山區(qū)段水壓試驗(yàn)難點(diǎn)分析

劉春暉

（勝利油田勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司，山東東營(yíng)257061）

山區(qū)段水壓試驗(yàn)難點(diǎn)分析

劉春暉

（勝利油田勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司，山東東營(yíng)257061）

長(zhǎng)輸管道山區(qū)段沿途地形較為復(fù)雜，管道的高差大，在管道試壓時(shí)必須考慮到地形高差所帶來的影響，合理劃分試壓段，減少試壓管道內(nèi)殘余空氣可提高試壓效率。文章結(jié)合西氣東輸?shù)?8標(biāo)段水壓試驗(yàn)，闡述了山區(qū)段水壓試驗(yàn)的難點(diǎn)、管道試壓分段方式及減少試壓段內(nèi)空氣殘余量的方法。

長(zhǎng)輸管道；管道試壓；山區(qū)；分段；空氣殘余量

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道施工技術(shù)的高速發(fā)展，長(zhǎng)輸管道的水壓試驗(yàn)作為長(zhǎng)輸管道施工過程中的重要工序，特別是山區(qū)段大落差地段的水壓試驗(yàn)，其施工技術(shù)也有了巨大的改善。本文以西氣東輸?shù)?8標(biāo)段為例，闡述管道試壓的合理分段方式和減少試壓管道內(nèi)殘余空氣量的方法。

1 試壓段落的劃分

1.1 地形、地貌特點(diǎn)

西氣東輸?shù)?8標(biāo)段地形地貌以山區(qū)為主，全線高差為621.7 m，管道沿途經(jīng)過的地形較為復(fù)雜，地區(qū)等級(jí)為一類地區(qū)和二類地區(qū)，且地區(qū)等級(jí)為不規(guī)則分布，如果按地區(qū)等級(jí)進(jìn)行分段，則試驗(yàn)段落較多，試壓效率較低。因此合理確定試壓分段，既可以滿足驗(yàn)收規(guī)范的要求，又可以減少水壓試驗(yàn)周期，提高施工經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 試壓段落長(zhǎng)度的計(jì)算

根據(jù)西氣東輸規(guī)范Q/SY GJX-2008 5.5.2條：分段水壓試驗(yàn)管段長(zhǎng)度不宜超過35km，試壓管段的自然高差不宜超過30m，當(dāng)管段高差超過30m時(shí)，應(yīng)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，其值不應(yīng)大于管材最低屈服強(qiáng)度的0.95倍。試驗(yàn)壓力值的測(cè)量應(yīng)以管道最高點(diǎn)測(cè)出的壓力值為準(zhǔn)，管道最低點(diǎn)的壓力值應(yīng)為試驗(yàn)壓力與管道液位高差靜壓之和。

根據(jù)西氣東輸規(guī)范Q/SY GJX-2008 5.6.2.2條，管道分段水壓試驗(yàn)的壓力值與地區(qū)等級(jí)的關(guān)系如表1所示。

表1 水壓試驗(yàn)的壓力與地區(qū)等級(jí)的關(guān)系

根據(jù)公式（1）可求出各類地區(qū)理論最大強(qiáng)度試驗(yàn)壓力：

式中Pmax——管道低點(diǎn)所承受的最大試驗(yàn)壓力/MPa；

σmax——管道允許最大環(huán)向應(yīng)力/MPa；

δ——管道壁厚/mm;

r內(nèi)——管道內(nèi)半徑/mm。

X70管材其最低屈服強(qiáng)度σs=485 MPa，則管道允許最大環(huán)向應(yīng)力：σmax=0.95 σs=460.75 MPa。

據(jù)此原則計(jì)算出不同壁厚管材的最低試驗(yàn)壓力和最高試驗(yàn)壓力，見表2。

表2 各類地區(qū)最低試驗(yàn)壓力和最高試驗(yàn)壓力

本工程主要以一類地區(qū)、二類地區(qū)為主，為同時(shí)滿足兩類等級(jí)地區(qū)的試驗(yàn)壓力，強(qiáng)度試驗(yàn)的最低試驗(yàn)壓力取二類地區(qū)的最低試驗(yàn)壓力12.5 MPa，強(qiáng)度試驗(yàn)的最高試驗(yàn)壓力取一類地區(qū)的最高試驗(yàn)壓力13.63 MPa。按照公式（2）計(jì)算可得，一類地區(qū)、二類地區(qū)分段內(nèi)理論允許最大高差為：Δhmax= 111.5 m。

式中Δhmax——分段內(nèi)允許最大高差/m；

Pmin——管道設(shè)計(jì)強(qiáng)度試驗(yàn)壓力（分段內(nèi)最高點(diǎn)壓力）/MPa；

hp——靜水壓力換算系數(shù)，取98.7m/MPa。

根據(jù)計(jì)算的理論最大高差，按照竣工測(cè)量中線成果表，初步劃分試壓段落，同時(shí)考慮試壓水源的選取位置。由于一類地區(qū)一般位于山區(qū)內(nèi)，其高差比二類地區(qū)高，在考慮靜水壓力作用的前提下，可以適當(dāng)提高試壓分段的高差，選取更有利的試壓分段。試壓分段完成之后，保證最高點(diǎn)試驗(yàn)壓力達(dá)到最低試驗(yàn)壓力，復(fù)核各點(diǎn)的試驗(yàn)壓力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2 減少試壓段落殘余氣體量的方法

2.1 試壓段落內(nèi)殘余氣體的影響

美國(guó)規(guī)范ANSI／ASME B31.8-2010《氣體輸送和分配管道系統(tǒng)》給出了水壓試驗(yàn)的曲線圖（見圖1），從圖中可以看出氣體對(duì)水壓試驗(yàn)升壓過程的影響。氣體的壓縮性比較大，在到達(dá)氣體壓縮臨界點(diǎn)前，同樣注水量情況下，水壓試驗(yàn)過程中管道內(nèi)壓力的增加小于理想狀態(tài)下壓力的增加，當(dāng)超過氣體壓縮臨界點(diǎn)時(shí)，隨著注水量的增加，管道內(nèi)壓力的增加接近于理想狀態(tài)。因此水壓試驗(yàn)過程中，如果管道內(nèi)殘余空氣太多，升壓過程將非常緩慢，這將直接影響管道水壓試驗(yàn)的效率。如何減少水壓試驗(yàn)管道內(nèi)空氣殘余量，是水壓試驗(yàn)過程中的一個(gè)重要課題。

圖1 水壓試驗(yàn)曲線

2.2 水封法上水

根據(jù)以往的試壓經(jīng)驗(yàn)，注水方式直接影響試壓段內(nèi)空氣殘余量的多少。一般工程試壓將試壓點(diǎn)一段置于高點(diǎn)，可以采用安裝放空閥的方式排氣，減少管道內(nèi)空氣的含量。但長(zhǎng)輸管道受地形及試壓水源的限制，試驗(yàn)段的兩端一般設(shè)在相對(duì)平緩的地段，而且長(zhǎng)輸管道不允許在管道上開孔，因此考慮采用水封法上水。

安裝試壓頭前，在上水端試壓頭內(nèi)安裝2套直板清管器，如圖2所示。注水泵通過閥門與試壓頭相連，同時(shí)閥門的安放位置要滿足清管器的長(zhǎng)度要求。

圖2 試壓頭內(nèi)清管器的安裝位置

試壓段管道注水過程可分四步進(jìn)行：

第一步：注水開始時(shí)，首先開啟注水閥門1，在第一個(gè)直板清管器前面的管道內(nèi)注入250～300m3的沖洗水。沖洗水注入后，關(guān)閉注水閥門1，同時(shí)將流量計(jì)復(fù)位到0。

第二步：開啟注水閥門2，將試壓用水注入到第一個(gè)直板清管器之后，用試壓水將第一個(gè)直板清管器推出試壓頭。在第一個(gè)直板清管器的后面，注水250～300 m3之后，關(guān)閉注水閥門2，同時(shí)將流量計(jì)復(fù)位到0。

第三步：開啟注水閥門3，將試壓用水注入到第二個(gè)直板清管器之后，用試壓水將第二個(gè)直板清管器推出試壓頭。要準(zhǔn)確記錄直板清管器發(fā)射的時(shí)間。

第四步：在第二個(gè)直板清管器后注水250～300 m3后，同時(shí)開啟注水閥門1、注水閥門2，持續(xù)注水推動(dòng)2個(gè)直板清管器和沖洗水前進(jìn)。整個(gè)注水過程中，注意控制直板清管器的行走速度，防止下坡段直板清管器速度加快，保證在注水時(shí)直板清管器后面的水流不會(huì)中斷。保持直板清管器和接收頭之間有充足的背壓（通過控制直板清管器行走時(shí)在接收端試壓段的通風(fēng)來實(shí)現(xiàn)）。

注水過程中通過在試壓末端設(shè)放空閥進(jìn)行排氣。如果條件允許，在試壓段末端收到清管器后可繼續(xù)注水以達(dá)到更好的排氣效果。

2.3 成功案例

現(xiàn)以西氣東輸?shù)?8標(biāo)段第三試驗(yàn)段的水壓試驗(yàn)為例進(jìn)行說明。

為正確了解水壓試驗(yàn)升壓過程中管道注水量與管道內(nèi)壓力的變化，以判斷管道中是否存在殘余空氣，在升壓過程中需要繪制壓力—容積圖。按施工規(guī)范要求，壓力—容積圖的壓力從管材最小屈服強(qiáng)度的10%開始，首先計(jì)算并繪制出管道水壓試驗(yàn)的理論加壓曲線圖，再根據(jù)升壓過程中壓力天平的測(cè)量數(shù)據(jù)及實(shí)際注水量，將數(shù)據(jù)繪制到壓力—容積圖上。本段升壓過程的壓力—容積曲線見圖3。

圖3 水壓試驗(yàn)加壓曲線

從圖3可以看出，在整個(gè)升壓過程中，實(shí)際壓力—容積曲線近似為一條直線，而且接近理論加壓線，這表明管道中有殘余空氣，且殘余空氣對(duì)升壓過程中的壓力增高產(chǎn)生影響，但由于理論加壓線與實(shí)際加壓線相差不大，可以認(rèn)為管道內(nèi)的空氣殘余量很少，對(duì)于升壓過程影響不大，能保證試壓效率。

3 結(jié)束語

綜上所述，山區(qū)段的水壓試驗(yàn)因管道存在較大高差，而且試壓水源相對(duì)匱乏，因此如何劃分試壓段落及減少試壓管道內(nèi)殘余空氣是非常重要的。為做好山區(qū)段的水壓試驗(yàn)，必須做到以下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)施工及驗(yàn)收規(guī)范的要求，結(jié)合線路的標(biāo)高，合理劃分試壓段，以提高試壓效率。

（2）合理解決管道中氣體的殘余量問題。若管道中氣體量過大時(shí)就會(huì)發(fā)生壓力急劇變化，易使管道遭受破壞；同時(shí)由于氣體的可壓縮性很大，會(huì)增加水壓試驗(yàn)的注水量，從而降低試壓效率。現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，可采取上述水封法，以最大限度排出試壓段內(nèi)殘余空氣量。

（3）加壓過程中必須作好壓力—容積曲線圖，因?yàn)樵搱D能夠在試壓過程中對(duì)加壓過程進(jìn)行監(jiān)控，確定管段中是否有過量的殘余空氣。

[1]趙傳海.長(zhǎng)輸管道水壓試驗(yàn)中幾個(gè)重要公式計(jì)算[J].油氣田地面工程，2007，（3）：11-12.

[2]李林，林金河.西氣東輸長(zhǎng)距離大落差管道水壓試驗(yàn)[J].石油工程建設(shè)，2005，（1）：49-50，72.

[3]Q/SY GJX 0117-2008，西氣東輸二線管道工程線路工程清管試壓技術(shù)規(guī)范[S].

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.03.021

劉春暉（1978-），男，山東壽光人，工程師，2002年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東），從事石油化工建設(shè)工作。

2011-07-13；

2012-03-21