吳勇 張曉麗 李飛

摘要：文章從試壓介質(zhì)的選取、試壓管段的劃分原則、介質(zhì)及管段的數(shù)據(jù)分析、主要清管與試壓設(shè)備的選擇及要求、作業(yè)安全保障等方面進(jìn)行了高差段管道工程的試壓分析，以進(jìn)一步探索油氣管道的試壓施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：油氣輸送管道；靜水壓力；數(shù)值分析；嚴(yán)密性試驗(yàn)；封頭

中圖分類(lèi)號(hào)：TE973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）06-0153-02

油氣管道在山區(qū)敷設(shè)時(shí)，由于起伏大、壓力高、彎頭彎管多、容積大等特點(diǎn)，因而如何選擇試壓介質(zhì)、如何進(jìn)行試壓分段，如何保證安全施工一直是個(gè)難題。以下針對(duì)以往在高落差地段的試壓施工，尤其是川氣東送管道工程，進(jìn)行了針對(duì)性的研究與分析。

一、試壓介質(zhì)的選取

試壓介質(zhì)一般采用空氣或者潔凈水。氣壓試驗(yàn)由于管道內(nèi)試壓氣體儲(chǔ)存著大量的能量，導(dǎo)致管道內(nèi)的氣體在管線破裂處急速膨脹，形成沖擊波，氣體急速逸出膨脹使破裂處溫度下降，造成對(duì)鋼材韌性的不利影響并使其破裂擴(kuò)展，且管壁破裂時(shí)向兩側(cè)擴(kuò)展的速度大于氣體介質(zhì)泄露降壓傳遞速度，常常使管線的破損達(dá)到幾公里或幾十公里，嚴(yán)重的會(huì)造成重大安全事故。因而水壓比氣壓安全性要高。

對(duì)于試壓介質(zhì)的選用原則是一、二級(jí)地區(qū)的輸氣管段可采用氣體或水作試壓介質(zhì)，三、四級(jí)地區(qū)的輸氣管段采用水作試壓介質(zhì)。具體采用何種試壓介質(zhì)還應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

二、試壓管段的劃分原則

試壓管段劃分是一項(xiàng)非常重要的工作，劃分的合理性決定了清管、試壓的工作量大小、工作進(jìn)度和作業(yè)安全性系數(shù)的高低。如在一般情況下，不同地區(qū)等級(jí)的管道應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定的試驗(yàn)壓力分別進(jìn)行強(qiáng)度及嚴(yán)密性試壓，但對(duì)于山區(qū)地段管道壁厚變化頻繁再考慮高差等問(wèn)題，必將大大增加試壓分段段數(shù)，延長(zhǎng)試壓時(shí)間，增加連頭工作量，并加大了管材疲勞程度。

因而對(duì)于試驗(yàn)管段的劃分，對(duì)于水壓，試驗(yàn)的管段長(zhǎng)度不超過(guò)35km，試壓管段的高差不超過(guò)30m；當(dāng)管段高差超過(guò)30m時(shí)，可計(jì)算管道低點(diǎn)的靜水壓力，核算管道低點(diǎn)試壓時(shí)所承受的環(huán)向應(yīng)力。對(duì)于氣壓，分段試壓長(zhǎng)度一般不超過(guò)18km。

管線分段試壓后必須進(jìn)行站間試壓和整體試壓，但如果管道反復(fù)承壓，最后一次承壓能力比前幾次要低的多，導(dǎo)致管道承壓力逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因而在山區(qū)大落差地段分段試壓及分段間環(huán)焊縫檢測(cè)后，一般不宜再進(jìn)行站間和整體試壓。

試壓分段還應(yīng)考慮地區(qū)差異、試壓水源是否滿足條件、施工車(chē)輛進(jìn)出是否方便、試壓后連頭是否方便等，山區(qū)段高落差大口徑管道施工更是如此。

三、介質(zhì)及管段的數(shù)值分析

管道試壓是通過(guò)驗(yàn)證管道系統(tǒng)的強(qiáng)度和檢驗(yàn)管道系統(tǒng)的嚴(yán)密性，達(dá)到管道施工質(zhì)量，管材性能、管道整體性的一次綜合檢驗(yàn)。因而在施工前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，才能具體確定試壓介質(zhì)及試壓管段的劃分。我們以標(biāo)段高差為570米的川氣東送管道工程第八標(biāo)段（設(shè)計(jì)強(qiáng)度壓力為12.5MPa，嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力為11MPa）全部水壓試驗(yàn)為例，分析其試壓介質(zhì)及試壓管段劃分。

依據(jù)GB50369-2006《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中14.3.2條規(guī)定：當(dāng)管段高差超過(guò)30m時(shí)，可根據(jù)該段的縱斷面圖，計(jì)算管道低點(diǎn)的靜水壓力，核算管道低點(diǎn)試壓時(shí)所承受的環(huán)向應(yīng)力，其值一般不應(yīng)大于管材最低屈服強(qiáng)度的0.9倍，那么其管內(nèi)許用最大靜水壓力（Pmax）計(jì)算過(guò)程為：

σh=Pmax×D/（2δ）≤0.90σS

式中：σh——管段鋼管的環(huán)向應(yīng)力（MPa）；

Pmax——管內(nèi)許用最大靜水壓力（MPa）；

D——管內(nèi)徑（mm），壁厚17.5mm管內(nèi)徑D=Φ981mm；

δ——管壁厚（mm）δ=17.5mm、21mm、26.2mm；

σS——管材的最低屈服強(qiáng)度，X70管材的σS =485MPa

對(duì)于壁厚17.5mm的管道，Pmax ≤15.57MPa。根據(jù)設(shè)計(jì)要求取管道最高點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)壓力值為設(shè)計(jì)壓力的1.25倍，即12.5MPa，與管內(nèi)靜水壓力差為3.07 MPa，折合成水柱高為313m。由此得出結(jié)論，當(dāng)試壓管段高差超過(guò)313m時(shí)，試壓段最高點(diǎn)壓力值需由下面公式反向推出：

Pmax=P（最高點(diǎn)試驗(yàn)壓力）+P0（高差下的水壓力）

當(dāng)最高點(diǎn)壓力為設(shè)計(jì)壓力10MPa時(shí)，允許水柱高為568m，也就是說(shuō)高差在568米以上壓力試驗(yàn)就不能用水壓，而只能用氣壓或是分段水壓試驗(yàn)。因而對(duì)于高差大的管段，應(yīng)通過(guò)高程圖分析比選來(lái)確定試壓介質(zhì)，但一般可采用水壓與氣壓混合配置或多段水壓試驗(yàn)的方式進(jìn)行壓力試驗(yàn)。

對(duì)于川東送管道工程第八標(biāo)段，通過(guò)高程變化示意圖及以上計(jì)算分析，試壓可分2段進(jìn)行。第一段為BZXG12G樁至BZXG11，長(zhǎng)度12.78km，地形較平坦，試壓介質(zhì)可采用潔凈水。第二段自BZXG11至標(biāo)段終點(diǎn)BZXG350樁，長(zhǎng)度11.17km，該段低點(diǎn)與高點(diǎn)的高差570m，已超過(guò)水壓試驗(yàn)的最大值680m，因而只能采用多段水壓試驗(yàn)，以降低高差及壓力，但又因該段附近無(wú)水源，且試壓倒水及設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難，最后綜合考慮該段試壓介質(zhì)采用空氣。

四、主要設(shè)備的合理選擇及要求

在設(shè)計(jì)沒(méi)有特別要求的情況下，大多采用壓縮空氣進(jìn)行清管，對(duì)大口徑管道使用的壓風(fēng)車(chē)排量的選用原則是既要保證清管器行走速度，也要考慮其經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)實(shí)際清管經(jīng)驗(yàn)，22km管線的清管時(shí)間應(yīng)控制在5小時(shí)左右為宜，如果現(xiàn)有壓風(fēng)車(chē)的排量不能滿足要求時(shí)，可采用兩臺(tái)或多臺(tái)小排氣量的壓風(fēng)車(chē)并聯(lián)使用。一般來(lái)講，清管器的皮碗只能運(yùn)行一次，除非施工方可以證明皮碗在行走一次后依然處于完好狀況。

根據(jù)試壓段管徑、高差及長(zhǎng)度，合理選擇水壓試驗(yàn)的上水泵，對(duì)于川氣東送第八標(biāo)段這樣的高落差地帶，上水泵揚(yáng)程甚少達(dá)到600m，并保證注水泵能形成足夠的背壓，以確保注水速率，克服試壓段高差，防止壓段內(nèi)夾雜空氣。水過(guò)濾器過(guò)濾能力在規(guī)定的壓力下滿足規(guī)定的流量，一般在1.0MPa條件下為350L/s，在需要時(shí)能清除淤泥，并配有量程為0～1.5MPa的壓差表，測(cè)量通過(guò)濾網(wǎng)的壓差。

試壓封頭應(yīng)按照工程批準(zhǔn)的焊接工藝規(guī)程焊接到管道上。封頭及其它試壓設(shè)施應(yīng)經(jīng)過(guò)預(yù)先試壓，壓力達(dá)到要求的最高試驗(yàn)壓力的1.25倍，并穩(wěn)壓1小時(shí)，同時(shí)應(yīng)確保其它配件達(dá)到安全使用條件。

五、作業(yè)安全保障措施

清管試壓本身是一項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)很高的作業(yè)，尤其是地形起伏較大的管道工程更是如此。為了保障安全，首先必須編制專(zhuān)項(xiàng)方案，并進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底。實(shí)際工作中，應(yīng)重點(diǎn)確保臨時(shí)焊口的質(zhì)量，確保各項(xiàng)材料、設(shè)備儀器符合安全要求。

另外，良好的現(xiàn)場(chǎng)組織及過(guò)程控制也是實(shí)現(xiàn)清管及試壓安全的重要保證手段。如試壓時(shí)要清理現(xiàn)場(chǎng)，劃定作業(yè)區(qū)，特別是人口稠密區(qū)，交通要道應(yīng)設(shè)明顯標(biāo)志，并組織專(zhuān)人警戒，非工作人員不得進(jìn)入試壓場(chǎng)區(qū)。保持各觀察點(diǎn)之間的聯(lián)系暢通。設(shè)置好高點(diǎn)放空、低點(diǎn)排放位置。試壓時(shí)，盲板、封頭50m半徑范圍內(nèi)不準(zhǔn)站人。發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)不準(zhǔn)帶壓補(bǔ)焊或緊固螺栓。進(jìn)行分段試壓時(shí)，與受壓段相連的管道必須斷開(kāi)，使用的封頭、螺栓必須經(jīng)驗(yàn)算具有足夠的強(qiáng)度。試壓時(shí)，若發(fā)生泄漏或爆管，應(yīng)立即停止升壓、切斷相關(guān)閥門(mén)，經(jīng)查找修補(bǔ)處理后方可重新試壓。

六、結(jié)論

通過(guò)川氣東送等工程的施工，尤其是川氣東送管道工程山區(qū)試驗(yàn)段，結(jié)合現(xiàn)行施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)管道工程的試壓技術(shù)進(jìn)行了初步的探討，尤其是落差地段的試壓介質(zhì)及管段劃分的選擇及計(jì)算方法，希望對(duì)以后類(lèi)似工程的施工有所借鑒和幫助。

參考文獻(xiàn)

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[3]孟令軍，解新民．淺析長(zhǎng)輸管道清管、試壓方案的優(yōu)化

[J]．江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，（4）.

作者簡(jiǎn)介：吳勇，中原油田建設(shè)集團(tuán)公司副經(jīng)理，高級(jí)工程師。

（責(zé)任編輯：劉 晶）