山區(qū)大高差地區(qū)長輸管道試壓簡述

李勝利

大慶油田工程建設(shè)有限公司管道工程公司 黑龍江大慶 163712

大慶油田建設(shè)集團(tuán)管道工程公司施工某原油管道工程中的管道沿線地處黃土高原地區(qū)，地貌主要為嶺間谷地及低山丘陵，大部海拔高程1500～2500m。試壓過程中存在管道高差大、試壓分段多、試壓水源少等問題。我們采用了試壓前簡化試壓頭制作形式，試壓過程中采取整體上水、分段試壓等方式解決了上述問題，實(shí)踐證明這種試壓方法安全性高、施工方便，具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，對于山區(qū)大高差地區(qū)長輸管道試壓非常有效。

1 試壓前準(zhǔn)備工作

1.1 制作收發(fā)球筒

收發(fā)球筒使用前必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為2.4Mpa。一般發(fā)球筒都是帶快開盲板的成品，可以購買到。收球筒通常都是現(xiàn)場簡易制作，確保球出管后不飛出去即可，也可購買收球筒的成品。

1.2 試壓頭制作

圖1 收發(fā)球筒結(jié)構(gòu)示意圖

制作試壓頭的鋼管應(yīng)采用與試壓管段材質(zhì)相同、壁厚相等或高一級的鋼管。如果試壓段管材壁厚有多種，建議選厚壁管制作試壓頭，因試壓頭是多次使用，容易產(chǎn)生疲勞。

試壓頭安裝介質(zhì)注入管、放空及排水管、試壓段連通管和控制閥門時(shí)，應(yīng)用凸臺連接。試壓頭應(yīng)安裝足夠閥門接頭，以便為管線清掃、試壓、測徑的各工序提供足夠的設(shè)備、儀表閥門接頭。

試壓頭長度一般根據(jù)計(jì)劃裝幾個(gè)球來決定，一般是一次性裝兩個(gè)或三個(gè)，大高差山區(qū)段按裝一個(gè)球來制作。

1.3 試壓段的劃分

根據(jù)《油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50369-2006）規(guī)定，當(dāng)試壓段的高差超過30m，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，其值不得大于管材最低屈服強(qiáng)度的0.9倍。

例如某工程Φ610鋼管材質(zhì)為X65，壁厚11.1mm，設(shè)計(jì)工作壓力為11Mpa，現(xiàn)場管材最低屈服強(qiáng)度為448Mpa。 根據(jù)環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式，可計(jì)算出該壁厚管材的強(qiáng)度試驗(yàn)壓力和90%最低屈服強(qiáng)度的壓力，如表1所示。

表1 強(qiáng)度試驗(yàn)壓力和90%最低屈服強(qiáng)度的壓力

一般將規(guī)定的最小試驗(yàn)壓力增加2%，以彌補(bǔ)因氣溫變化而造成的壓力變化。

在劃分試壓段時(shí)，應(yīng)當(dāng)檢查每個(gè)試壓管段的最低點(diǎn)，最高點(diǎn)，起點(diǎn)和終點(diǎn)的實(shí)際標(biāo)高。水壓試驗(yàn)段上每種壁厚管道的最低點(diǎn)的實(shí)際試驗(yàn)壓力必須保持低于90%最低屈服強(qiáng)度的壓力（不論記錄的還是計(jì)算的）；水壓試驗(yàn)段每種壁厚（每種地區(qū)等級）管線的最高標(biāo)高點(diǎn)的實(shí)際試驗(yàn)壓力必須保持高于最低試驗(yàn)壓力（不論記錄的還是計(jì)算的）。鋼管允許高差計(jì)算公式見式（1）。

式中：△H—最高點(diǎn)最低點(diǎn)允許高差（m）;

σh—鋼管最小屈服強(qiáng)度（MPa）;

P—管道強(qiáng)度試驗(yàn)壓力（MPa）;

ρ—水的密度（kg/m3）;

g—重力加速度（N/kg）。

如計(jì)算得到△H=94.3m，可知此試驗(yàn)段鋼管允許高差小于等于94.3m，根據(jù)現(xiàn)場地形地貌等實(shí)際情況，綜合考慮進(jìn)場方便（最好離路邊較近），連頭施工難度低（試壓點(diǎn)管道埋深、地質(zhì)情況等）兩方面考慮，劃分試壓段落。

2 試壓施工

2.1 清管測徑

管道分段清管測徑作業(yè)在管道回填后，試壓前進(jìn)行。目的是清除管線焊接后殘留在管內(nèi)的殘?jiān)统醪綑z測管線的變形彎曲程度。

山區(qū)大落差段一般管道分段較多，例如某單位工程線路長度線路總長92.310km，共劃分17段，個(gè)別區(qū)段長度僅幾百米，故此類情況應(yīng)采取整體清管測徑，一般長度不超過35km。所用清管器首先選擇不損傷的標(biāo)準(zhǔn)皮碗+直板組合型的清管器，清除固體物質(zhì)和碎屑，清管器的后端可以安裝信號發(fā)射機(jī)，清管器直徑比管內(nèi)徑大5～8%；然后選擇皮碗+直板+尼龍刷（鋼絲刷）清管器，徹底清除管內(nèi)所有的固體物質(zhì)、灰塵和氧化皮等，并根據(jù)現(xiàn)場清管效果決定是否進(jìn)行第三遍或更多次數(shù)的清管。

測徑選用安裝測徑鋁板的標(biāo)準(zhǔn)直板雙向8片聚酯盤清管器或者標(biāo)準(zhǔn)皮碗+直板+測徑板組合型的清管器，測徑板的直徑為測徑管段最小理論內(nèi)直徑的92.5%，按測徑段管線所用最大壁厚管子計(jì)算。裝測徑球前，必須對測徑板外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查并作好記錄，一般不允許使用有過劃痕或變形的測徑板再次進(jìn)行測徑（輕微的可以）。當(dāng)測徑板通過管段后，無大的變形、皺褶、損傷為合格。

清管器運(yùn)行速度控制在4km/h～5km/h，工作壓力控制在0.05Mpa～0.2Mpa，清管作業(yè)至少通球2次［1］。以不再排除雜物且排除空氣為無色透明時(shí)合格。

2.2 管道注水

考慮到山區(qū)大高差段試壓水源少、分段多等特點(diǎn)，采用整體上水、分段試壓的方法進(jìn)行注水。試壓頭滿足要求的情況下盡量短些?？刂圃噳狐c(diǎn)連頭管段在10m以內(nèi)。每段試壓段內(nèi)放置1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直板雙向8片聚酯盤清管器。聚酯盤應(yīng)保證滿足注水及排水兩階段期間密封良好。試壓用水不得加入化學(xué)劑，要求水質(zhì)清潔、無污染、無油污，PH值6～9，最大鹽分2000PPM,最大固態(tài)懸浮顆粒物不大于50mg/L。

注水清管器的行走速度要加以控制，防止下山坡段注水清管器速度加快，保證在注水時(shí)注水清管器后面的水流不會中斷。要保持注水清管器和接受頭之間有充足的背壓（通過注水清管器行走時(shí)，在接受端控制試壓段的通風(fēng)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)根據(jù)試壓管段縱斷面標(biāo)高情況加以控制）以便控制清管器的行走速度。要控制注水清管器的行走速度，保證正確注水。注水清管器的最大速度應(yīng)限制為3km/h。

注水泵和試壓頭之間、試壓頭之間（導(dǎo)水時(shí)采用）的管道連接要使用鋼管。鋼管和試壓管段間要安裝單向閥。多段試壓段跨接導(dǎo)水上水，第1個(gè)管段注水完成后應(yīng)立即向第2個(gè)管段的注水。

安裝首端試壓頭前應(yīng)先將清管器安裝就位，注水泵兩個(gè)注水口設(shè)在測徑清管器后面，開始以水推動清管器將整個(gè)管段注滿水。裝清管器的目的是防止或減少空氣存于管內(nèi)，避免在管線高點(diǎn)處開孔排氣，并在試壓完畢后充當(dāng)排水清管器。清管器發(fā)射的準(zhǔn)確時(shí)間要記錄在案。持續(xù)注水推動清管器，完成試壓管段的注水。

2.3 管道試壓

管道注滿水后，除壓力表、壓力天平和壓力泵外的所有接口處應(yīng)安裝盲法蘭或封頭，并在24h后開始升壓進(jìn)行管線強(qiáng)度試壓工作。按照同水源點(diǎn)距離先遠(yuǎn)后近的原則進(jìn)行管段試壓。試壓管段的首端應(yīng)安裝一個(gè)壓力溫度自動記錄儀和壓力天平。管段壓力讀數(shù)以壓力天平為準(zhǔn)。

水壓試驗(yàn)時(shí)，升壓速度不宜過快，壓力應(yīng)緩慢上升。當(dāng)壓力升至強(qiáng)度試驗(yàn)壓力的30%和60%，應(yīng)分別停止升壓，穩(wěn)壓15min，檢查系統(tǒng)有無異常情況，如無異常情況繼續(xù)升壓至強(qiáng)度試驗(yàn)壓力。強(qiáng)度試驗(yàn)合格后，緩慢降至嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力，進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)。

強(qiáng)度試驗(yàn)合格后，將試壓管段最高標(biāo)高點(diǎn)的壓力降到嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力(可根據(jù)記錄或計(jì)算確定)。從接收端試壓頭泄壓，有利于注水清管器完全進(jìn)入到試壓頭內(nèi)。要使用足夠強(qiáng)度的和安全的排水管，按照水利主管部門批準(zhǔn)的方法排水。

嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力穩(wěn)定后，開始24h的嚴(yán)密性試驗(yàn)。在整個(gè)嚴(yán)密性試驗(yàn)過程中，記錄儀和壓力天平繼續(xù)工作。關(guān)閉通向壓力管線的閥門，切斷與壓力泵的連接。每15min記錄一次壓力和實(shí)際時(shí)間。每1h記錄一次管壁和地的溫度。

在規(guī)定的最低壓力下，嚴(yán)密性試驗(yàn)維持24h，如果沒有出現(xiàn)最大為1%(100kPa)的壓力降，則嚴(yán)密性試驗(yàn)合格，予以驗(yàn)收。嚴(yán)密性試驗(yàn)可能需要超過24h，以便將壓力穩(wěn)定到小于100kPa的變化值。

2.4 管道泄壓排水

排水管道要有足夠的強(qiáng)度，安全的支撐，并在排水端固定排水管以免排水時(shí)擺動。

通過將注水清管器驅(qū)回發(fā)射頭，用壓縮空氣將水從試壓段內(nèi)排出。要特別注意防止在管段排水時(shí)憋壓。清管器排水速度要限定在最高排量為450m3/h。

將第一個(gè)注水清管器推回出發(fā)點(diǎn)后。拆除試壓頭，在試壓段兩頭重新安裝清管收發(fā)球筒進(jìn)行清管，合格后可進(jìn)行金口連頭施工，也可在拆除試壓頭后，管道內(nèi)沒有游離水且不影響焊接的情況下，立即進(jìn)行金口連頭施工，待將幾段試壓段均連通后，統(tǒng)一進(jìn)行清管施工。

用清管器排水后，啟動后推動清管器將管內(nèi)積水清除．直至無游離水為止，可以認(rèn)定這一試壓管段的水分已經(jīng)清理完畢。

3 結(jié)論

(1)試壓頭制作在滿足要求的情況下盡量短些，以確保金口連頭所用的試壓管長度控制在10m以內(nèi)；

(2)線路短、管段多得山區(qū)段采取整體通球分段上水試壓的方式；

(3)考慮到山區(qū)大高差段試壓水源少、分段多等特點(diǎn)，采用整體上水、分段試壓的方法進(jìn)行注水；

(4)試壓過程中，除壓力表、壓力天平和壓力泵外的所有接口處應(yīng)安裝盲法蘭或封頭；

(5)排水過程中注意防止憋壓，排水速度要限定在最高排量為450m3/h。

1 陳連山主編.長輸管道油氣施工技術(shù).第一版.北京:石油工業(yè)出版社,2009.