工艺管线冬季试压方法与良好施工实践

2022-10-18王举田

石油和化工设备 2022年9期

王举田

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛 266520）

1 引言

工艺管线设计、预制、安装流程长，建造工艺复杂，成为海上石油平台或LNG陆地模块建造的关键路径。受项目图纸、材料、完工交付日期等因素制约影响，部分管线试压工作将处于冬季施工期。寻找冬季管线建造和试压各环节施工关键控制节点，采取有效措施提高冬季施工质量，保证试压合格率，有利于提高模块整体建造水平，保障项目调试及交付周期[1]。

2 工艺管线冬季施工与试压方法

工艺管线从车间预制到最终交付调试，需经历试压、清洁、干燥、恢复等多道工序。为了提高冬季施工与试压质量，管线建造过程需采取管线焊口预热、试压水易结冰处理、试压后空气露点测量监测的方式，控制各道工序严格按照施工规范进行，如图1所示。

图1 管线冬季试压流程与质量控制保证

2.1 管线冬季预制安装

管线预制是工艺管线建造过程中的首道工序，一般在预制车间内进行施工，在图纸、材料、建造程序等输入条件下可进行批量化的生产。预制过程需严格按照建造程序进行，预制精度和焊口质量对后续进行管线模块总装和试压至关重要[2]。

管线预制喷涂后，可交接模块建造场地进行安装施工。安装过程与预制过程参照相同的ISO图纸，并且执行相同的焊口施工与检验流程。与车间预制不同的是，处于冬季施工期的管线安装现场，受大风、低温等环境因素影响更大，因此需制定更加完善的冬季施工保障措施。焊接工艺规程（WPS）中已明确管线焊口预热温度，现场施工中可使用烤把对焊口附近进行加热，避免环境温度过低造成焊口焊接缺陷。大风天气下，为避免偏弧产生焊接气孔，可在焊接区域周围使用防火帆布进行挡风作业，如图2所示。另外，使用保温被采取焊后缓慢冷却方式可提高焊口施工质量[3]。

图2 管线预制挡风与温度检测

2.2 管线冬季试压流程

管线安装完成后，需对照试压包进行查线，并进行尾项整改工作。销项过程可分为实体性施工工作和文件的查阅准备工作。实体性销项可对照试压包查线遗留的尾项进行逐条施工，如管线不水平、在线仪表未按照试压包要求移除等。以试压包为单位，在实体性尾项施工完成后进行整体报检销项，为试压工作做好准备。除了实体性销项工作外，焊口的WTR（焊口检验报告）审核、试压包内图纸替换更新等属于文件查阅准备工作。为了保证试压质量和安全性，试压前所有焊口的组对、外观检验记录必须齐全，需要进行无损检测的焊口必须取得合格的检验报告。试压前销项完成后，即可进行管线水冲洗和试压工作。

由于工艺管道试压最常用的介质为水，冬季极易结冰，因此与其他季节相比，冬季试压需克服试压介质结冰等不利因素的影响。另外，试压后需及时排放试压水，避免水结冰后体积膨胀，对管道造成破坏，如图3所示。

图3 试压水未排放干净造成管道内结冰

试压结束后，对管道进行清洁和干燥工作。管线干燥最常用的设备为干燥机，按照建造规格书要求，可使用露点仪对干燥后管道内的空气露点进行测量，直至达到干燥要求。

管线恢复工作即重新安装试压阶段拆除的在线仪表、阀门等，并拆除已加装的试压盲板等工装。对于查线阶段遗留的尾项也需进行逐一施工销项，如导向、限位块的安装等。管线试压的目的在于检测管线母材或焊道的强度，对于部分重要系统，试压包恢复完成后，需进行气压试验或氦氮试验，以检测仪表或法兰节点的密封性。管线节点使用法兰管理紧固工艺可大幅提高密封性，提高密性试验成功率。

3 管线冬季试压良好实践

工艺管线冬季试压的难点集中在试压水易结冰、试压后清洁干燥时间长等不利因素上，因此本文从试压介质替代、试压介质凝固点改善、物理升温、多包联合试压四方面出发，结合工程项目中的成功应用，给出以下管线冬季试压的良好实践。

3.1 使用气压代替传统水压

工艺管道工作介质以流体居多，试压包设计中优先采用水压试验。但某些工艺系统，如仪表气、公共用气、放空系统等，管道内正常工作介质为气体，冬季采用水压试验难度增大的前提下，当试验压力低于1.6MPa时，可采用气压试验代替水压试验，提高试验效率。气压试验试压介质通常采用清洁干燥的压缩空气或氮气。采用此种替代方式需注意压力换算值及气压试验带来的安全风险增加。对于压力换算，采用气压试验时，压力应不高于设计压力的1.1倍，这与水压试验最小应为设计压力的1.5倍不同[4]。安全风险方面，气压试验需考虑管道材料非延性断裂、试压气体的存储能量释放、安全距离计算与隔离等风险[5]。其中气压试验中压缩空气储能E可使用以下公式进行计算：

E=2.5PabsV[1-(Pabs/atm)0.286]

公式中：

E—试压管道内系统储能，单位J;

V—试压管道内容积，单位m3；

Pabs—绝对压力，单位Pa；

atm—标准大气压，取值101.325kPa。

试压包储能值得出后，可根据试压现场安全要求计算出相应的隔离距离，确保施工安全。

3.2 试压介质凝固点改善

不同液体的凝固点不同，标准大气压下，水由液态转换为固态的温度为0°C。工程实践中，可采用往试压水中添加高凝固点液体的方式，改善试压水的凝固点，使冬季环境温度即使低于0°C，试压水也不会凝固，增强试压水的适用性。乙二醇是一种无色的液体，其水溶液冰点可降至-68°C，因此可用作防冻液作为试压水的添加剂。防冻液与水的配比参照产品说明书，根据试压环境温度而选择合适的比例。试压前，需使用冰点仪等设备对试压水进行冰点测量，以满足项目需求。另外，为了提高防冻液的重复利用性，应对试压水进行回收处理，碳钢与有色金属管线试压水应分别存放，张贴标识，如图4所示。在回收装置的出口处，添加阀门和过滤网，去掉试压水杂质，保证重复利用的清洁度要求。乙二醇属于危险化学品类别，因此施工过程中应尽可能增加循环使用次数，减少处理和排放。

图4 有色金属管线试压水回收罐

3.3 物理升温法

如上所述，冬季试压最突出的制约因素为试压水结冰，因此采用试压水物理升温法，保证管道内水温始终高于冰点，可有效解决这一矛盾点。物理升温法最常用的方式为对试压管线缠绕伴热带或伴热保温被，通电后采用热传导的方式，对试压水进行加热，保证即使环境温度低于冰点，管道内试压水也能以液体形式存在，如图5所示。另外，对于容积小的试压包系统或者单管试压时，可仅对试压管汇进行伴热升温，就可达到整个试压包系统内试压水不结冰的目的，极大提高了冬季试压效率和试压工装的适用性，如图6所示。

图5 电伴热进行试压水加热

图6 伴热式试压管汇

3.4 多包联合试压

联合试压即在试压包管线材质相同、试验压力值相同或相近的前提下，将不同的试压包单体采用串联或并联的方式形成整体，使用同一套试压工装进行升压、稳压和泄压。联合试压可在压力包准备就绪的前提下，选取冬季适合的时间窗口期，如白天温度超过0°C的环境下进行集中打压，可有效减少伴热带或防冻液的使用，极大提高试压效率。值得注意的是，联合试压包应尽量采用并联而非串联的方式进行试压准备，这样可避免在某一单包出现泄漏的情况下及时剔除，最大化保证试压通过率。