油氣管道彎管試壓技術方案研究

劉然，王長江，張連宇

（中國石油天然氣管道科學研究院，河北廊坊 065000）

鋼管試壓技術是一種管道在出廠前，應業主要求試驗鋼管的密封特性及耐壓性是否達到所要求級別的水壓試驗技術［1－3］。每根鋼管應進行靜水壓試驗，試驗過程中整個焊縫及管體無泄漏，試驗后鋼管局部管壁無明顯的突起［4］。國內外水壓加壓試驗的鋼管按制造工藝可分為無縫鋼管、焊管；按用途分為套管、油管、管線管、機械管等［5－7］。

隨著我國油氣管道建設事業的突飛猛進和長輸油氣管線勘察、設計技術的不斷進步，管道建設速度逐年加快。但隨著長輸油氣管網的不斷完善，管線設計難度也不斷加大。為滿足高效施工的技術要求及適應復雜的地形地貌特點，彎管的應用在管線設計中的地位越來越重要。因此，彎管的設計、生產及彎管質量直接影響著管道施工建設。彎管在管道建設中應用量的逐年增加，在一定程度上考驗著彎管生產廠家的生產能力。彎管試壓是彎管生產中的關鍵環節，亦是決定彎管生產能力的主要因素。在彎管出廠前，應業主的要求需要對全部或部分的彎管進行水壓試驗，以保證彎管的質量及強度。

1 技術現狀

目前，國內外均沒有專用于彎管試壓的裝備。國內現有彎管試壓技術分為單根彎管試壓和多根彎管試壓。

1.1 單根彎管試壓

將待試壓的彎管兩端用盲板焊接封堵，一端的盲板上設有注液孔，另一端的盲板上設有排氣孔。彎管試壓時，由注液孔注入水或者乳化液，彎管內的空氣從排氣孔排出。待彎管內的空氣完全排出，使用增壓泵給彎管增壓，并保壓一定時間（時間根據彎管的管徑、壁厚決定），最后卸壓、空水。在彎管試壓結束后，對符合規定的彎管需進行兩端盲板的切除。由于熱影響區鋼管的金相組織及力學性能改變，抗壓能力相對降低，在鋼管使用過程中易出現斷裂的現象，所以切割過程中應將焊接時的熱影響區一并切除。而后對彎管進行重新坡口，以滿足出廠要求。整個試壓過程工序繁雜、工人勞動強度大、費工費時、安全隱患大，嚴重影響了管廠的生產效率及經濟效益。

1.2 多根彎管試壓

試壓前，先將多根彎管焊接起來，并在多根彎管連焊后的兩端焊接封堵盲板。一端盲板上開有注水孔，另一端盲板上開有排氣孔。其試壓過程與單根彎管試壓相同。在試壓結束后，需將兩端盲板及接頭焊縫切除，且接頭處的焊接熱影響區也需一并切除，而后再重新完成兩端坡口的加工。多根彎管同時試壓，生產效率似乎提高了很多，但試壓工序依然繁雜，并未給廠家帶來應有的經濟效益。

2 技術方案

B／T 9711.1—1997標準規定，鋼管除進行較高壓力的試驗外，未列入鋼級、外徑和壁厚的鋼管最低試驗壓力應按下式計算［8－10］，即

式中：p為靜水壓試驗壓力，MPa；t為鋼管壁厚，mm；D為鋼管外徑，mm；S為管線鋼的屈服強度，MPa。

2.1 彎管連管試壓技術

彎管連管試壓技術是將試壓的2根或多根彎管用可拆卸連接裝置連接起來，并在連接后的彎管組兩端分別用可拆卸連接裝置連上注水端封頭和排氣端封頭（或者直接將彎管與封頭焊接），如圖1所示。然后由注水口向彎管組內注入水或其他可用于試壓的液體，管內的空氣從排氣口排出，直至管內注滿水。待一切準備結束后，用壓力泵向彎管內的液體加壓，待壓力達到試壓設定值后保壓一定時間，然后卸壓，彎管空水。打開可拆卸連接裝置，取下彎管和封頭，試壓結束。

2.2 單根彎管試壓裝置

單根彎管試壓裝置由注水端試壓頭、夾持機構、平衡機構、排氣端試壓頭、弧形軌道、直線軌道等組成，如圖2所示。

圖1 彎管連管試壓示意

圖2 單根彎管試壓裝置

注水端試壓頭用于封堵彎管的一端，其上設有注水口及不同直徑的密封圈。注水口用于彎管試壓時向彎管內注水；密封圈的材質為橡膠，用于實現對不同管徑彎管的管端密封。

夾持機構為兩瓣式液壓開合結構，通過螺栓及液壓缸與試壓平臺連接，如圖3所示。可用于對試壓彎管進行穩固，確保彎管在試壓過程中不移動。夾持機構與彎管的接觸面為弧面，且其上設有彈性層，以實現與彎管表面的緊密貼合，同時保護試壓彎管外表面不受損壞。

圖3 夾持機構

平衡機構通過螺釘固定于工作平臺上（如圖4所示），用于消除試壓頭在試壓過程中作用于彎管上的力，保證彎管試壓過程中力的平衡及試壓的平穩性。平衡機構與彎管的接觸面為弧面，弧面上設有彈性層，以實現與彎管表面的緊密貼合及對作用力的緩沖，保護彎管不受損壞；平衡機構上設有旋轉軸，用于實現平衡機構的旋轉，以適應彎管的不同狀態，保證與彎管的最佳接觸。

圖4 平衡機構

排氣端試壓頭用于封堵彎管的另一端，其上設有排氣口及不同直徑的密封圈。排氣口用于注水時彎管內空氣的順利排出；密封圈的材質為橡膠，用于實現對不同管徑彎管的管端密封。

弧形軌道用于實現排氣端試壓頭的弧線移動，以滿足不同角度彎管的試壓要求；其上刻有角度指示線，以快速、準確地實現排氣端試壓頭的移動。直線軌道用于實現注水端試壓頭的水平移動，以滿足不同角度、不同長度彎管的試壓要求；其上刻有尺度線，以快速、準確地實現注水端試壓頭的水平位移。

2.3 雙根彎管試壓裝置

雙根彎管試壓裝置由注水端試壓頭、夾持機構、平衡機構、可拆卸連接裝置、排氣端試壓頭、直線軌道等組成，可實現2根彎管的同時試壓，如圖5所示。

圖5 雙根彎管試壓裝置

與單根彎管試壓裝置不同的是，雙根彎管試壓裝置上設有用于連接2根彎管的可拆卸連接裝置。可拆卸連接裝置為兩瓣式開合結構，其內鑲嵌密封圈，通過螺栓與試壓平臺相連，由液壓缸實現自由開合，如圖6所示。當其閉合時，其內的密封圈可實現對2根彎管接口處的密封，有效防止管內試壓水外溢。

2.4 多根彎管試壓系統

多根彎管試壓系統由注水端試壓頭、夾持機構、平衡機構、可拆卸連接裝置、排氣端試壓頭、橫向直線導軌、縱向直線導軌、弧形導軌等組成，可實現多根彎管的同時試壓，如圖7所示。

與單根、雙根彎管試壓裝置不同的是，多根彎管試壓系統上不僅設有前2種試壓裝置所需的基本構件，而且設有由橫向直線導軌、縱向直線導軌、弧形導軌組成的綜合性導軌系統。該綜合性導軌系統以橫向直線導軌為基礎，縱向直線導軌和弧形導軌可在橫向直線導軌上滑動、定位，用于實現多根彎管試壓時排氣端試壓頭的移動與夾緊，以滿足不同角度的多根（奇數根或者偶數根）彎管試壓時彎管的對接、定位、夾緊，確保試壓過程平順。

圖6 可拆卸連接裝置

圖7 多根彎管試壓系統

2.5 技術方案對比分析

彎管連管試壓技術可在空間不受限制的情況下，進行多根彎管的同時試壓，可拆卸連接裝置的應用可使彎管試壓時裝卸方便，效率較高，但存在比較大的安全隱患。

單根彎管試壓裝置占地面積小，可快速完成單根彎管的試壓過程，相對于傳統試壓技術而言，試壓速度快，效率較高，安全性高。

雙根彎管試壓裝置可同時進行2根彎管的試壓，且可拆卸連接裝置的應用可使彎管裝卡便捷，且試壓速度快，效率高，安全性高。

多根彎管試壓系統相對于單根彎管試壓裝置、雙根彎管試壓裝置而言，其結構相對復雜，尤其是導軌系統，且占地面積較大。但多根彎管試壓系統可同時進行多根彎管的試壓，效率高。

3 結語

本文結合鋼管靜水壓力試驗要求及彎管自身特點，本著提高彎管試壓效率、降低工人勞動強度、節約生產成本的原則，經現場調研和文獻資料分析，擬定幾種彎管試壓技術方案，并對比分析各自的優劣勢，為彎管試壓技術的研究及試壓裝備的研制提供可參考性依據，為彎管試壓技術的發展提供方向。為滿足彎管試壓高效率的需求、有效降低工人勞動強度、大幅提高生產效益，今后的彎管試壓技術及設備應朝著機械化、專業化、智能化的方向發展。

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