高海拔山地長(zhǎng)輸蒸汽輸送管道水壓試驗(yàn)技術(shù)研究

賀圣波

（貴州西能電力建設(shè)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

0 引言

在長(zhǎng)輸蒸汽管道的施工過(guò)程中，管道試壓是一件非常重要的工序，通過(guò)試壓可以了解到管道的施工質(zhì)量、管材性能以及管道整體的完整性。通過(guò)長(zhǎng)輸管道試壓，可以保證管道在正常的運(yùn)行壓力之下不會(huì)出現(xiàn)泄漏的情況，可以對(duì)管道的強(qiáng)度以及連接處的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試。在高海拔地區(qū)的山區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)輸蒸汽管道敷設(shè)的時(shí)候，往往會(huì)遭遇地形不平整，高低落差較大的情況，這在管道試壓中就對(duì)管材的性能、管段劃分、試壓工藝等提出了挑戰(zhàn)。在高海拔山地進(jìn)行管道試壓技術(shù)研究對(duì)于保障長(zhǎng)輸管道的長(zhǎng)期安全運(yùn)行有著積極的影響。

1 研究意義

在長(zhǎng)輸蒸汽輸送管道建成之后，必須對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度試壓和氣密性測(cè)試，測(cè)試通過(guò)方可投入生產(chǎn)，管道投產(chǎn)前試壓是保證管道能夠安全可靠運(yùn)行的一道重要保障。我國(guó)西南地區(qū)基本沒(méi)有集中供熱，企業(yè)為了滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，大部分安裝小鍋爐，其容量小、參數(shù)低，鍋爐熱效率低，燃煤、燃油燃燒不完全，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。由燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組長(zhǎng)距離輸送蒸汽的項(xiàng)目將越來(lái)越多，而此地為高海拔山地，地勢(shì)復(fù)雜多變，致使管道施工難度極大。對(duì)于高海拔山區(qū)的長(zhǎng)輸蒸汽管道試壓方式，國(guó)內(nèi)外都還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的施工方式，因此在進(jìn)行試壓的過(guò)程中需要充分結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)、分析各種施工工藝，在施工前制定出完整的施工技術(shù)方案以及施工流程，以便在檢查過(guò)程中降低問(wèn)題的出現(xiàn)的可能。

管道強(qiáng)度試壓通常采用的試壓壓力較大，通過(guò)壓力檢測(cè)，可以消除管道內(nèi)部的缺陷，讓管道的安全度能夠得到提升。同時(shí)通過(guò)管道試壓，可以讓尖端存在的小缺陷產(chǎn)生塑性變形，讓尖端處鈍化，降低缺陷發(fā)生概率。按照屈服強(qiáng)度進(jìn)行試壓能夠消除管道焊接過(guò)程中存在的殘存應(yīng)力，如果焊接位置存在著殘余應(yīng)力，就會(huì)讓焊接接頭腐蝕情況加重。雖然理論上較高的試壓壓力能夠更好地確定管道的質(zhì)量，對(duì)管道內(nèi)部的缺陷進(jìn)行排查，但是考慮山地長(zhǎng)輸管道的情況，如果采用的壓力過(guò)高就會(huì)讓管道發(fā)生屈服，只有在合理的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行試壓才能切實(shí)提高管道的使用壽命。

對(duì)管道進(jìn)行嚴(yán)密性試壓能夠起到檢查管道整體嚴(yán)密性的效果，由于國(guó)際上沒(méi)有通用的管道試壓標(biāo)準(zhǔn)，因此各國(guó)對(duì)穩(wěn)壓的時(shí)間的規(guī)定存在一些爭(zhēng)議。誠(chéng)然，穩(wěn)壓時(shí)間越長(zhǎng)，就會(huì)讓施工中投入的費(fèi)用越高，讓施工工期延長(zhǎng)，但是如果穩(wěn)壓時(shí)間太短，就無(wú)法對(duì)管道進(jìn)行充分的檢查，為未來(lái)管道的運(yùn)行埋下了安全隱患。在高海拔的山地地區(qū)進(jìn)行管道嚴(yán)密性試壓的時(shí)候，設(shè)定好合理的穩(wěn)壓時(shí)間具有非常重要的工程價(jià)值。對(duì)于我國(guó)高海拔山區(qū)長(zhǎng)輸蒸汽輸送管線來(lái)說(shuō)，進(jìn)行試壓技術(shù)的優(yōu)化，能夠確保管線可以順利的投入生產(chǎn)中，保障了管線運(yùn)行的安全，同時(shí)降低了管道試壓的施工難度和工作量，因此優(yōu)化管線試壓技術(shù)有著非常重要的意義。

2 管道試壓壓力的研究現(xiàn)狀

根據(jù)多年的研究和實(shí)踐，得出了以下結(jié)論：長(zhǎng)輸管道想要在設(shè)計(jì)壓力下無(wú)故障地進(jìn)行安全運(yùn)行，必須要保證試壓壓力的合理，對(duì)于高海拔的山地地區(qū)，管道高低落差較大，選擇適當(dāng)?shù)脑噳簤毫惋@得更加非常重要，只有管道的試壓時(shí)的壓力足夠大，才能讓管道中的各種缺陷暴露出來(lái)，以便施工人員采取相應(yīng)的維護(hù)措施，讓管道運(yùn)行的安全性得到保障。

很多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者都對(duì)長(zhǎng)輸管道進(jìn)行了較高壓力的試壓試驗(yàn)，都得出了自己的結(jié)論。學(xué)者潘家華提出了這樣的觀點(diǎn)，在長(zhǎng)輸管道進(jìn)行試壓時(shí)，如果壓力過(guò)高，就能可能讓管道承壓能力發(fā)生逆轉(zhuǎn)，對(duì)于管道承壓來(lái)說(shuō)是不利的[1]。學(xué)者趙嘉偉在輸水工程中發(fā)現(xiàn)大口徑管道功能性試驗(yàn),經(jīng)常采用單口水壓試驗(yàn)的方式進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，在實(shí)際試驗(yàn)操作中，存在進(jìn)水口設(shè)置有缺陷、試驗(yàn)壓力及穩(wěn)壓時(shí)間不合理、試驗(yàn)壓降不符合實(shí)際情況等問(wèn)題，面對(duì)這些情況，合管道功能性試驗(yàn)的基本原則，對(duì)大口徑管道單口水壓試驗(yàn)進(jìn)行改良優(yōu)化，就可以大幅度提升整體試驗(yàn)方案[2]。另外還有相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)較高壓力雖然會(huì)讓管道的承壓能力逆轉(zhuǎn)，但是管道承壓能力不會(huì)出現(xiàn)大幅度的下降；還有試驗(yàn)表明，用水試壓能夠讓管道內(nèi)裂紋的擴(kuò)展速度降低。

在國(guó)際上，很多國(guó)家都在工程實(shí)踐中傾向使用高強(qiáng)水壓對(duì)長(zhǎng)輸管道進(jìn)行試壓試驗(yàn)，也取得一定的成效。在我國(guó)西氣東輸工程中，對(duì)長(zhǎng)輸管道進(jìn)行試壓試驗(yàn)時(shí)規(guī)定以95%SMYS作為最高試驗(yàn)壓力[3]。

3 國(guó)內(nèi)常用的試壓方法以及缺點(diǎn)

3.1 水壓試驗(yàn)流程

水壓試驗(yàn)臨時(shí)系統(tǒng)安裝→水壓試驗(yàn)系統(tǒng)檢查→系統(tǒng)注水→初次升壓至1/2設(shè)計(jì)壓力→系統(tǒng)全面檢查→繼續(xù)升壓至設(shè)計(jì)壓力→系統(tǒng)全面檢查→升壓至水壓試驗(yàn)壓力（穩(wěn)壓10分鐘）→系統(tǒng)全面檢查→降壓至設(shè)計(jì)壓力→系統(tǒng)全面檢查→結(jié)束試驗(yàn)，排除管道存水系統(tǒng)恢復(fù)。

3.2 臨時(shí)系統(tǒng)安裝

用厚度為12mm以上的鋼板將試驗(yàn)段兩端的管口封住，在管線最高處和最低處裝設(shè)壓力表，在中間高點(diǎn)加裝一套排氣閥。

3.3 水壓試驗(yàn)前系統(tǒng)檢查

試驗(yàn)管道管托全部安裝到位、疏水閥安裝完畢、所有閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)、臨時(shí)系統(tǒng)安裝完畢。

3.4 系統(tǒng)注水

系統(tǒng)排氣閥打開(kāi)，注水至排氣閥開(kāi)始冒水。

3.5 水壓試驗(yàn)

保持升壓速率≤0.3MPa/min，直至系統(tǒng)壓力升至1/2設(shè)計(jì)壓力0.8MPa，停止升壓泵動(dòng)作。系統(tǒng)全面檢查是否有泄漏（重點(diǎn)是焊縫），如有缺陷，泄壓消缺。

保持升壓速率≤0.3MPa/min，繼續(xù)升壓至設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，停泵檢查，及時(shí)消缺。

保持升壓速率≤0.3MPa/min，繼續(xù)升壓至水壓試驗(yàn)壓力2.4MPa，穩(wěn)壓10分鐘，檢查。

開(kāi)始降壓，保持降壓速率≤0.5MPa/min，降至設(shè)計(jì)壓力穩(wěn)壓30min，全面檢查。

上述操作焊縫如有滲水或泄漏痕跡，重新水壓。

3.6 試驗(yàn)結(jié)束

水壓試驗(yàn)結(jié)束后打開(kāi)所有疏水閥放水，排除系統(tǒng)存水。拆除臨時(shí)系統(tǒng)，開(kāi)始后續(xù)安裝工作。

3.7 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)禁敲打帶壓管道、設(shè)備；（2）嚴(yán)禁帶壓進(jìn)行管道、設(shè)備消缺工作；（3）升壓及超壓過(guò)程中嚴(yán)禁站在堵板的對(duì)面或閥門(mén)法蘭的側(cè)面；（4）系統(tǒng)升壓、降壓過(guò)程中應(yīng)停止檢查；（5）水壓試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)禁操作閥門(mén)。

3.8 質(zhì)量控制

要求：達(dá)到水壓試驗(yàn)壓力穩(wěn)壓10分鐘無(wú)泄漏。所有參加水壓試驗(yàn)的設(shè)備（增壓泵、壓力表等）必須是檢驗(yàn)合格設(shè)備。傳統(tǒng)的試壓方案未考慮管道落差對(duì)壓力的影響，當(dāng)管道落差過(guò)大時(shí)，管道最低點(diǎn)和最高點(diǎn)將由于水自身的壓強(qiáng)造成很大的壓差，管道上安裝的壓力表的讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生很大的偏差，要想保證最高點(diǎn)的壓力，必然會(huì)造成最低點(diǎn)超壓。

4 對(duì)管道試壓技術(shù)方案的優(yōu)化改進(jìn)

由于傳統(tǒng)的管道試壓技術(shù)存在一定的缺陷，為施工帶來(lái)了不可預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要對(duì)傳統(tǒng)長(zhǎng)輸管道試壓的方式進(jìn)行一定的改進(jìn)，讓其能夠保證最佳試壓效果的同時(shí)，提高施工的安全性，使長(zhǎng)輸管道可以更好更穩(wěn)定的工作。

在對(duì)長(zhǎng)輸管道進(jìn)行試壓的時(shí)候，應(yīng)該對(duì)管道所處的地形地勢(shì)進(jìn)行考察，研究高海拔山區(qū)地勢(shì)的復(fù)雜情況，在試壓之前制定試壓方案，并召開(kāi)專(zhuān)項(xiàng)會(huì)議，召集工作和技術(shù)人員進(jìn)行共同討論，確保認(rèn)方案無(wú)誤、可執(zhí)行性高。

在試壓之前要對(duì)管段進(jìn)行合理劃分，分段進(jìn)行注水試壓，注水過(guò)程應(yīng)該全部使用背壓的方式。對(duì)于長(zhǎng)距離下坡段的管道和垂直落差較大的管道，應(yīng)計(jì)算因落差造成的壓差，通過(guò)計(jì)算，在合適的位置安裝隔離閥門(mén)。在試壓過(guò)程中當(dāng)?shù)吞幍墓艿缐毫_(dá)到試驗(yàn)壓力后關(guān)閉隔離閥門(mén)，然后繼續(xù)升壓，低處管道的壓力維持不變，高處的管道壓力升到試驗(yàn)壓力，這樣就避免了低處管道超壓，讓長(zhǎng)輸管道的試壓質(zhì)量得到充足保障。試壓完成后進(jìn)行排水的時(shí)候，為了防止水土流失和水資源浪費(fèi)，降低管道排水帶來(lái)的噪音，可以選用二級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)和降噪系統(tǒng)[4]。

5 高海拔山區(qū)長(zhǎng)輸管道清管測(cè)徑水壓試驗(yàn)準(zhǔn)備階段的技術(shù)要點(diǎn)

對(duì)于高海拔長(zhǎng)輸管道的試壓工作來(lái)說(shuō)，十分管理，六分在試壓之前，三分在試壓中，一分在試壓后。只要嚴(yán)格對(duì)試壓前的管理工作進(jìn)行劃分安排，準(zhǔn)備好必要的技術(shù)方案以及設(shè)備，就能很大程度上保證試壓工作能順利的高質(zhì)量開(kāi)展。

在進(jìn)行試壓工作之前，要對(duì)工作內(nèi)容以及試壓介質(zhì)進(jìn)行危害識(shí)別，制定詳細(xì)可行的試壓方案以及應(yīng)急預(yù)案，對(duì)實(shí)施方案的技術(shù)人員和施工人員進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)交底，保證接受交底的人員都能夠掌握方案內(nèi)容，同時(shí)要檢查裝置的安全措施，確保在試壓管段內(nèi)的管道、容器以及設(shè)備都能按照技術(shù)方案以及圖紙的要求完成施工。

在管段試壓中，試壓頭是需要承受所有的管內(nèi)壓力以及清管器的推進(jìn)壓力的，因此必須對(duì)試壓頭進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，保證其能夠達(dá)到水壓試驗(yàn)最大壓力值的1.5倍以上，這樣才能保證穩(wěn)壓階段試壓頭不會(huì)出現(xiàn)意外。每一個(gè)試壓頭都應(yīng)該進(jìn)行標(biāo)注，將序列號(hào)、試壓日期、試壓壓力大小進(jìn)行標(biāo)注。試壓前要對(duì)試壓頭進(jìn)行嚴(yán)格檢查，保證試壓頭內(nèi)部的墊片、O型環(huán)、管件、閥門(mén)等構(gòu)件完整、試壓頭不會(huì)漏水，能夠滿(mǎn)足技術(shù)方案的所有安全方面的要求。在焊接試壓頭完成之后，要對(duì)焊縫進(jìn)行全射線檢查[5]。

在長(zhǎng)輸管道建設(shè)期間會(huì)帶來(lái)很多的施工垃圾，并且進(jìn)行清管測(cè)徑和管壓試驗(yàn)之后，可能會(huì)排出大量的臟物和廢水，因此應(yīng)該做好廢料處理工作，在測(cè)試段的末端提前設(shè)置排污點(diǎn)，保證排污場(chǎng)地設(shè)置面積足夠大，排污坑的容積足夠容納管道內(nèi)的水。同時(shí)如果測(cè)試管段周?chē)哂休^多居民居住的村落或者較多居民居住，一定要注意好降噪施工，特別是在清管排氣的過(guò)程中要降低噪音的產(chǎn)生，同時(shí)要對(duì)管道進(jìn)行加固，防止排污管抖動(dòng)過(guò)大，提高測(cè)試的安全性。

6 結(jié)語(yǔ)

在長(zhǎng)輸蒸汽輸送管道中，對(duì)管道進(jìn)行試壓是一項(xiàng)非常重要的工序。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高海拔山地地區(qū)管道試壓的研究相對(duì)較少，國(guó)際上也沒(méi)有統(tǒng)一管道試壓的標(biāo)準(zhǔn)，但是實(shí)踐表明我國(guó)在進(jìn)行管道試壓時(shí)采用的壓力系數(shù)相較于發(fā)達(dá)國(guó)家更為保守，而更高的管道試壓壓力能夠讓管道內(nèi)部的細(xì)小尖端缺陷發(fā)生鈍化，使缺陷對(duì)管道壽命的影響更低。因此我國(guó)應(yīng)該積極向國(guó)際尖端企業(yè)的試壓標(biāo)準(zhǔn)看齊，在保證管道安全的情況下，逐漸加大管道試壓壓力，讓我國(guó)高海拔山地長(zhǎng)輸蒸汽輸送管道的質(zhì)量和壽命都得到提升。