油氣長輸管道高落差水試壓技術(shù)淺析

程欣

摘 要：水試壓是保證新建油氣管道安全運行，而在投入使用前采取的必要技術(shù)手段。高落差地形下試壓工作的順利完成，與地形情況、試壓分段合理性、試壓流程的制定等密切相關(guān)，還應(yīng)注意避免試壓后排水作業(yè)時易出現(xiàn)的彌合水擊效應(yīng)造成的安全事故。

關(guān)鍵詞：長輸管道；高落差；安全；水試壓

中圖分類號：TE97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

新建油氣長輸管道的水試壓，應(yīng)結(jié)合上水點和排水點位置、設(shè)備進(jìn)場、地形高差、清管排空場地、當(dāng)?shù)嘏潘O(shè)施等因素，綜合考慮試壓段的合理劃分。高落差地形下的管道試壓，針對地形高低起伏大，還應(yīng)采取足夠的技術(shù)措施，避免出現(xiàn)彌合水擊效應(yīng)對管道的損毀。

一、試壓首末端選擇

試壓的首端應(yīng)具有充足的潔凈水源，以附近有湖泊、溪流、溝渠為宜。上水點應(yīng)盡量靠近水源點，減少臨時上水管的連接，同時應(yīng)便于大型試壓設(shè)備進(jìn)場。

末端宜選取管段兩端的低點位置，應(yīng)充分結(jié)合當(dāng)?shù)嘏潘O(shè)施，避免對植被、水土農(nóng)田造成損毀。

試壓首末端應(yīng)盡量避開人口稠密區(qū)、公路、鐵路等。

二、試壓分段

試壓分段應(yīng)根據(jù)管道的設(shè)計斷面圖和平面圖，以不同的管道壁厚（地區(qū)等級）為關(guān)鍵節(jié)點，結(jié)合設(shè)計氣流方向，列出每種壁厚管段的起止位置、長度、各段內(nèi)的最大和最小管底高程，并計算出各段的高差。

根據(jù)管材屈服強度、試壓時允許的管道環(huán)向應(yīng)力，算出各種壁厚管道的最大允許高差。針對高落差地形的特殊性，為了減少試壓分段，宜采用管道低點處的環(huán)向應(yīng)力不大于管材最低屈服強度的0.95倍為控制要求。

計算公式如下：

[σ] = （1）

式中：

[σ] —試壓時允許的管道環(huán)向應(yīng)力（管材最低屈服強度的0.9 倍或0.95倍） MPa；

P—允許的最大試壓壓力/MPa；

D—管道外徑/mm；

t—管道壁厚/mm。

由公式（1）可算出最大允許試壓壓力P：

P =

另根據(jù)液體壓強公式

P=ρgh （2）

式中：

ρ—水的密度，1000 kg/m3；

g—單位質(zhì)量的物體所受的重力，取值9.8N/kg ；

h—最大允許的高差，m。

由公式（2）可算出最大允許高差h：

h=

高落差地形下，為確保試壓的安全性，當(dāng)一個試壓段的高差超過了其最大允許高差，須將該試壓分段再次拆分，直到各試壓段的高差滿足要求。同一試壓分段內(nèi)宜只包含一個地區(qū)等級，最多有兩個相鄰級別的地區(qū)等級。

分別計算各地區(qū)等級管道的最大允許壓力值P，以及各試壓段內(nèi)各地區(qū)等級的管段內(nèi)試壓時將達(dá)到的最大壓力值P0。以各段的P值大于對應(yīng)的P0值為安全與合理的判斷依據(jù)。

三、避免彌合水擊效應(yīng)的技術(shù)手段

由于高落差地形下的管道高低起伏大，若排水過程中的管道內(nèi)仍存在大量氣體，那么在地形的高點容易聚集氣體而形成氣柱。氣柱會在掃水清管器的推動下不斷被壓縮，壓力同時在不斷增加，直至在管道末端附近破滅，進(jìn)而產(chǎn)生彌合水擊效應(yīng)，管道被遠(yuǎn)超其能承受極限的瞬間高壓而擊破損毀。

高落差地形下，形成彌合水擊效應(yīng)的必要條件是：

一是排水過程中的管道內(nèi)存在氣體，氣體產(chǎn)生的常見原因是：

（1）管道注水時氣體排空不完全；

（2）管道起伏過大，流體壓力變化明顯，在低壓段液體對空氣的溶解率降低，釋放出空氣；

（3）排水時，若管道出現(xiàn)負(fù)壓或壓力降到飽和蒸氣壓之下，也會出現(xiàn)氣泡導(dǎo)致水注分離，并進(jìn)行空氣腔等；

二是排水口較小。排水口直徑影響水的流動狀態(tài)，進(jìn)而影響氣柱的壓縮狀態(tài)及其壓力，較小的排水口，排水時末端試壓頭產(chǎn)生的背壓較大，氣體的壓縮量及其壓力隨之增大；

三是試壓段末端之前存在地形的高點。

為避免出現(xiàn)彌合水擊效應(yīng)，必要的技術(shù)手段是：

首先應(yīng)保證管道內(nèi)注滿水，管道內(nèi)空氣被排干凈。在試壓頭組焊前放入清管器，作為隔離球。起動注水泵，將水注入到隔離球后面。注入的水推動隔離球不斷前行，以防形成氣穴，直到完成試壓管段的注水。

應(yīng)對隔離球的行走速度加以控制，最大速度應(yīng)限制為3km/h，保持隔離球有0.1～0.3MPa的背壓，防止下坡段注水過快，確保在注水時隔離球后面的水流不會中斷。

隔離球前的空氣應(yīng)通過末端的排氣閥放掉。待隔離球到達(dá)末端后，應(yīng)立即關(guān)閉排水閥。應(yīng)至少每小時監(jiān)測注水量，以便計算隔離球的行進(jìn)位置。

排水口截面積至少為被試壓管徑的1/5。

排水口位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高落差點。

排水時應(yīng)建立并動態(tài)監(jiān)控排水背壓。應(yīng)防止掃水清管器下坡段速度過大。除去水柱高差產(chǎn)生的壓差后，背壓應(yīng)控制在0.3～0.5MPa為宜。

應(yīng)在掃水清管器達(dá)到最后一處高點前調(diào)小排水閥流量，以提高閥前壓力。

結(jié)語

管道高落差水試壓技術(shù)的不斷完善，能更有效的避免出現(xiàn)施工安全隱患，更有利于我國油氣管道建設(shè)健康、快速的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]遲鵬，任厚毅，張雪梅，李德中，趙志鵬，李銘，袁文熙.可試壓傳壓筒的研制與應(yīng)用[J].石油礦場機械，2007（01）.

[2]王金孝.淺談煉油廠廠區(qū)工藝及熱力管網(wǎng)試壓施工[J].黑龍江科技信息，2010（20）.

[3]張萍，王保三.250閥門試壓檢測工藝的改進(jìn)及現(xiàn)場應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（11）.