油气长输管道高落差水试压技术浅析

程欣

摘 要：水试压是保证新建油气管道安全运行，而在投入使用前采取的必要技术手段。高落差地形下试压工作的顺利完成，与地形情况、试压分段合理性、试压流程的制定等密切相关，还应注意避免试压后排水作业时易出现的弥合水击效应造成的安全事故。

关键词：长输管道；高落差；安全；水试压

中图分类号：TE97 文献标识码：A

新建油气长输管道的水试压，应结合上水点和排水点位置、设备进场、地形高差、清管排空场地、当地排水设施等因素，综合考虑试压段的合理划分。高落差地形下的管道试压，针对地形高低起伏大，还应采取足够的技术措施，避免出现弥合水击效应对管道的损毁。

一、试压首末端选择

试压的首端应具有充足的洁净水源，以附近有湖泊、溪流、沟渠为宜。上水点应尽量靠近水源点，减少临时上水管的连接，同时应便于大型试压设备进场。

末端宜选取管段两端的低点位置，应充分结合当地排水设施，避免对植被、水土农田造成损毁。

试压首末端应尽量避开人口稠密区、公路、铁路等。

二、试压分段

试压分段应根据管道的设计断面图和平面图，以不同的管道壁厚（地区等级）为关键节点，结合设计气流方向，列出每种壁厚管段的起止位置、长度、各段内的最大和最小管底高程，并计算出各段的高差。

根据管材屈服强度、试压时允许的管道环向应力，算出各种壁厚管道的最大允许高差。针对高落差地形的特殊性，为了减少试压分段，宜采用管道低点处的环向应力不大于管材最低屈服强度的0.95倍为控制要求。

计算公式如下：

[σ] = （1）

式中：

[σ] —试压时允许的管道环向应力（管材最低屈服强度的0.9 倍或0.95倍） MPa；

P—允许的最大试压压力/MPa；

D—管道外径/mm；

t—管道壁厚/mm。

由公式（1）可算出最大允许试压压力P：

P =

另根据液体压强公式

P=ρgh （2）

式中：

ρ—水的密度，1000 kg/m3；

g—单位质量的物体所受的重力，取值9.8N/kg ；

h—最大允许的高差，m。

由公式（2）可算出最大允许高差h：

h=

高落差地形下，为确保试压的安全性，当一个试压段的高差超过了其最大允许高差，须将该试压分段再次拆分，直到各试压段的高差满足要求。同一试压分段内宜只包含一个地区等级，最多有两个相邻级别的地区等级。

分别计算各地区等级管道的最大允许压力值P，以及各试压段内各地区等级的管段内试压时将达到的最大压力值P0。以各段的P值大于对应的P0值为安全与合理的判断依据。

三、避免弥合水击效应的技术手段

由于高落差地形下的管道高低起伏大，若排水过程中的管道内仍存在大量气体，那么在地形的高点容易聚集气体而形成气柱。气柱会在扫水清管器的推动下不断被压缩，压力同时在不断增加，直至在管道末端附近破灭，进而产生弥合水击效应，管道被远超其能承受极限的瞬间高压而击破损毁。

高落差地形下，形成弥合水击效应的必要条件是：

一是排水过程中的管道内存在气体，气体产生的常见原因是：

（1）管道注水时气体排空不完全；

（2）管道起伏过大，流体压力变化明显，在低压段液体对空气的溶解率降低，释放出空气；

（3）排水时，若管道出现负压或压力降到饱和蒸气压之下，也会出现气泡导致水注分离，并进行空气腔等；

二是排水口较小。排水口直径影响水的流动状态，进而影响气柱的压缩状态及其压力，较小的排水口，排水时末端试压头产生的背压较大，气体的压缩量及其压力随之增大；

三是试压段末端之前存在地形的高点。

为避免出现弥合水击效应，必要的技术手段是：

首先应保证管道内注满水，管道内空气被排干净。在试压头组焊前放入清管器，作为隔离球。起动注水泵，将水注入到隔离球后面。注入的水推动隔离球不断前行，以防形成气穴，直到完成试压管段的注水。

应对隔离球的行走速度加以控制，最大速度应限制为3km/h，保持隔离球有0.1～0.3MPa的背压，防止下坡段注水过快，确保在注水时隔离球后面的水流不会中断。

隔离球前的空气应通过末端的排气阀放掉。待隔离球到达末端后，应立即关闭排水阀。应至少每小时监测注水量，以便计算隔离球的行进位置。

排水口截面积至少为被试压管径的1/5。

排水口位置应尽量远离高落差点。

排水时应建立并动态监控排水背压。应防止扫水清管器下坡段速度过大。除去水柱高差产生的压差后，背压应控制在0.3～0.5MPa为宜。

应在扫水清管器达到最后一处高点前调小排水阀流量，以提高阀前压力。

结语

管道高落差水试压技术的不断完善，能更有效的避免出现施工安全隐患，更有利于我国油气管道建设健康、快速的发展。

参考文献

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