我國首次高強度試壓方案的設計與應用

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我國首次高強度試壓方案的設計與應用

管道的設計參數是權衡管道設計過程中管道安全可靠性和建設成本的關鍵參數，需綜合考慮管道鋪設環境（人文環境和地質結構）、鋼材質量性能和設計輸量。提高設計系數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，從而節約管材用鋼量，減少工程投資。

根據GB50251—2003《輸氣管道設計規范》，目前我國天然氣管道在人煙稀少的一級地區采用的是0.72的設計系數，在水壓試驗時試驗壓力產生的環向應力一般達到90%SMYS（管材最小屈服強度，下同）；在復雜山區地段等實際項目中，最高不超過95%SMYS。歐洲和北美等國家，早已在一級地區采用0.8的設計系數，如在著名的Alliance管道、RockiesExpress管道等工程的管道運行實踐證明提高設計系數是可行的。

隨著我國管線鋼的冶金技術、制管技術、管道施工技術以及質量控制水平的不斷提高，現已具備采用較高設計系數的條件。為了提高管道輸送效率，我國在西氣東輸三線西段一級地區的天然氣管道上第一次采用了0.8設計系數。西三線建成后，通過借鑒美國聯邦法律49CFR192、ASMEB31.8-2010和CSAZ662-2007等標準要求，首次完成0.8設計系數下的管道水壓試驗，并通過本次試驗確定了試壓介質、試驗壓力、試壓時間、試壓控制等具體試驗方案。

（1）試壓介質—水壓試驗采用水作為試壓介質；

（2）試驗壓力—水壓試驗采用最高點處的管道環向應力應不低于管材屈服強度的100%，且最低標高處管道的環向應力應不高于管材屈服強度的105%；

（3）試壓時間—強度試壓穩壓不小于4h，嚴密性試壓穩壓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。通過試壓時管道升壓與進水量之間的關系曲線的變化，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生屈服變形，則管道壓力將保持線性增長至最大試驗壓力；如果壓力上升到一定程度后，試壓管段鋼管發生了屈服變形，由于鼓脹變形的影響，進水量不斷增加，但壓力上升緩慢，呈現下擺趨勢。

（5）含氣量確定—管內含氣量過多會導致屈服點測量失準，試壓過程中通過雙減壓試驗檢測含氣量，在升壓到30%和60%試驗壓力時分別進行0.05MPa壓降的減壓試驗，以檢測試壓用水的含氣量，確保含氣量在允許范圍以內。

（6）管道允許膨脹變形量—CSAZ662-2007標準和NACERP0394-2002標準要求的應變極限為1.3%，我國首次進行高強度水壓試驗，保守取環向容許塑性應變值為1.0%。膨脹變形超過+1%的管段應進行開挖驗證，膨脹變形超過+1.5%的管段開挖確認后割管處理，并提供幾何變形檢測報告。

圖1 我國首次高強度試壓流程圖

水壓試驗的具體流程如圖1所示，試壓結果顯示，雙減壓試驗測得含氣量小于6%。P-V曲線顯示達到105%SYMS對應的最高試驗壓力（15.78MPa）附近時，管道壓力線性增長趨勢未發生明顯變化，即管道未發生明顯的屈服變形。監測得到的管道最大應力為555MPa，對照相應鋼管出廠記錄中的管材強度記錄，該應力未超過管材的屈服強度，管材未發生明顯的屈服變形，仍處于彈性變形范圍內，管道未在最低點、熱煨彎頭等關鍵點發生明顯的屈服變形。此次高強度水壓試驗的順利完成，為我國一級地區采用0.8設計系數的水壓試驗積累了經驗。

祝愨智 編輯自《油氣儲運》2015年5期“我國首次高強度試壓方案的設計與應用”（原作者劉玉卿等）