我国首次高强度试压方案的设计与应用



我国首次高强度试压方案的设计与应用

管道的设计参数是权衡管道设计过程中管道安全可靠性和建设成本的关键参数，需综合考虑管道铺设环境（人文环境和地质结构）、钢材质量性能和设计输量。提高设计系数可以在管道壁厚不变的条件下提高输气压力，从而增加输量，提高输送效益；也可以在输气量一定的条件下，减小管材壁厚，从而节约管材用钢量，减少工程投资。

根据GB50251—2003《输气管道设计规范》，目前我国天然气管道在人烟稀少的一级地区采用的是0.72的设计系数，在水压试验时试验压力产生的环向应力一般达到90%SMYS（管材最小屈服强度，下同）；在复杂山区地段等实际项目中，最高不超过95%SMYS。欧洲和北美等国家，早已在一级地区采用0.8的设计系数，如在著名的Alliance管道、RockiesExpress管道等工程的管道运行实践证明提高设计系数是可行的。

随着我国管线钢的冶金技术、制管技术、管道施工技术以及质量控制水平的不断提高，现已具备采用较高设计系数的条件。为了提高管道输送效率，我国在西气东输三线西段一级地区的天然气管道上第一次采用了0.8设计系数。西三线建成后，通过借鉴美国联邦法律49CFR192、ASMEB31.8-2010和CSAZ662-2007等标准要求，首次完成0.8设计系数下的管道水压试验，并通过本次试验确定了试压介质、试验压力、试压时间、试压控制等具体试验方案。

（1）试压介质—水压试验采用水作为试压介质；

（2）试验压力—水压试验采用最高点处的管道环向应力应不低于管材屈服强度的100%，且最低标高处管道的环向应力应不高于管材屈服强度的105%；

（3）试压时间—强度试压稳压不小于4h，严密性试压稳压24h；

（4）试压控制—试压控制采用压力-容积控制法，即P-V曲线控制。通过试压时管道升压与进水量之间的关系曲线的变化，反映管道的鼓胀变形情况，以便控制管道的试压过程。如果试压管段钢管未发生屈服变形，则管道压力将保持线性增长至最大试验压力；如果压力上升到一定程度后，试压管段钢管发生了屈服变形，由于鼓胀变形的影响，进水量不断增加，但压力上升缓慢，呈现下摆趋势。

（5）含气量确定—管内含气量过多会导致屈服点测量失准，试压过程中通过双减压试验检测含气量，在升压到30%和60%试验压力时分别进行0.05MPa压降的减压试验，以检测试压用水的含气量，确保含气量在允许范围以内。

（6）管道允许膨胀变形量—CSAZ662-2007标准和NACERP0394-2002标准要求的应变极限为1.3%，我国首次进行高强度水压试验，保守取环向容许塑性应变值为1.0%。膨胀变形超过+1%的管段应进行开挖验证，膨胀变形超过+1.5%的管段开挖确认后割管处理，并提供几何变形检测报告。

图1 我国首次高强度试压流程图

水压试验的具体流程如图1所示，试压结果显示，双减压试验测得含气量小于6%。P-V曲线显示达到105%SYMS对应的最高试验压力（15.78MPa）附近时，管道压力线性增长趋势未发生明显变化，即管道未发生明显的屈服变形。监测得到的管道最大应力为555MPa，对照相应钢管出厂记录中的管材强度记录，该应力未超过管材的屈服强度，管材未发生明显的屈服变形，仍处于弹性变形范围内，管道未在最低点、热煨弯头等关键点发生明显的屈服变形。此次高强度水压试验的顺利完成，为我国一级地区采用0.8设计系数的水压试验积累了经验。

祝悫智 编辑自《油气储运》2015年5期“我国首次高强度试压方案的设计与应用”（原作者刘玉卿等）