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          國外陸上油氣管道的廢棄處理要求與案例分析

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          國外陸上油氣管道的廢棄處理要求與案例分析

          發布日期:2018-04-16 作者: 點擊:

          油氣管道的廢棄是管道全生命周期管理的重要環節,管道服役年限達到上限或者繼續輸送油氣的效益遠低于輸送成本且管道沒有其他潛在用途時,廢棄是不可避免的選擇。我國自1958年一條原油管道建設以來,油氣管道的發展蒸蒸日上,“十二五”末我國陸上油氣管道將達到10×104km。目前,許多老化管道事故時有發生,而且隨著中國經濟的快速發展,管道途經環境發生了巨大變化,一些管道路由區域日漸被生活區覆蓋,一旦發生事故,造成的經濟損失和社會影響巨大,管道的廢棄處理成為日漸突出的問題。目前,我國雖然有少數管道廢棄的案例,但與國外相比,我國有關管道廢棄的研究、實踐較少,尚未形成系統科學的管道廢棄處理技術體系,尚無管道廢棄處理的標準規范,廢棄處理技術研究基本處于空白?;诖?,對國外陸上油氣管道廢棄處理技術現狀、相關規則規范,廢棄考慮因素以及典型案例進行總結分析,以期為我國油氣管道的科學廢棄處理提供借鑒。


          1 國外現狀


          目前,國際上還沒有針對陸上油氣管道廢棄的通用做法,整體而言,北美地區相關研究較多,特別是加拿大。發展中國家或者欠發達國家和地區,在油氣資源利用方面起步晚,相關的管道廢棄工作尚未受到關注或者研究剛剛起步,尚未形成完善的管理與實踐體系,而油氣資源豐富的國家和地區,在油氣管道廢棄方面的許多做法與北美地區類似。


          1.1 加拿大


          加拿大油氣管道的廢棄處理有明確的監管部門,管道公司廢棄油氣管道時需要提前申請,若管道跨省及跨國,則需向聯 邦政府提出申請,并由聯 邦政府的相關部門進行監管,而各省內的管道則向省政府的相關機構提出申請,并由省級部門監管。加拿大有關油氣管道廢棄的實踐較多,據艾伯塔省能源和公用事業委員會(EUB)統計,截至1994年4月,加拿大約17000km管道已經廢棄。其中3600km是孤立的長輸油氣管道,大部分是168.3mm口徑以下的集輸管道。


          加拿大是目前公布有關陸上油氣管道廢棄相關資料Z為全面的國家,其有關討論與研究長達25年之久。早在1985年,加拿大國家能源局(NEB)就發布了一份有關管道廢棄背景資料的文件,這一文件代表了加拿大管理部門對埋地管道廢棄技術的一次重要考察,1986年NEB簽發了進一步的指導信件。在20世紀90年代中期,NEB、EUB、加拿大石油生產商協會(CAPP)、加拿大能源管道協會(CEPA)共同協作產生了兩個重要的管道廢棄的討論文件,分別于1996年和1997年發布。其中,1996年的文件重點對油氣管道廢棄方式選擇、腐蝕和管道崩塌對廢棄管道的影響、地質敏感地區的管道廢棄考慮因素、土地利用問題、環境污染問題、廢棄管道的后期管理問題進行探討;1997年的文件對管道廢棄相關的法律法規問題進行了探討。2007年CEPA發布了一份有關“管道廢棄設想”的報告,專門討論管道廢棄方案中的技術和環境考慮因素。2010年NEB與DNV簽署合同,對當前世界范圍內有關陸上管道廢棄的學術文獻進行了梳理,分析和識別有關管道廢棄中的研究空白,對將來可能填補這些空白的研究項目提供立項建議。DNV的文獻研究重點從管道廢棄環境保護與土地利用、地質災害、工程以及標準規范等方面進行總結。其中,環境和土地利用方面主要介紹了管道廢棄時的殘留污染物檢測、環境保護標準、風險評估、管道可能形成的導流效應、管道材料的分解、管道殘留物的清理方法、廢液的處理、管道材料的處理、生態敏感區域的管道廢棄、水體下的管道廢棄等問題的相關背景和文獻研究情況;地質災害方面重點分析了地質災害因素對管體暴露、破裂和崩塌的影響;工程方面主要對廢棄管道的外表面腐蝕和結構完整性問題進行了介紹,然而學術界的有關研究很少;在標準規范方面,對比來自北美、南美、澳大利亞、歐洲和英國等國家和地區與管道廢棄相關的標準,結果表明:不同標準本質上并無實質性差異,所有標準對管道運營者必須考慮的內容進行了指導,但不 詳細。


          目前,加拿大在油氣管道廢棄方式的選擇依據、廢棄過程中必要的處理環節、廢棄后的維護以及油氣管道廢棄基金設立與管理方面均已形成較完善的做法,但是并未解決全部問題。例如,管道腐蝕機理及其對廢棄管道的影響,管道清洗清潔度標準,凍土區管道凍脹對管道暴露率的影響等方面尚待深入研究。


          1.2 美國


          美國政府雖然沒有公布與管道廢棄相關的系統性材料,但從有關標準及與管道廢棄業務相關的市場運作判斷,美國在油氣管道廢棄方面的實踐較成熟,許多方面與加拿大類似,但同時擁有自己獨特的方法,特別是在輸氣管道的廢棄處理方面。


          1.2.1 管理層面


          美國在役油氣管道廢棄申請與監管分為兩種情況:一種是跨州及跨國的管道廢棄,需要向聯 邦政府提出申請,并由聯 邦政府的相關部門進行監管;另一種是州內的管道廢棄,需要向州政府的相關機構提出申請,并由州政府進行監管。


          美國管道公司廢棄管道的長期標準做法是就地廢棄,這對管道公司有利,一方面可以繼續擁有閑置管道,另一方面減少了維護、付稅的責任。因輸氣管道可能存在多氯聯苯(PCBs)、天然放射物(NORMs)等對環境和人體健康危害嚴重的污染物,故這類輸氣管道的廢棄需要進行特別處理。當就地廢棄輸氣管道時,美國環境保護署對PCBs有一系列要求:對于管徑為4in(1in=25.4mm)及以下尺寸的管道,若PCBs含量大于50μL/L,管內不含自由流體,在管道末端進行密封,告知公眾,使用加固漿體填充50%管道容積后,則可以就地廢棄;對于任意口徑的管道,不論PCBs含量是多少(但管道不得含有自由流體),只要在Z后一次輸送天然氣后,管道進行了一次或多次溶劑清洗,清洗后95%或者更多的溶劑被回收,Z終的溶液分析表明PCBs含量小于50μL/L,且在管道末端進行密封,管道用加固漿體填充至少50%管容后,都可以就地廢棄;對于PCBs含量小于50μL/L且不含自由流體的任何口徑的輸氣管道,都可以就地廢棄。


          對于就地廢棄輸氣管道的NORMs污染物問題,美國要求在地面和管壁進行NORM測試,如果在地表的輻射量級超過可接受水平,管段需要移除或者進行相應處理。大多數情況下,管道回填后不會產生超標的自然輻射,但可能因管壁上的NORMs水平超標,影響就地廢棄管道未來的開挖活動或者其他應用,在該情況下,管段應該清理或者填充漿體,以限制未來被利用的可能。


          1.2.2 市場層面


          目前,油氣管道廢棄業務在美國已經市場化,出現許多專業的油氣管道廢棄處理或者回收處理的職業人員和公司,他們針對廢棄管道的價值評估、特殊防腐層(如石棉)的處理、管道的回收與再利用,探索形成特有的方法,不斷適應市場發展的需要。


          20世紀70年代,美國絕大多數管道的回收由管道建設單位實施,且回收后的管道基本作為廢料銷售,回報率低。在經濟快速發展的20世紀20―30年代,伴隨諸多油田的開發,輸油管道大量建設,并一直運營到油田枯竭。之后,一些管道被從枯竭的油田移至其他地方繼續使用,而多數空置管道則簡單地留在原地。在這種情況下,出現了管道回收與再利用公司,逐漸發展出經濟型的無害管道移除與恢復方法。這些公司進行諸如涂層清除,管道拉直、去凹坑,氣焊端口的斜面化及切割等修復工作,在廢舊管道的再利用中獲利。例如,美國俄克拉荷馬州1920年建設的管徑8.5125in的管道,因油田原油枯竭,1928年管道開挖,改造后用于德克薩斯州一個新發現油田的原油輸送;2007年德克薩斯州油田枯竭,管道被管道回收公司收購,因大部分管道除少許磨損外,壁厚完整,腐蝕少,回收企業基于利益Z 大化原則,將其賣給一家墨西哥銅廠用于運輸泥漿,只有30英里管道拆除回收,船運至越南用于輸水管道。在美國,像這樣改造再利用的管道案例很多,其中一個重要原因是可以避免閑置管道的維護成本:保持管道路權,繼續對警示標識的維護成本比較高昂,美國許多州對這樣的財產征收從價稅、教育稅、鄉村稅和州稅。


          此外,美國在油氣管道廢棄處理方面仍在不斷探索??紤]到就地廢棄對管道途經土地的擁有者或者使用者存在安全隱患,土地擁有者、州法律制定者、管理者正尋求結束常用的就地廢棄方式。未來,管道公司可能會被要求拆除廢棄的管道,至少管道公司會被要求識別主要的管道財產,并在管道廢棄前獲得土地擁有者的許可。


          1.3 其他國家


          泰國石油管理局目前完成陸上油氣管道廢棄處理指南草案的編制,其可選擇的廢棄方式有3種:再利用、就地廢棄、移除,并規定了每種方式的原則性要求。在管道引發地面下沉和清洗殘留物方面,草案要求采用Z  佳可行技術,規定了就地廢棄管道清洗應該達到的清潔度指標,要求沖洗管道后的水中油/ 脂的濃度小于15mg/L。該指南草案也對相關的環境保護和廢棄管道的后期監測進行了規定,其中環境保護必須考慮管內殘留物清洗、廢棄物處理、地面沉降、土壤沖蝕、導流效應,土地業主和當地管理部門的建議等。


          拉脫維亞在油氣管道封存、廢棄油氣管道清洗以及污水處理方面的做法具有借鑒意義。2010年捷克CEPSa.s.管道服務公司承接了拉脫維亞的一條直徑700mm的原油管道的封存業務。該管道是過去為蘇聯和中歐輸送原油的德魯日巴管道的北段部分,位于拉脫維亞波羅茲克省與文茨皮爾斯市之間,管道長約150km。多年前因經濟與政治原因終止向拉脫維亞和立陶宛供給原油,1.9×104桶原油殘留在停運管道中,但運營者并沒有被免去維護管道安全和功能完整的責任,2010年管道運營者決定退役封存該管道。整個工程開始實施時,CEPSa.s.公司首先通過帶壓封堵技術將管道分為6個區段,每一段安裝臨時收發球筒,發射清管器排干管內原油;其次,為了避免閑置管道穿孔造成水體和土壤污染,進一步對管道污染物進行組合清洗(清管列車與水基性清洗溶液相結合),Z終清洗水樣的檢測結果表明,揮發性有機化合物濃度為1mg/L,遠低于當地標準要求的30mg/L;清洗完成后,為了在管道內表面制造耐腐蝕環境,進行了化學鈍化處理,Z后充入氮氣封存。由于管道未來還計劃再次啟用,因此保留了陰極保護系統。管道清洗水溶液含有烴類物質,CEPSa.s.通過分離表面油污及生物降解的方式在數周內完成1850m3的污水處理??梢?,拉脫維亞這條大口徑管道封存處理基本完成了北美國家就地廢棄管道處理的主要過程,更是泰國標準草案要求的Z 佳可行技術的具體實踐。


          科威特則在廢棄管道移除方面形成了規范的作業流程,包括:對廢棄原油或者其他烴類管道的現場考察;在提供必要的排水系統的情況下開挖管道,識別要移除的廢棄管道;搭建臨時收集原油、油污水的臨時坑及相應的管道;安裝臨時收發球桶;物理隔離管道,排液/排氣,管道清洗,確保管內清潔,沒有烴類物質和有毒氣體;在需要的部位進行管道帶壓開孔,釋放受阻氣體;將管道冷切割為12m的管段,回收處理;拆除所有相關的閥門、支撐結構、陰極保護裝置、管道附件。對于在瀝青路面下或油湖(OilLakes)下的管道不需要移除,就地廢棄,但要求安裝標識、盲板、通風管及防撞護欄等設施。


          2 管道廢棄相關標準


          對加拿大、美國、英國、澳大利亞等國與陸上油氣管道廢棄相關的標準進行梳理,進而分析國際上管道廢棄的通常做法。


          加拿大標準CSA Z662-07《油氣管道系統》指出應基于當前和未來的土地利用以及潛在的安全風險和環境破壞(地面下陷、土壤污染、地下水污染、沖刷、導管效應)評估實施就地廢棄一段管道或者全部移除的決策。對就地廢棄的管道,要求清空管內介質,吹掃或者清洗管道亦或吹掃、清洗兩者兼用,物理上隔離管道與其他系統的連接,加蓋、堵塞或采用其他有效的方式密封廢棄管道。同時要求管道運營企業維護廢棄管道的記錄信息,包括就地棄置管道的位置、長度,實際埋深等信息。


          美國ASME B31.4-2006《石油、無水氨及醇類液體管道輸送系統》有關油氣管道廢棄的條款內容比CSAZ662-07少,并且沒有涉及環境保護、廢棄后的記錄維護等內容,僅對就地廢棄的管道進行了一般性要求,如物理隔離、介質置換與清洗、管道兩端密封。


          美國ASME B31.8-2006《氣體傳輸和分配管道系統》對氣體傳輸設施的廢棄進行了規定,要求運營企業制定設施廢棄的操作和維護流程規劃,具體包括:廢棄設施從供氣源隔離,就地廢棄設施應用惰性材料吹掃內部氣體,并進行末端密封。此外,指出在確定廢棄設施不含液態氫的情況下,可以用空氣置換氣體,但要求置換后不能存在易燃混合物。


          英國IGEM/TD/1/Ed.5-2010《高壓氣體傳輸管道和相關設施》規定:對不再用于氣體運輸的管道、管段或者相關的設施資產應停止運行,在清除管內危險液體的情況下,通過再利用、拆除或者留在原地的方式處理,應考慮公眾安全、環境保護、未來的土地利用、法律職責與義務、公司實際困難和資金問題、管道維護需求等因素選擇不同的處理方式。該標準還規定了停止運行資產需要采取的措施,主要包括:拆除所有地面設施及部分埋地管道,清理管內可燃氣體、蒸氣或者殘留物,物理隔離廢棄管道,合適條件下填充無害材料加固,特別是對處于穿越公路和鐵路或者地面沉降敏感區域的大口徑管道。但考慮實際條件和經濟因素,填充處理方式僅限于少部分埋地管道。在注漿填充大口徑管道不現實的情況下,可充入氣體,并永 久密封閥門和填充點,進行必要的泄漏檢測,定期進行壓力測試,必要時重新打壓。此外,該標準對就地廢棄的管道要求保留標識,并永 久維護記錄。


          英國標準BS 8010-2004《管道實用規程》開始部分“陸上管道”,對陸上管道的廢棄進行了原則性規定,要求管道廢棄前進行物理隔離,清空并清理管內介質,確保廢棄管道內無有害物質殘留,所有開口加封蓋密封;對易受地面沉降影響或者重載荷的區域,廢棄管道應填充合適的材料;就地廢棄不能確保安全的管道,需要拆除,并且所有地面設施應拆除到地下900 mm 深度范圍。


          澳大利亞標準AS 2885.3-1997《天然氣和液態石油管道》第三部分“運行操作與維護”對管道廢棄的流程、一般原則性要求進行了規定。當廢棄管道時,要求編制廢棄計劃,并需獲得批準。廢棄計劃的決策和實施要與標準規定的廢棄流程保持一致。管道廢棄時的原則性要求包括:與所有烴類源物理隔離,用不易燃燒的液體置換管內烴類及蒸氣,同時要求置換液體的處理符合相關的環境和安全要求;當就地廢棄獲得批準時,廢棄管道應確保地面下沉以及對土壤或者水源造成污染的風險Z小,必要時考慮注漿;當采取移除方式廢棄管道時,管段的移除要符合所有相關的安全和環保要求;管道相關的地上設施應全部拆除;就地廢棄管道還應進行現場測繪,識別廢棄管道的位置,并將相關記錄對公眾開放。


          綜上可見,不同標準本質上并無實質性差異,所有標準均對管道運營者必須考慮的內容進行了指導,但并不 詳細。多數標準規定:應該基于當前和未來的土地利用以及潛在的安全風險和環境破壞評估作出就地廢棄一段管道或者全部移除的決策,并對就地廢棄管道需要采取的主要處理措施給出了要求,主要包括殘留物清理、物理隔離和末端封堵。


          油氣管道的廢棄是一個綜合性問題,廢棄方式的選擇應基于詳細的現場評估、管道企業的特殊關注以及不同技術和環境因素的考慮加以決策。典型的廢棄方式包括管道移除及就地廢棄,然而,對于一些大口徑管道,單一的廢棄方式并不科學,往往需要采取移除和就地廢棄的組合方式。其中,在管道廢棄時的環境與技術方面,需要重點考慮土地利用管理、地面沉降、土壤和地下水污染、管道清洗、穿越水體、土壤侵蝕、公共設施與管道交叉、導流效應、管道相關附件、廢棄后的監測以及廢棄成本等相關問題。


          3 案例分析


          3.1 就地廢棄


          加拿大Manito管道是從艾伯塔省Blackfoot市到薩斯喀徹溫省Kerrobert市的雙管道系統,一條外徑273.1mm向南輸送混合原油,一條外徑114.3mm向北輸送冷凝油。管道1971年投用,早期只是一段從薩斯喀徹溫省Kerrobert到Dulwich的管道,受薩斯喀徹溫省監管。1977年從薩斯喀徹溫省Dulwich到艾伯塔省Blackfoot建成21km延伸管道,Z終整條管道受加拿大能源局監管。


          本案例廢棄的管道就是21km擴建管道,廢棄的主要原因是繼續運行不經濟,廢棄方式為清洗后就地廢棄。管道清洗時,首先用氮氣推動多個清管器清除管內液體,并在管道的低位安裝排液孔,清洗一周后查看Z 低點的排液情況,如果發現積液,則繼續使用清管器清洗,直至無殘留物存在。因管道埋深超過1m,且口徑較小,所以管道腐蝕破裂產生的地面沉降可以忽略;但是,為了避免管道穿孔,產生導流效應,在一些可能產生導流的部位用聚氨酯泡沫填塞管道。此外,對交通流量大的公路、鐵路交叉段,Manito公司對管道進行灌漿處理;對鄉村二級公路,則不灌漿,只是需要時充沙加固。1997年完成管道的廢棄處理,之后Manito公司對管道路權周圍的可能環境污染進行了必要的監測,包括飛機巡線,濕地監測,查看是否有碳氫化合物跡象,每年定期檢測管道沿途濕地的水樣。


          3.2 組合廢棄


          這是一條長27km的原油管道廢棄案例,其外徑762mm,位于美國密歇根州卡拉馬祖市,是美國密歇根州報廢的Z 大管道。該管道于20世紀70年代早期建成,從位于卡拉馬祖市農村的油庫輸送原油到卡拉馬祖市的一家煉廠。1986年煉廠停產,油庫則一直使用至20世紀90年代早期。煉廠停產時棄置的管道沒有進行合理的廢棄處理,管內原油直接留在管道內。為了避免對管道沿途居民和環境敏感區的環境和人員安全產生威脅,美國環保局于20世紀90年代使用油污染法案基金對煉廠管道和儲罐進行拆除,并將處理后的現場轉移給密歇根州環境質量部,隨后密歇根州環保質量部組織整體廢棄工作。


          廢棄計劃實施前,環保質量部召集各個利益相關方進行廣泛討論,制定方案,選擇施工方并簽訂合同,開始廢棄工作。整個廢棄工作從環境較不敏感的地區、交通便利處和地勢較高的地方開始,施工點共設計了33處,以方便工人接近管道以及管道附屬的地下設施。在排空管內原油,清洗作業完成后,由于廢棄管道不可能成為污染物遷移的途徑,施工方原計劃通過盲板封堵管道兩端的方式直接廢棄,但是,在咨詢當地利益相關方的意見后,Z終97%的管道注漿,小于1%的管道未注漿就地廢棄,約2%管道物理移除。管道完成灌漿后,施工方對土地進行了回填并且壓實所有施工通行處的土壤,對表層土壤進行了合理的恢復。由于Z初施工選址的科學合理,恢復工作較容易,只有少數區域進行了特別處理。


          4 結束語


          油氣管道的廢棄是管道生命周期管理的Z后一個重要環節,是管道公司不可回避的問題。然而,油氣管道的廢棄是一個綜合性問題,需要綜合環境保護需求、土地利用需求、管道沿途地質環境條件以及當前可行的技術條件確定合理的廢棄方式,并且不同的廢棄方式采用的廢棄處理技術也不同。北美地區在陸上油氣管道廢棄處理方面的研究起步較早,實踐經驗豐富,但并未解決全部問題。通過對國外油氣管道廢棄研究的發展現狀、標準規范、廢棄考慮因素以及典型案例進行梳理,分析了國外油氣管道廢棄處理的管理原則、廢棄方式的決策依據、關鍵處理環節及相應的技術措施,從而為我國制定油氣管道的廢棄處理標準,并形成配套處理技術提供參考。


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