水基性清洗溶液相结合),最终清洗水样的检测结果表明,挥发性有机化合物浓度为1mg/L,远低于当地标准要求的30mg/L;清洗完成后,为了在管道内表面制造耐腐蚀环境,进行了化学钝化处理,最后充入氮气封存。由于管道未来还计划再次启用,因此保留了阴极保护系统。管道清洗水溶液含有烃类物质,CEPSa.s.通过分离表面油污及生物降解的方式在数周内完成1850m3的污水处理。可见,拉脱维亚这条大口径管道封存处理基本完成了北美国家就地废弃管道处理的主要过程,更是泰国标准草案要求的最 佳可行技术的具体实践。


科威特则在废弃管道移除方面形成了规范的作业流程,包括:对废弃原油或者其他烃类管道的现场考察;在提供必要的排水系统的情况下开挖管道,识别要移除的废弃管道;搭建临时收集原油、油污水的临时坑及相应的管道;安装临时收发球桶;物理隔离管道,排液/排气,管道清洗,确保管内清洁,没有烃类物质和有毒气体;在需要的部位进行管道带压开孔,释放受阻气体;将管道冷切割为12m的管段,回收处理;拆除所有相关的阀门、支撑结构、阴极保护装置、管道附件。对于在沥青路面下或油湖(OilLakes)下的管道不需要移除,就地废弃,但要求安装标识、盲板、通风管及防撞护栏等设施。


2 管道废弃相关标准


对加拿大、美国、英国、澳大利亚等国与陆上油气管道废弃相关的标准进行梳理,进而分析国际上管道废弃的通常做法。


加拿大标准CSA Z662-07《油气管道系统》指出应基于当前和未来的土地利用以及潜在的安全风险和环境破坏(地面下陷、土壤污染、地下水污染、冲刷、导管效应)评估实施就地废弃一段管道或者全部移除的决策。对就地废弃的管道,要求清空管内介质,吹扫或者清洗管道亦或吹扫、清洗两者兼用,物理上隔离管道与其他系统的连接,加盖、堵塞或采用其他有效的方式密封废弃管道。同时要求管道运营企业维护废弃管道的记录信息,包括就地弃置管道的位置、长度,实际埋深等信息。


美国ASME B31.4-2006《石油、无水氨及醇类液体管道输送系统》有关油气管道废弃的条款内容比CSAZ662-07少,并且没有涉及环境保护、废弃后的记录维护等内容,仅对就地废弃的管道进行了一般性要求,如物理隔离、介质置换与清洗、管道两端密封。


美国ASME B31.8-2006《气体传输和分配管道系统》对气体传输设施的废弃进行了规定,要求运营企业制定设施废弃的操作和维护流程规划,具体包括:废弃设施从供气源隔离,就地废弃设施应用惰性材料吹扫内部气体,并进行末端密封。此外,指出在确定废弃设施不含液态氢的情况下,可以用空气置换气体,但要求置换后不能存在易燃混合物。


英国IGEM/TD/1/Ed.5-2010《高压气体传输管道和相关设施》规定:对不再用于气体运输的管道、管段或者相关的设施资产应停止运行,在清除管内危险液体的情况下,通过再利用、拆除或者留在原地的方式处理,应考虑公众安全、环境保护、未来的土地利用、法律职责与义务、公司实际困难和资金问题、管道维护需求等因素选择不同的处理方式。该标准还规定了停止运行资产需要采取的措施,主要包括:拆除所有地面设施及部分埋地管道,清理管内可燃气体、蒸气或者残留物,物理隔离废弃管道,合适条件下填充无害材料加固,特别是对处于穿越公路和铁路或者地面沉降敏感区域的大口径管道。但考虑实际条件和经济因素,填充处理方式仅限于少部分埋地管道。在注浆填充大口径管道不现实的情况下,可充入气体,并永 久密封阀门和填充点,进行必要的泄漏检测,定期进行压力测试,必要时重新打压。此外,该标准对就地废弃的管道要求保留标识,并永 久维护记录。


英国标准BS 8010-2004《管道实用规程》开始部分“陆上管道”,对陆上管道的废弃进行了原则性规定,要求管道废弃前进行物理隔离,清空并清理管内介质,确保废弃管道内无有害物质残留,所有开口加封盖密封;对易受地面沉降影响或者重载荷的区域,废弃管道应填充合适的材料;就地废弃不能确保安全的管道,需要拆除,并且所有地面设施应拆除到地下900 mm 深度范围。


澳大利亚标准AS 2885.3-1997《天然气和液态石油管道》第三部分“运行操作与维护”对管道废弃的流程、一般原则性要求进行了规定。当废弃管道时,要求编制废弃计划,并需获得批准。废弃计划的决策和实施要与标准规定的废弃流程保持一致。管道废弃时的原则性要求包括:与所有烃类源物理隔离,用不易燃烧的液体置换管内烃类及蒸气,同时要求置换液体的处理符合相关的环境和安全要求;当就地废弃获得批准时,废弃管道应确保地面下沉以及对土壤或者水源造成污染的风险最小,必要时考虑注浆;当采取移除方式废弃管道时,管段的移除要符合所有相关的安全和环保要求;管道相关的地上设施应全部拆除;就地废弃管道还应进行现场测绘,识别废弃管道的位置,并将相关记录对公众开放。


综上可见,不同标准本质上并无实质性差异,所有标准均对管道运营者必须考虑的内容进行了指导,但并不 详细。多数标准规定:应该基于当前和未来的土地利用以及潜在的安全风险和环境破坏评估作出就地废弃一段管道或者全部移除的决策,并对就地废弃管道需要采取的主要处理措施给出了要求,主要包括残留物清理、物理隔离和末端封堵。


油气管道的废弃是一个综合性问题,废弃方式的选择应基于详细的现场评估、管道企业的特殊关注以及不同技术和环境因素的考虑加以决策。典型的废弃方式包括管道移除及就地废弃,然而,对于一些大口径管道,单一的废弃方式并不科学,往往需要采取移除和就地废弃的组合方式。其中,在管道废弃时的环境与技术方面,需要重点考虑土地利用管理、地面沉降、土壤和地下水污染、管道清洗、穿越水体、土壤侵蚀、公共设施与管道交叉、导流效应、管道相关附件、废弃后的监测以及废弃成本等相关问题。


3 案例分析


3.1 就地废弃


加拿大Manito管道是从艾伯塔省Blackfoot市到萨斯喀彻温省Kerrobert市的双管道系统,一条外径273.1mm向南输送混合原油,一条外径114.3mm向北输送冷凝油。管道1971年投用,早期只是一段从萨斯喀彻温省Kerrobert到Dulwich的管道,受萨斯喀彻温省监管。1977年从萨斯喀彻温省Dulwich到艾伯塔省Blackfoot建成21km延伸管道,最终整条管道受加拿大能源局监管。


本案例废弃的管道就是21km扩建管道,废弃的主要原因是继续运行不经济,废弃方式为清洗后就地废弃。管道清洗时,首先用氮气推动多个清管器清除管内液体,并在管道的低位安装排液孔,清洗一周后查看最 低点的排液情况,如果发现积液,则继续使用清管器清洗,直至无残留物存在。因管道埋深超过1m,且口径较小,所以管道腐蚀破裂产生的地面沉降可以忽略;但是,为了避免管道穿孔,产生导流效应,在一些可能产生导流的部位用聚氨酯泡沫填塞管道。此外,对交通流量大的公路、铁路交叉段,Manito公司对管道进行灌浆处理;对乡村二级公路,则不灌浆,只是需要时充沙加固。1997年完成管道的废弃处理,之后Manito公司对管道路权周围的可能环境污染进行了必要的监测,包括飞机巡线,湿地监测,查看是否有碳氢化合物迹象,每年定期检测管道沿途湿地的水样。


3.2 组合废弃


这是一条长27km的原油管道废弃案例,其外径762mm,位于美国密歇根州卡拉马祖市,是美国密歇根州报废的最 大管道。该管道于20世纪70年代早期建成,从位于卡拉马祖市农村的油库输送原油到卡拉马祖市的一家炼厂。1986年炼厂停产,油库则一直使用至20世纪90年代早期。炼厂停产时弃置的管道没有进行合理的废弃处理,管内原油直接留在管道内。为了避免对管道沿途居民和环境敏感区的环境和人员安全产生威胁,美国环保局于20世纪90年代使用油污染法案基金对炼厂管道和储罐进行拆除,并将处理后的现场转移给密歇根州环境质量部,随后密歇根州环保质量部组织整体废弃工作。


废弃计划实施前,环保质量部召集各个利益相关方进行广泛讨论,制定方案,选择施工方并签订合同,开始废弃工作。整个废弃工作从环境较不敏感的地区、交通便利处和地势较高的地方开始,施工点共设计了33处,以方便工人接近管道以及管道附属的地下设施。在排空管内原油,清洗作业完成后,由于废弃管道不可能成为污染物迁移的途径,施工方原计划通过盲板封堵管道两端的方式直接废弃,但是,在咨询当地利益相关方的意见后,最终97%的管道注浆,小于1%的管道未注浆就地废弃,约2%管道物理移除。管道完成灌浆后,施工方对土地进行了回填并且压实所有施工通行处的土壤,对表层土壤进行了合理的恢复。由于最初施工选址的科学合理,恢复工作较容易,只有少数区域进行了特别处理。


4 结束语


油气管道的废弃是管道生命周期管理的最后一个重要环节,是管道公司不可回避的问题。然而,油气管道的废弃是一个综合性问题,需要综合环境保护需求、土地利用需求、管道沿途地质环境条件以及当前可行的技术条件确定合理的废弃方式,并且不同的废弃方式采用的废弃处理技术也不同。北美地区在陆上油气管道废弃处理方面的研究起步较早,实践经验丰富,但并未解决全部问题。通过对国外油气管道废弃研究的发展现状、标准规范、废弃考虑因素以及典型案例进行梳理,分析了国外油气管道废弃处理的管理原则、废弃方式的决策依据、关键处理环节及相应的技术措施,从而为我国制定油气管道的废弃处理标准,并形成配套处理技术提供参考。


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