海外油田地面工程用泵設計標準應用研究

崔茂林 劉賡傳

摘要：海外油田地面工程項目用泵設計工作中，一般會應用到ASME B31標準（包含ASME B31.3、ASME B31.4、ASME B31.8）;API相關標準（API610、674、675、676）。本文通過概述海外油田地面工程用泵設計標準，圍繞ASME B31標準計算內容、壓力試驗、無損檢測等方面探究海外油田地面工程用泵設計標準的應用方式，提升工程建設效率。

關鍵詞：海外油田;地面工程;用泵設計標準

前言：

當前我國和中東、南美、中亞等地區構建海外油氣合作區，實現用泵設計、勘探開發等石油開發體系。其中API610、API674、API675、API676、ASME B31.3、ASME B31.4、ASME B31.8等標準是常見的油田地面工程用泵設計標準，因此有必要針對以上標準分析其在工程建設中的具體應用，結合國內有關標準完成用泵設計和常規檢測的對比分析。

一、海外油田地面工程及用泵設計標準概述

油田地面工程中螺桿泵工作效率高、介質運輸范圍大，因此應用普遍性較高。當原油從地層中開采出后，會借助泵從井口位置輸送到集中處理站，進而完成脫水、脫氣、穩定等操作。因此，原油的運輸、處理與用泵和傳輸管道息息相關。針對不同的油泵種類需要選擇多種標準進行約束，而常見的標準包含ASME B31.3、ASME B31.4、ASME B31.8。ASME B31.3主要面向化工、煉油等設備和工藝裝置;ASME B31.4針對終端設備和工廠運輸裝置;ASME B31.8是借助運輸泵連接終端設備和生產廠間的規范標準;API標準包含石油采油作業、設備制造、設備石油等規范，其中，API610標準主要應用于石油、化工行業的離心泵裝置;API674標準適用于石油化工行業中的往復固定排量泵;API675標準用于計量泵、容積泵裝置設計;API676則是針對石油地面工程中回轉容積泵進行采購和設計規范。

二、多種標準在海外油田地面工程用泵設計中的運用途徑

2.1API標準應用

API標準主要應用于石油行業計量泵要求中，其中包含柱塞泵、隔膜泵，其中回轉泵主要依托API676、往復泵參考API674。該標準可以確保使用設備運行安全性，對采油和石油化工過程制定標準。同時對油田地面工程中的用泵情況進行測量和監控，為后續檢驗驗收工作提供支持。API610標準針對石油工業用離心泵增加最低限度要求，能夠應用于立式懸吊泵、懸臂泵等裝置。該標準涉及到的設備，在制造和設計階段的壽命最低不超過20年，如處于連續運轉狀態則應超過3年。同時，在海外油面地面工程管路設計中，使用臥式泵確保泵管口的載荷處于規定狀態內，降低工程用泵設計的軸位移，滿足施工要求。該標準的應用優勢在于提升設備平均無故障率，因此節省了油田地面工程運維成本。

2.2ASME B31.3標準

2.2.1標準內容

ASME B31.3標準內容主要包含：用泵組件和部件的設計要求;可使用的材料組件標準與要求，如溫度-壓力資料和尺寸要求;針對溫度變化和壓力所產生的反作用力或應力;油泵的裝配、制作、安裝的實際要求;檢驗、排查、實驗的標準和要求。B31.3標準包含多種計算方式，而GB50316標準中計算方式較為單一。B31.3標準相較于GB 50316，沒有圍繞鋼板負偏差直接表達公式。該標準為設計人員提供十分自由的思考空間，因此若工程技術規格書中明確指出鋼管需要限定負偏差或正偏差供貨時，則用泵設計階段無需分析負偏差。

2.2.2無損檢測

B31.3標準中側重對用泵設計工作完成100%的目視檢查工作。針對焊接接頭檢測要求是：常規流體施工狀態下，斜接焊縫和管道焊縫完成任意5%RT檢測[1]。同時，若后續需要開展多種類型可供選擇的泄漏試驗，建議對焊縫完成100%的RT檢查。此外，設計人員應結合施工現場的實際情況和檢測基礎，制定更加嚴格和規范的用泵檢測要求。

2.2.3泄漏試驗

B31.3標準中泄漏試驗包含氣壓、水壓、替代、液氣混合等試驗，一般水壓試驗是常見的檢測方式，原因是該方式相較于氣壓試驗壓力更大，能夠提升試驗安全度、降低風險，產生有利效應。泄漏試驗的環境壓力一般為1.5倍壓力（p）與pr（溫度校正系數）的乘積。此外，由于氣壓危險性較高，因此規定設計壓力為檢測壓力的1.1倍，同時可以加設泄放閥等裝置。保證試驗壓力應穩定保持在至少10分鐘，并目測檢查接頭泄漏問題。

2.3ASME B31.4標準

2.3.1計算標準

B31.4標準的面向對象包含：用泵材料、溫度變化、壓力、部件、連接方式、內外磨損、泵安裝標準等，依據有關標準完成計算和設計，為后續無損檢測和壓力測試奠定基礎。因此，結合泵傳輸所在鋼管的內壓，能夠得出計算公式：T= ，其中 是設計內壓、S是材料允許應用應力、D是管道的外徑、T是管道設計壁厚[2]。常見的壁厚標準包含STD（常規壁厚標準）、XS（加強壁厚）、XXS（加倍雙倍壁厚），通過標準計算公式可以得到實際計算值。

2.3.2壓力試驗

B31.4標準中用泵過程針對壓力試驗的要求為：當環向壓力超過最小服從強度的20%后，應開展水壓試驗，其中試驗壓力與設計壓力的比值為1.25：1，注意壓力維持時間不得低于4小時。由于試驗階段會完成目測檢查，因此若無泄漏問題則可以省略氣密性試驗。同時，若環向應力低于最小服從強度的20%后，應對用泵系統和管道開展氣密性試驗，壓力建議設置為0.7MPa，以數值最小為佳。此外，相較于GB 50253，B31.4標準較為寬松，因此設計人員可以結合現場實際情況制定相關標準。

2.3.3無損檢測

B31.4標準的無損檢測工作中，環向壓力超過最小服從強度的20%時，需要選擇焊縫工程的10%進行無損檢測操作，例如射線照射等方式。針對穿越管道的溪流、河流;居民區、特定工商業區、橋梁、隧道等區域重點開展檢測工作。若部分區域很難近距離檢測，還需要將檢測比重控制在90%以上。

2.4ASME B31.8標準

2.4.1無損測試

ASME B31.8標準中強調，若環向應力超過最小服從強度的20%，可以通過磁粉、射線等方式完成檢測，檢測量應超過90%的區域。GB 50215中指出，焊接接頭時需要借助超聲波、射線進行無損100%檢測，并利用液體、磁粉對焊接表面開展滲透檢測工作。因此，GB 50215標準相較于ASME B31.8標準較為嚴格，在海外油田地面檢測設計時需要結合現場檢測條件，提出相較于ASME B31.8標準更加嚴格的內容。

結論：

綜上所述，通過分析ASME B31標準、API610、674、675、676標準內容和實際應用途徑，能夠體現出其在海外油田地面工程建設過程中用泵的可行性和高效性，保證工程高效進行。因此，有必要深入挖掘ASME B31標準與API系列標準在用泵設計中的應用，為開展國家石油海外戰略工作提供支持，進而提升其在國際石油工程中的技術核心競爭力。

參考文獻：

[1]徐闖.油田地面建設標準化施工管理探析[J].全面腐蝕控制，2020，34（04）：76-78.

[2]張大津，李默宇.海外油田地面工程集成化實施方案探索[J].數字技術與應用，2018，36（08）：200-202+205.