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我國首次高強(qiáng)度試壓方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

管道的設(shè)計(jì)參數(shù)是權(quán)衡管道設(shè)計(jì)過程中管道安全可靠性和建設(shè)成本的關(guān)鍵參數(shù)，需綜合考慮管道鋪設(shè)環(huán)境（人文環(huán)境和地質(zhì)結(jié)構(gòu)）、鋼材質(zhì)量性能和設(shè)計(jì)輸量。提高設(shè)計(jì)系數(shù)可以在管道壁厚不變的條件下提高輸氣壓力，從而增加輸量，提高輸送效益；也可以在輸氣量一定的條件下，減小管材壁厚，從而節(jié)約管材用鋼量，減少工程投資。

根據(jù)GB50251—2003《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》，目前我國天然氣管道在人煙稀少的一級(jí)地區(qū)采用的是0.72的設(shè)計(jì)系數(shù)，在水壓試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力一般達(dá)到90%SMYS（管材最小屈服強(qiáng)度，下同）；在復(fù)雜山區(qū)地段等實(shí)際項(xiàng)目中，最高不超過95%SMYS。歐洲和北美等國家，早已在一級(jí)地區(qū)采用0.8的設(shè)計(jì)系數(shù)，如在著名的Alliance管道、RockiesExpress管道等工程的管道運(yùn)行實(shí)踐證明提高設(shè)計(jì)系數(shù)是可行的。

隨著我國管線鋼的冶金技術(shù)、制管技術(shù)、管道施工技術(shù)以及質(zhì)量控制水平的不斷提高，現(xiàn)已具備采用較高設(shè)計(jì)系數(shù)的條件。為了提高管道輸送效率，我國在西氣東輸三線西段一級(jí)地區(qū)的天然氣管道上第一次采用了0.8設(shè)計(jì)系數(shù)。西三線建成后，通過借鑒美國聯(lián)邦法律49CFR192、ASMEB31.8-2010和CSAZ662-2007等標(biāo)準(zhǔn)要求，首次完成0.8設(shè)計(jì)系數(shù)下的管道水壓試驗(yàn)，并通過本次試驗(yàn)確定了試壓介質(zhì)、試驗(yàn)壓力、試壓時(shí)間、試壓控制等具體試驗(yàn)方案。

（1）試壓介質(zhì)—水壓試驗(yàn)采用水作為試壓介質(zhì)；

（2）試驗(yàn)壓力—水壓試驗(yàn)采用最高點(diǎn)處的管道環(huán)向應(yīng)力應(yīng)不低于管材屈服強(qiáng)度的100%，且最低標(biāo)高處管道的環(huán)向應(yīng)力應(yīng)不高于管材屈服強(qiáng)度的105%；

（3）試壓時(shí)間—強(qiáng)度試壓穩(wěn)壓不小于4h，嚴(yán)密性試壓穩(wěn)壓24h；

（4）試壓控制—試壓控制采用壓力-容積控制法，即P-V曲線控制。通過試壓時(shí)管道升壓與進(jìn)水量之間的關(guān)系曲線的變化，反映管道的鼓脹變形情況，以便控制管道的試壓過程。如果試壓管段鋼管未發(fā)生屈服變形，則管道壓力將保持線性增長至最大試驗(yàn)壓力；如果壓力上升到一定程度后，試壓管段鋼管發(fā)生了屈服變形，由于鼓脹變形的影響，進(jìn)水量不斷增加，但壓力上升緩慢，呈現(xiàn)下擺趨勢。

（5）含氣量確定—管內(nèi)含氣量過多會(huì)導(dǎo)致屈服點(diǎn)測量失準(zhǔn)，試壓過程中通過雙減壓試驗(yàn)檢測含氣量，在升壓到30%和60%試驗(yàn)壓力時(shí)分別進(jìn)行0.05MPa壓降的減壓試驗(yàn)，以檢測試壓用水的含氣量，確保含氣量在允許范圍以內(nèi)。

（6）管道允許膨脹變形量—CSAZ662-2007標(biāo)準(zhǔn)和NACERP0394-2002標(biāo)準(zhǔn)要求的應(yīng)變極限為1.3%，我國首次進(jìn)行高強(qiáng)度水壓試驗(yàn)，保守取環(huán)向容許塑性應(yīng)變值為1.0%。膨脹變形超過+1%的管段應(yīng)進(jìn)行開挖驗(yàn)證，膨脹變形超過+1.5%的管段開挖確認(rèn)后割管處理，并提供幾何變形檢測報(bào)告。

圖1 我國首次高強(qiáng)度試壓流程圖

水壓試驗(yàn)的具體流程如圖1所示，試壓結(jié)果顯示，雙減壓試驗(yàn)測得含氣量小于6%。P-V曲線顯示達(dá)到105%SYMS對應(yīng)的最高試驗(yàn)壓力（15.78MPa）附近時(shí)，管道壓力線性增長趨勢未發(fā)生明顯變化，即管道未發(fā)生明顯的屈服變形。監(jiān)測得到的管道最大應(yīng)力為555MPa，對照相應(yīng)鋼管出廠記錄中的管材強(qiáng)度記錄，該應(yīng)力未超過管材的屈服強(qiáng)度，管材未發(fā)生明顯的屈服變形，仍處于彈性變形范圍內(nèi)，管道未在最低點(diǎn)、熱煨彎頭等關(guān)鍵點(diǎn)發(fā)生明顯的屈服變形。此次高強(qiáng)度水壓試驗(yàn)的順利完成，為我國一級(jí)地區(qū)采用0.8設(shè)計(jì)系數(shù)的水壓試驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)。

祝愨智 編輯自《油氣儲(chǔ)運(yùn)》2015年5期“我國首次高強(qiáng)度試壓方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用”（原作者劉玉卿等）