管線氦氮試驗在海洋石油工程中的應(yīng)用

王 海 萍

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 塘沽 300452）

管線氦氮試驗在海洋石油工程中的應(yīng)用

王 海 萍

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 塘沽 300452）

管線氦氮試驗是一種高靈敏度測漏試驗，目前在國內(nèi)外海洋石油工程中得到了廣泛的應(yīng)用。對管線氦氮試驗的通用做法進行了介紹和闡述，包括試驗壓力的確定、試驗包的劃分、超壓泄壓路徑的確定等，同時詳細介紹了管線氦氮試驗的實施步驟，對現(xiàn)場施工起到了指導性作用。

管線氦氮試驗；海洋石油工程；高靈敏度；量化；通用做法

隨著全球海洋石油勘探開發(fā)水平的不斷提升和進步，人們對海洋石油平臺的安全性和可靠性有了更嚴格的要求，其中如何有效控制管線內(nèi)富含油氣及其它有害氣體泄露是關(guān)乎石油平臺整體安全性的重要一項，而氦氮試驗就是目前已知的最嚴格最可靠的測定設(shè)備及管線連接面是否存在泄露的試驗方法。

1 氦氮試驗

氦氮試驗是檢測泄露試驗的一種，指采用氦氮混合氣體（通常為 1∶99）作為試驗介質(zhì)，對管線系統(tǒng)進行泄漏檢測，將同時應(yīng)用氦氣檢漏儀的高靈敏度對泄漏量進行量化，最終能夠精準的完成系統(tǒng)的泄漏檢測并得到泄漏量的具體數(shù)值。氦質(zhì)譜檢漏儀可調(diào)整檢測靈敏度，滿足管線系統(tǒng)不同密封度的要求[1]。目前常用的氣密性檢測方法及靈敏度對照如下表1。

海洋石油工程中的氦氮試驗，又稱為系統(tǒng)氦氮試驗，通常是管線與設(shè)備一起進行的系統(tǒng)泄露試驗。管線在設(shè)計、施工、檢驗和試驗方面主要遵照標準為ASME B31.3和API 14E，按照這兩個規(guī)范的要求，氦氮試驗雖然屬于泄露性試驗范疇，但是又在各方面不同于普通的泄露試驗，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

a) 試驗介質(zhì)成分復(fù)雜精準；

b) 試驗數(shù)據(jù)具體量化，配套及檢測設(shè)備要求高；

c) 試驗壓力偏高，風險性高。

之所以存在這些不同，是因為作為一個系統(tǒng)試驗，兼顧了壓力容器相關(guān)的標準[3]，如ASME BPVC V等。

表1 常用檢測方法靈敏度對照表[2]Table 1 Sensitivity comparison table of commonly used detection methods

2 目前應(yīng)用情況

氦氮試驗由于沒有強制性的國際標準要求，不是海洋石油工程中必須要做的試驗項目，具體的應(yīng)用情況視業(yè)主和規(guī)格書的要求而定。就目前應(yīng)用情況看，總體呈現(xiàn)國外業(yè)主和國際項目比國內(nèi)業(yè)主和國內(nèi)項目對管線氦氮試驗的要求更高、進行氦氮試驗的管線系統(tǒng)更多的特點。具體情況見表2。

表2 國內(nèi)外項目應(yīng)用對照表Table 2 Domestic and foreign project application control table

3 氦氮試驗的通用做法

3.1 氦氮試驗壓力的確定

氦氮試驗壓力的確定方法，由于不同業(yè)主和操作方對試驗的理解程度和要求的不一樣，確定方法也有一定的差異性。能夠統(tǒng)一的一點是，如果系統(tǒng)自身有壓力安全閥，則氦氮試驗壓力為壓力安全閥設(shè)定值的90%；存在差異的一點是，如果試驗包內(nèi)沒有壓力安全閥，則試驗壓力差異性較大，可以按照所在系統(tǒng)的最大操作壓力進行，或者所在系統(tǒng)最大操作壓力的1.1倍進行，還有的按照所在系統(tǒng)的設(shè)計壓力進行。

雖然規(guī)定有一些差別，但都能夠在保證安全的前提下，更好的模擬管線及設(shè)備系統(tǒng)在實際投產(chǎn)操作過程中系統(tǒng)所要承受的壓力，在系統(tǒng)強度試驗合格的前提下，重點檢測了所有密封面的泄漏量情況，保證了系統(tǒng)投產(chǎn)試運行的順利進行。

3.2 氦氮試驗試驗包

3.2.1 試驗包劃分原則

氦氮試驗試驗包的總體劃分原則是：以生產(chǎn)設(shè)備為中心，將與之相連的相同設(shè)計壓力的管線與設(shè)備劃分進來，同時考慮單個試驗包不可以過大不利于安全和查漏；其余零散的管線設(shè)計壓力相同且相連通也可以作為同一個試驗包。

3.2.2 試驗包劃分原則

為了方便氦氮試驗前的檢查和核對工作，確保試驗包的連通性和完整性，需要對試驗包內(nèi)的組件狀態(tài)進行確定，包括試驗包邊界處和主要部分的工藝閥門、儀表閥門及八字盲板等的狀態(tài)，對其進行編號和說明。如圖1所示。

圖1 試壓包內(nèi)組件狀態(tài)表Fig.1 Test package internal component status table

需要說明的主要有以下情形：

a) 工藝閥門（球閥、截止閥）所處的狀態(tài)，開啟或關(guān)閉，單向閥的流向；

b) 儀表閥門（SDV、PCV、PV、LV）所處的狀態(tài)，開啟或關(guān)閉；

c) 八字盲板、插板所處的狀態(tài)，開啟或關(guān)閉；

d) 安全閥（PSV）是否安裝；

e) 管線末端之間是否有軟管相連通。

3.2.3 超壓泄壓路徑的確定

氦氮試驗壓力高，介質(zhì)又具有致人窒息危險，需要合理選擇和規(guī)劃超壓時的泄壓路徑，保證試驗包萬一超壓后每個部分都能安全充分的泄壓。

泄壓路徑最好選擇工藝排放或火炬放空管線進行，事實上，這也是對工藝系統(tǒng)超壓處置的模擬。若條件不具備，應(yīng)從系統(tǒng)中連接一根高壓軟管至遠離逃生通道的安全開闊地帶。應(yīng)每隔一段距離對軟管進行固定，避免泄壓時軟管移動對設(shè)備和人員造成傷害。

3.3 氦氮試驗實施步驟

氦氮試驗實施步驟不同施工單位的具體做法各有不同，現(xiàn)介紹一種常規(guī)的做法。

3.3.1 準備工作

a) 召集所有參與氦氮試驗工作的人員進行JSA分析討論。

b) 根據(jù)PID檢查試驗包系統(tǒng)完整性，確認水壓試驗是否合格，系統(tǒng)內(nèi)壓力及試驗介質(zhì)是否放空。評判是否符合氦氮試驗條件。

c) 確認試驗包內(nèi)所有閥門是否在正確狀態(tài)，并根據(jù)閥門檢查表懸掛對應(yīng)的標示牌，對試驗包內(nèi)需要測漏的法蘭用密封膠帶纏繞密封[4]（見圖2）。

d) 根據(jù)試驗包內(nèi)標注的氮氣注入點，儀表連接點，串聯(lián)管線，設(shè)備出口進行高壓軟管連接。3.3.2 系統(tǒng)增壓

a) 對測試區(qū)域進行隔離，并懸掛警示牌，嚴禁交叉作業(yè)。

b) 對注氮高壓軟管進行試驗，試驗壓力根據(jù)系統(tǒng)試驗壓力再確定，穩(wěn)壓5 min。

c) 第一階段增壓2BAR穩(wěn)壓10 min，觀察壓降，測試人員到測試現(xiàn)場檢查是否有泄露。如果有泄露，放壓為零后維修，維修后繼續(xù)增壓，并開始混入1%的氦氣。

d) 第二階段增壓到測試包測試驗力的25%穩(wěn)壓10分鐘，觀察壓降，測試人員重復(fù)第一階段步驟。

e) 第三，第四，第五階段壓力分別為測試驗力的50%，75%，100%，分別穩(wěn)壓10 min，測試人員重復(fù)第一階段步驟。

f) 增壓期間任何人員嚴禁進入測試區(qū)域。

3.3.3 系統(tǒng)增壓

a) 用氣囊對測試系統(tǒng)內(nèi)氦氮混合氣取樣（見圖3），并在MSP校準（見圖4）。然后用探頭對測試包裝內(nèi)每個法蘭逐一檢測（見圖5）。

圖2 法蘭用密封膠帶纏繞Fig.2 Flange sealing tape winding

圖3 氦氮混合氣取樣Fig.3 He/N2mixed gas sampling

圖4 氦氮混合氣MSP校準Fig.4 He/N2gas mixture MSP calibration

圖5 探頭對法蘭逐一檢測Fig.5 Detecting the flange

b) 對測試包裝內(nèi)泄漏的法蘭記錄（泄漏值），給泄漏法蘭掛牌，并在PID 上準確標注位置。

c) 測漏期間，如果壓降超過測試驗力的10%，停止測漏，測試人員撤離到隔離區(qū)外繼續(xù)增壓到測試驗力的100%。然后繼續(xù)測漏并重復(fù)3.4.3 b）工作。

3.3.4 泄壓

按照測試包內(nèi)標注的泄壓點放空，壓降速率控制在100 kPa/min以下，緩慢泄壓，只到系統(tǒng)壓力為零。若系統(tǒng)有氮封要求，則泄壓到指定的氮封壓力。

3.3.5 見證節(jié)點檢查[5]

見證節(jié)點是指氦氮試驗完成后需要拆除的臨時連接的法蘭及臨時隔離位置，這些節(jié)點未經(jīng)試驗，需要在業(yè)主、第三方或檢驗人員見證下完成以下工作：

a) 拆卸螺栓、清理密封面、更換墊片。

b) 按照螺栓扭矩值緊固螺栓。

c) 在見證節(jié)點報告中簽字確認。

4 氦氮試驗結(jié)果的評估

可接受的氦氮試驗泄漏速率因為業(yè)主的不同要求而異，通常來說，海上高壓油氣處理系統(tǒng)允許的最大泄露速率為5 scf/a(0.142 m3/a)。有的項目根據(jù)密封形式的不同來劃分，彈性密封系統(tǒng)5 scf/a(0.142 m3/a)，金屬密封系統(tǒng)10 scf/a (0.284 m3/a)。

5 結(jié) 論

氦氮試驗可以真實的模擬管道系統(tǒng)投產(chǎn)運行后的承壓狀況，并且能夠?qū)υ囼灠鼉?nèi)每一個密封接觸面的泄漏率進行量化測量，減少碳氫氣體或液體輸入生產(chǎn)設(shè)備和管道系統(tǒng)的泄露，有效的保障了海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的安全投產(chǎn)與運行，是國際通行的高級別安全保障試驗。

氦氮試驗是一項高風險的作業(yè)，對安全性要求非常高，從試驗包的劃分，緩沖區(qū)域的設(shè)定，到試驗的準備和組織實施，都需要進行非常謹慎的選擇和設(shè)定，同時氦氮試驗也是一項利潤豐厚的專業(yè)安全試驗。目前海油工程已經(jīng)具備氦氮試驗設(shè)計、施工、組織經(jīng)驗，隨著海洋石油開發(fā)開采水平的不斷提高，業(yè)主對管線氦氮試驗的要求將會不斷提高，屆時海油工程將在這一領(lǐng)域發(fā)揮自己的專長并占有一席之地。

［1］劉艷東，劉金華，高振波．壓力容器的氦泄漏檢測方法簡介[J].一重技術(shù), 2002(4):51-52．

［2］楊富華，周發(fā)釗．高壓管道的氦泄漏試驗[J].廣東化工，2010, 37(2):135-135．

［3］姜少敏，張華偉．接收站高壓LNG管道系統(tǒng)氦檢漏嘗試[J]. 中國石油和化工標準與質(zhì)量， 2012, 33(16):21-21．

［4］李明蓬．正壓氦檢漏的幾個技術(shù)問題[J].導彈與航天運載技術(shù), 1993(4):66-70．

［5］李雷，肖興鵬．氦氮泄漏試驗在高壓油氣管線中的應(yīng)用[J].海洋工程裝備與技術(shù), 2014(02):136-139．

Application of Pipeline Helium Nitrogen Test in Offshore Oil Engineering

WANG Hai-ping
（Offshore Oil Engineering Company, Tianjin 300452，China）

Pipeline helium nitrogen test is a kind of high sensitivity leak test method. At present, it has been widely used in offshore oil engineering at home and abroad. In this paper, the general practice of pipeline helium nitrogen test was introduced and described, including determination of the test pressure, division of the test pack, and determination of the pressure relief path. At the same time, the implementation steps of helium nitrogen test in pipeline were introduced.

Pipeline helium nitrogen test; Offshore oil engineering; High sensitivity; Quantification; General practice

TE 832

A

1671-0460（2016）03-0501-03

2015-12-15

王海萍（1981-），女，遼寧省大連市人，工程師，2003年畢業(yè)于石油大學（華東）油氣儲運專業(yè)，研究方向：從事海洋工程管道工程技術(shù)工作。E-mail：wanghp@mail.cooec.com.cn。