油氣長輸管道高落差水試壓技術淺析

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，還應注意避免試壓后排水作業時易出現的彌合水擊效應造成的安全事故。

關鍵詞：長輸管道；高落差；安全；水試壓

中圖分類號：TE97 文獻標識碼：A

新建油氣長輸管道的水試壓，應結合上水點和排水點位置、設備進場、地形高差、清管排空場地、當地排水設施等因素，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，還應采取足夠的技術措施，避免出現彌合水擊效應對管道的損毀。

一、試壓首末端選擇

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

末端宜選取管段兩端的低點位置，應充分結合當地排水設施，避免對植被、水土農田造成損毀。

試壓首末端應盡量避開人口稠密區、公路、鐵路等。

二、試壓分段

試壓分段應根據管道的設計斷面圖和平面圖，以不同的管道壁厚（地區等級）為關鍵節點，結合設計氣流方向，列出每種壁厚管段的起止位置、長度、各段內的最大和最小管底高程，并計算出各段的高差。

根據管材屈服強度、試壓時允許的管道環向應力，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向應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向應力（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 =

另根據液體壓強公式

P=ρgh （2）

式中：

ρ—水的密度，1000 kg/m3；

g—單位質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。同一試壓分段內宜只包含一個地區等級，最多有兩個相鄰級別的地區等級。

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

三、避免彌合水擊效應的技術手段

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，進而產生彌合水擊效應，管道被遠超其能承受極限的瞬間高壓而擊破損毀。

高落差地形下，形成彌合水擊效應的必要條件是：

一是排水過程中的管道內存在氣體，氣體產生的常見原因是：

（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，若管道出現負壓或壓力降到飽和蒸氣壓之下，也會出現氣泡導致水注分離，并進行空氣腔等；

二是排水口較小。排水口直徑影響水的流動狀態，進而影響氣柱的壓縮狀態及其壓力，較小的排水口，排水時末端試壓頭產生的背壓較大，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。

為避免出現彌合水擊效應，必要的技術手段是：

首先應保證管道內注滿水，管道內空氣被排干凈。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。

應對隔離球的行走速度加以控制，最大速度應限制為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。

隔離球前的空氣應通過末端的排氣閥放掉。待隔離球到達末端后，應立即關閉排水閥。應至少每小時監測注水量，以便計算隔離球的行進位置。

排水口截面積至少為被試壓管徑的1/5。

排水口位置應盡量遠離高落差點。

排水時應建立并動態監控排水背壓。應防止掃水清管器下坡段速度過大。除去水柱高差產生的壓差后，背壓應控制在0.3～0.5MPa為宜。

應在掃水清管器達到最后一處高點前調小排水閥流量，以提高閥前壓力。

結語

管道高落差水試壓技術的不斷完善，能更有效的避免出現施工安全隱患，更有利于我國油氣管道建設健康、快速的發展。

參考文獻

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