山区段水压试验难点分析

2012-11-02刘春晖

石油工程建设 2012年3期

关键词：直板管器水压试验

刘春晖

（胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司，山东东营257061）

山区段水压试验难点分析

刘春晖

（胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司，山东东营257061）

长输管道山区段沿途地形较为复杂，管道的高差大，在管道试压时必须考虑到地形高差所带来的影响，合理划分试压段，减少试压管道内残余空气可提高试压效率。文章结合西气东输第18标段水压试验，阐述了山区段水压试验的难点、管道试压分段方式及减少试压段内空气残余量的方法。

长输管道；管道试压；山区；分段；空气残余量

0 引言

随着国内长输管道施工技术的高速发展，长输管道的水压试验作为长输管道施工过程中的重要工序，特别是山区段大落差地段的水压试验，其施工技术也有了巨大的改善。本文以西气东输第18标段为例，阐述管道试压的合理分段方式和减少试压管道内残余空气量的方法。

1 试压段落的划分

1.1 地形、地貌特点

西气东输第18标段地形地貌以山区为主，全线高差为621.7 m，管道沿途经过的地形较为复杂，地区等级为一类地区和二类地区，且地区等级为不规则分布，如果按地区等级进行分段，则试验段落较多，试压效率较低。因此合理确定试压分段，既可以满足验收规范的要求，又可以减少水压试验周期，提高施工经济效益。

1.2 试压段落长度的计算

根据西气东输规范Q/SY GJX-2008 5.5.2条：分段水压试验管段长度不宜超过35km，试压管段的自然高差不宜超过30m，当管段高差超过30m时，应根据该段的纵断面图，计算管道低点的静水压力，核算管道低点试压时所承受的环向应力，其值不应大于管材最低屈服强度的0.95倍。试验压力值的测量应以管道最高点测出的压力值为准，管道最低点的压力值应为试验压力与管道液位高差静压之和。

根据西气东输规范Q/SY GJX-2008 5.6.2.2条，管道分段水压试验的压力值与地区等级的关系如表1所示。

表1 水压试验的压力与地区等级的关系

根据公式（1）可求出各类地区理论最大强度试验压力：

式中Pmax——管道低点所承受的最大试验压力/MPa；

σmax——管道允许最大环向应力/MPa；

δ——管道壁厚/mm;

r内——管道内半径/mm。

X70管材其最低屈服强度σs=485 MPa，则管道允许最大环向应力：σmax=0.95 σs=460.75 MPa。

据此原则计算出不同壁厚管材的最低试验压力和最高试验压力，见表2。

表2 各类地区最低试验压力和最高试验压力

本工程主要以一类地区、二类地区为主，为同时满足两类等级地区的试验压力，强度试验的最低试验压力取二类地区的最低试验压力12.5 MPa，强度试验的最高试验压力取一类地区的最高试验压力13.63 MPa。按照公式（2）计算可得，一类地区、二类地区分段内理论允许最大高差为：Δhmax= 111.5 m。

式中Δhmax——分段内允许最大高差/m；

Pmin——管道设计强度试验压力（分段内最高点压力）/MPa；

hp——静水压力换算系数，取98.7m/MPa。

根据计算的理论最大高差，按照竣工测量中线成果表，初步划分试压段落，同时考虑试压水源的选取位置。由于一类地区一般位于山区内，其高差比二类地区高，在考虑静水压力作用的前提下，可以适当提高试压分段的高差，选取更有利的试压分段。试压分段完成之后，保证最高点试验压力达到最低试验压力，复核各点的试验压力是否满足设计要求。

2 减少试压段落残余气体量的方法

2.1 试压段落内残余气体的影响

美国规范ANSI／ASME B31.8-2010《气体输送和分配管道系统》给出了水压试验的曲线图（见图1），从图中可以看出气体对水压试验升压过程的影响。气体的压缩性比较大，在到达气体压缩临界点前，同样注水量情况下，水压试验过程中管道内压力的增加小于理想状态下压力的增加，当超过气体压缩临界点时，随着注水量的增加，管道内压力的增加接近于理想状态。因此水压试验过程中，如果管道内残余空气太多，升压过程将非常缓慢，这将直接影响管道水压试验的效率。如何减少水压试验管道内空气残余量，是水压试验过程中的一个重要课题。

图1 水压试验曲线

2.2 水封法上水

根据以往的试压经验，注水方式直接影响试压段内空气残余量的多少。一般工程试压将试压点一段置于高点，可以采用安装放空阀的方式排气，减少管道内空气的含量。但长输管道受地形及试压水源的限制，试验段的两端一般设在相对平缓的地段，而且长输管道不允许在管道上开孔，因此考虑采用水封法上水。

安装试压头前，在上水端试压头内安装2套直板清管器，如图2所示。注水泵通过阀门与试压头相连，同时阀门的安放位置要满足清管器的长度要求。

图2 试压头内清管器的安装位置

试压段管道注水过程可分四步进行：

第一步：注水开始时，首先开启注水阀门1，在第一个直板清管器前面的管道内注入250～300m3的冲洗水。冲洗水注入后，关闭注水阀门1，同时将流量计复位到0。

第二步：开启注水阀门2，将试压用水注入到第一个直板清管器之后，用试压水将第一个直板清管器推出试压头。在第一个直板清管器的后面，注水250～300 m3之后，关闭注水阀门2，同时将流量计复位到0。

第三步：开启注水阀门3，将试压用水注入到第二个直板清管器之后，用试压水将第二个直板清管器推出试压头。要准确记录直板清管器发射的时间。

第四步：在第二个直板清管器后注水250～300 m3后，同时开启注水阀门1、注水阀门2，持续注水推动2个直板清管器和冲洗水前进。整个注水过程中，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，保证在注水时直板清管器后面的水流不会中断。保持直板清管器和接收头之间有充足的背压（通过控制直板清管器行走时在接收端试压段的通风来实现）。

注水过程中通过在试压末端设放空阀进行排气。如果条件允许，在试压段末端收到清管器后可继续注水以达到更好的排气效果。

2.3 成功案例

现以西气东输第18标段第三试验段的水压试验为例进行说明。

为正确了解水压试验升压过程中管道注水量与管道内压力的变化，以判断管道中是否存在残余空气，在升压过程中需要绘制压力—容积图。按施工规范要求，压力—容积图的压力从管材最小屈服强度的10%开始，首先计算并绘制出管道水压试验的理论加压曲线图，再根据升压过程中压力天平的测量数据及实际注水量，将数据绘制到压力—容积图上。本段升压过程的压力—容积曲线见图3。