海底雙層保溫管道系統最終壓力測試接受標準的探討

康一龍，張人公，王 怡，滿新寶，王進成

（1.深圳海油工程水下技術有限公司，廣東深圳 518052；2.中海石油深圳分公司，廣東深圳 518052）

海底雙層保溫管道系統最終壓力測試接受標準的探討

康一龍1，張人公1，王 怡2，滿新寶1，王進成1

（1.深圳海油工程水下技術有限公司，廣東深圳 518052；2.中海石油深圳分公司，廣東深圳 518052）

海底管道系統最終驗收時間的長短直接關系到施工資源的投入和管道的投產時間，因此在保證管道建設質量的前提下，更快地完成海底管道的驗收工作一直是施工方與油田方共同追求的目標。在最終驗收的壓力測試環節，隨著我國海底管道工程向深水方向發展，海底管道的壓力測試施工時間呈現出越來越長的趨勢，海底雙層保溫管道壓力測試施工的時間增加尤為顯著。為縮短管道的壓力測試時間，根據雙層海管內介質溫度與壓力的變化關系，結合南海部分項目的實際壓力測試情況，通過分析、對比溫降和壓降的變化情況，對現行的最終壓力測試接受標準進行了探討，提出了新的壓力測試接受標準。

海底管道；壓力測試；接受標準；探討

0 引言

海底雙層保溫管道因其保溫效果顯著，投用后內管受機械損傷概率小等特點，在南中國海的油田中已較廣泛的被使用。該管道一般由內管、保溫層、外管和外防腐層等組成 （見圖1）。

由于海底管道建設的投資費用高，施工難度大，施工風險高，且其后期的檢查和維護異常困難，故在施工和驗收時的標準都高于陸地管道。在最終壓力測試驗收方面，海底管道的壓降接受標準更是只有陸地管道的1/5[1-3]。然而，因海底管道壓力測試一般采用表層海水充當管道內介質，所以當水深增加時，表層海水和底層海水的溫度差異會大大增加，這直接影響海底管道的穩壓時間，且對于海底雙層保溫管道的影響尤為顯著。

1 海底管道的最終壓力測試接受標準

目前我國的海底管道系統暫無國家標準/規范，行業標準也是參照挪威船級社 （DNV）標準進行編制的。在實際工程驗收過程中，海底管道的最終壓力測試接受標準一般采用DNV的接受標準。

1.1 國內行業標準

SY/T 10037-2002《海底管道系統規范》為最新的海底管道接受標準，等同采用挪威船級社 《海底管道系統規范》 （DNV,Rules for submarine pipeline system，1996年版），本標準第9章第15節 “最終試驗和運行設備”中描述了海底管道最終壓力測試的接受方法[1]。

1.2 DNV標準

DNV-OS-F101，SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS（2007版） 第10章 “O.Final Testing and Preparation for Operation” 中描述了海底管道最終壓力測試的接受方法[3]。

1.3 國內行業標準與DNV標準的分析

國內行業標準與DNV標準其實為DNV標準的舊新兩個版本，除可縮短穩壓接收周期的容積范圍變小之外，最終壓力測試的接受方法基本沒有變化。采用此標準進行驗收，如果管道建設質量合格，最終肯定可以滿足其標準。

對于單層管或者淺水處管道，雖然溫差對驗收時間有一定影響，但是由于施工準備耗時填補了一部分熱平衡時間，所以其影響不是非常明顯。然而隨著水深增加，溫差變大，海底雙層保溫管道壓力測試施工的時間增加卻非常明顯。現行的國內行業標準或DNV標準沒有對此時的接受標準有一個指導性的意見或建議。目前南中國海的雙層保溫海底管道工程日漸增多，一項切實可行的壓力管道接受標準，無論是在經濟上還是環境保護上都具有十分積極的意義。

2 南中國海近期部分海底雙層保溫管道壓力測試

隨著我國海洋石油工程建設不斷向深海方向發展，南中國海的海底管道施工量逐漸增多。現對近期南中國海的部分海底雙層保溫管道的壓力測試情況進行匯總，見表1。

表1 南中國海近期部分雙層海底管道壓力測試情況匯總

3 溫降、壓降變化分析方法

管道內溫降、壓降的分析方法已經比較成熟，現對目前較常采用的溫降、壓降的分析方法進行介紹。

3.1 溫降分析方法

采用PIPEFLO軟件中的模塊對海底雙層管道內海水的溫度隨時間變化的情況進行分析。該模塊的計算公式如下：

式中Tτ——停輸τ小時后管內介質溫度/℃；

Te——管道外圍環境溫度/℃；

Ts——開始停輸時管內介質溫度/℃；

D——管道保溫層外徑/m；

k——管道總傳熱系數/（W/（m2·℃））；

τ——停輸時間/h；

C0——管內介質比熱容/（J/（kg·℃））；

ρ0——管內介質密度/（kg/m3）；

d0——內層鋼管的內徑/m；

Ci——第i層材料的比熱容/（J/（kg·℃））；

ρi——第i層材料的密度/（kg/m3）；

d0i——第i層外徑/m；

dii——第i層內徑/m。

因壓力測試用水一般直接采用平臺附近海水，故選擇相同深度的取水口處海水溫度為管內的起始溫度Ts。整條管道的管外溫度Te一般直接取海底管道路由的海底平均溫度。

3.2 壓降分析方法

單位溫度壓力變化的計算公式為：

式中ΔP——單位溫度的壓力變化/（105Pa/℃）；

β——水膨脹系數/℃；

α——鋼膨脹系數/℃；

υ——Poisson比；

E——楊氏模量，為2.06×1011Pa；

T——管壁厚/m；

K——水壓縮系數/105Pa-1。由該公式可知，一旦管道參數確定，較小幅度的溫度變化對單位溫度的壓力變化產生的影響微乎其微，單位溫度的壓力變化可以視為恒定。

4 理論與實際數據對比分析

相對于經溫度變化校核后的接受標準 “≤±0.4%測試壓力”而言，單位溫度的壓力變化一般遠遠大于接受標準。根據溫降—壓降的變化關系建立物理模型，采用VB軟件編寫溫降—壓降數值計算程序，通過數值計算，對壓降的理論與實際數據進行對比分析。

4.1 實際溫降、壓降的影響因素及應對方法

受環境變化、設備能力、儀表誤差及施工方法等因素影響，任何工程的溫降—壓降過程都不可能與理論分析時的條件完全一致。表2對主要影響因素進行了歸納，并提出了應對方法。

4.2 番禺4-2/5-1海底管道更換項目壓力測試分析

番禺4-2/5-1海底管道更換項目進行最終壓力測試施工時因突遇強臺風，故海底管道內外溫度熱平衡有足夠的時間進行。該管道總長18270m，除中間53 m單層裸管外，其余管道直徑為304.8 mm/406.4 mm（12 in/16 in）的雙層保溫管道。因裸管存在，管道的總傳熱系數大于正常雙層保溫管道，具體分析結果見表3。

由表3可知，理論穩壓時間和實際穩壓時間非常接近。

表2 實際溫降、壓降的影響因素及應對方法

表3 番禺4-2/5-1海底管道更換項目壓力測試分析

4.3 西江合并項目壓力測試分析

西江合并項目海底管道總長22 170.3 m，全程均為直徑304.8 mm/406.4 mm （12 in/16 in）的雙層保溫管道。本項目的壓力測試參數見表4。其理論溫降與理論壓降曲線見圖2和圖3。。因實際施工中有多次升壓與降壓過程，現取外界影響最小的第一次實際壓降情況與理論壓降情況進行對比和分析，見圖4和圖5。

根據分析結果可知：

（1）管道溫度變化逐漸變小，最終趨近于海底溫度 17.5°C。

（2）受管內溫降變小影響，壓力變化逐漸變小。

（3）24 h理論壓降曲線與實際壓降曲線幾乎重合。

（4）24 h理論壓降與實際壓降之差始終保持在“±0.4%測試壓力”范圍內。

5 接受標準探討

存在漏點的管道，其溫降—壓降變化是不滿足理論壓降變化規律的，故其實際壓降曲線與理論壓降曲線不可能長時間的吻合。質量合格的海底雙層保溫管道系統內的溫降是有規律的，在其他條件不變的情況下，單位溫度下的壓力變化是一定的。

根據溫降—壓降變化理論和理論、實際數據對比分析結果，在不改變原標準內容的前提下，對海底雙層保溫管道系統最終壓力測試進行接受時，建議新增如下兩條標準：

（1）實際壓降隨管道內溫降變化而呈規律性變化。

（2）規定穩壓時間內 （一般為24 h），同一時間的理論壓力與實際壓力之差如果始終保持在≤“±0.2%測試壓力”，該壓力測試是可以接受的；如果差值始終保持≤ “±0.4%測試壓力”，但能用文件解釋清楚由溫度變化或其他因素造成其壓力變化的原因，該壓力測試通常也是可以接受的。

6 結束語

本文從海底雙層保溫管道系統最終壓力測試的實際出發，以現有的海底管道系統驗收規范為基礎，結合溫降、壓降的變化關系，提出了海底雙層保溫管道系統最終壓力測試的新驗收方法。該方法在實際工程驗收中也已有過一定的運用，實踐結果證明，驗收后的管道符合原規范和設計中的各項指標，新的驗收方法在實際應用中具有可行性和可操作性。

[1]SY/T 10037-2002，海底管道系統規范[S].

[2]SY 4204-2007，油氣田集輸管道工程[S].

[3]DNV-OS-F101-2007，SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS[S].

[4]王紅菊,田麗.管道壓力測試過程穩壓時間的理論研究[J].油氣儲運，2009，28（2）:33-36.

[5]Gray J C.How Temperature Affects Pipeline Hydrotesting[J].Pipeline Gas Journal，1976，（203）：26,28,30.

Discussion of Final Pressure Testing Acceptance Standard for Subsea Insulated Pipe-in-Pipe System

KANGYi-long（OffshoreOilEngineeringCo.,Shenzhen518052,China），ZHANGRen-gong，WANGYi，etal.

The time period for final acceptance of subsea pipeline system influences directly the involved construction resources and the pipeline official operation time,so completing the pipeline acceptance work in a shorter time is a common aim for client and contractor under the precondition of ensuring pipeline construction quality.As the development of subsea pipeline projects tends to deep water,the pipeline pressure test time in final acceptance work becomes longer,especially for pipe-in-pipe （PIP） system.However the practice proves that PIP system which has the normal pressure drop graph doesn’t leak.To shorten the pipeline pressure testing time,this paper,based on the relationship between temperature and pressure of the medium in PIP system and combined with the pressure test cases of some projects in South China Sea,discusses the present“Final Pressure Testing Acceptance Standard”through analysis and comparison of the temperature drop and pressure drop,and suggests a new criterion.

subsea insulated pipe-in-pipe;pressure test;acceptance standard;analysis;discussion

TE973.6

A

1001－2206（2011）05－0010－04

康一龍 （1979-），男，湖北人，工程師，2002年畢業于武漢理工大學船舶與海洋工程專業，現主要從事海底管道工程的安裝設計及項目管理工作。

2010-10-29；

2011-05-27