试压时管段划分直接决定了试压的工程量 ,多 试压一段 ,就必然多一个整体的试压程序 ,因此在进 行管段划分时 ,应综合考虑国内外的规范和施工实 例 ,结合管道沿线的自然环境和施工工期 ,准确计算 各点的压力值 ,灵活确定试压管段的起止点 。
三 、试压介质的选择
常用的试压介质是洁净水和空气 ,也可以是天 然气或惰性气体 (氩气 、氮气等) ,根据实际情况需 要 ,防冻液也可用作试压介质 。早期管道试压 ,特别 是输气管道 ,一般使用空气作为试压介质 。20 世纪 70 年代以前 ,以空气作为试压介质 ,发生了几次重 大事故 。1964 年 ,我国在建设威成输气管道时 ,使 用空气试压 ,雷碑坳跨越工程在试压时整体炸飞 。 国外在 20 世纪 50～70 年代间 ,也频频发生了多起 空气试压撕裂管道的恶性事故 。在加拿大 ,一次撕 裂长度达到 4. 18 km 。1960 年在美国新墨西哥州 ,
主题词 长输管道 试压 试压介质 屈服强度
一 、前 言
随着我国油气工业的迅速发展 ,长输管道工程 也随之增加 。到 2005 年 ,我国已经先后建成了西气 东输 、陕京二线 、忠武线等长输管道 ,积累了大量的 施工经验和技术数据 。目前 ,连接新疆和广州的西 气东输二期工程正处在规划设计阶段 “; 川气东送” 工程已经获得国务院正式核准 ,管道干线预计全长 1 702 km ,最大输气量将超过 150 ×108 m3 / a 。建设
这些重大的长输管道 ,需要更加安全和有效的施工 工艺 。在长输管道工程中 ,试压是其中的一个重要 工序 ,是对管道施工质量 、材料性能 、管道整体性的 一次综合检验 。目前国际上普遍使用压力2容积曲 线法进行水压试验 ,将水压试验的压力提高至管材 最小屈服强度值的 1. 0～1. 1 倍 ,而国内还未应用此 方法 ,不少新建管道仍用空气做管道的强度试压介 质 ,落后当代水压试验技术 40 年〔1〕。结合现有的国 家规范和近几年国内外的施工情况 ,从管段划分 、试 压介质选择 、试验压力三个方面进行综述 。
国外在进行管段划分时比较灵活 。参考规范要 求 ,结合具体情况 ,可以适当延长或缩短试压管段长 度 。苏丹输油管道〔7〕起自南部黑哥林格油区首站 , 经过奥贝伊德 、喀土穆 ,穿越尼罗河 、阿特巴拉河 ,翻 越红海山区 ,终止于苏丹港末站 。管道全长为 1 504 km ,管径为 711. 2 mm ,材质为 A PI 5L X60 ,钢管的 壁厚为 10. 72 mm 和 16. 36 mm ,设计压力分别为 9. 722 M Pa 和 14. 844 M Pa 。按照常规的试压分段 方法 ,1 504 km 的管道就需要分八十多段 ,这对于 部分地区严重缺水 、环境条件恶劣的苏丹而言施工 难度很大 。通过查阅国外的有关标准和规范 ,将试 压管段最长延长至 60 km ,管段数量比常规划分减 少了 1/ 3 。延长试压分段长度明显减少了工作量 , 但缺点是因管道过长 ,出现缺陷或泄漏的概率增加 。 总体试压时间有的长达几个月 ,多次升压 、降压 ,不 仅延误工期 ,也对管道造成了损伤〔8〕。
1 、 规范要求 GB50251 —2003 输气管道工程设计规范〔4〕对 输气管道试压介质的规定是 ,位于一 、二级地区的管 段可以采用气体或水作试验介质 ;位于三 、四级地区 的管段及输气站内的工艺管道应采用水作为试验介 质 ;在三级地区试压时最大环向应力小于 50 %σs , 四 级地区试压时最大环向应力小于 40 %σs , 且最大操 作压力不超过现场最大试验压力的 80 % ;如果所试 验的是新管子 ,并且焊缝系数为 1. 0 时 ,三 、四级地 区的管段及输气站内的工艺管段可采用空气试压 。 在 S Y0401 —98 输油输气管道线路施工及验收规 范〔3〕和 GB50251 —2003 输气管道工程设计规范〔4〕 的规定中 ,对试压介质选择的规定大致相同 。叶学 礼教授在 GB 50251 —2003 输气管道工程设计规范 关于试压的若干规定中 ,对国外五部标准就试压介 质的选择进行了比较 ,结果表明 ,在正常情况下 ,三 、 四级地区的管段及输气站内的工艺管道试验介质应 采用水 ,若用空气试压 ,则必须有条件限制以确保安 全〔11〕。综合国内外管道工程设计和施工规范 ,长输 管道试压介质应首选水 ,当水作试压介质条件不具 备 ,并且空气试压能满足管道环向应力及焊接要求 时 ,才允许空气作试压介质 。 2 、 空气试压及止裂韧性 在水资源匮乏 、高差大 、气温低的地区 ,如果以 水作为试压介质在使用上有局限性 ,可以用空气代 替 。使用空气试压时 ,如果管道有微小缺陷可能发 生泄漏或破裂 ,这是允许的 。但如果造成长距离的 爆破或撕裂 ,就属于事故 。当管道自身的承压应力 值大于管道的空气内压应力时 ,在某些缺陷部位会 发生起裂 ,但不会发生长距离的爆破和撕裂 。理论 上 ,管道的夏比试样冲击韧性值应大于止裂所需的 夏比试样冲击韧性值 。因此 ,以气体作为试压介质 , 在编制试压方案和组织试压前 ,应该对管体止裂韧 性进行计算 ,以防止发生管道爆破或撕裂事故 。文 献[ 12 ]以西气东输管道为例 ,详细说明了管道的止 裂韧性的计算过程 ,是计算止裂韧性较好的例子 。 该文献采用三种止裂韧性公式对空气试压时管道的 止裂韧性进行了计算 ,并与管材的韧性试验值比较 ,
1 、 管段划分的规范要求 Q/ S Y XQ1 —2003 西气东输管道工程线路工 程施工和验收规范〔2〕要求 ,水压试验管段不宜超过 35 km ,S Y0401 —98 气压试验管段不宜超过 15 km 。 输油输气管道线路施工及验收规范〔3〕也有相同的规 定 。另外 ,这两个规范对试压管段的高差也有规定 , 试压管段的高差不宜超过 30 m ,如果管段的高差超 过 30 m ,应根据该段的纵断面图计算管道低点的静 水压力 ,核算管道低点试压时所承受的环向应力 , 其值 不 得 大 于 管 材 最 低 屈 服 强 度 的 0. 9 倍。 Q/ S Y XQ1 —2003西气东输管道工程线路工程施工 和验收规范要求 ,低点试压时所承受的环向应力不 能超过管材最低屈服强度的 0. 95 倍 ,相对宽松一 些 。另外 , GB50251 —2003 输 气 管 道 工 程 设 计 规 范〔4〕要求 ,输气站和穿越大中型河流 、铁路 、二级以 上公路 、高速公路的管段应单独进行试压 。在目前 的施工中 ,穿越水压试验一般在地面上进行〔5〕,穿越 段试压合格后 ,再与其它管段连头 ,参加管段试压 。 2 、 管段划分的施工实例 按照规范要求 ,管段划分一般取站场 、阀室的出 入口为起止点 ,结合管道的长度和高差 ,确定具体的 位置 。目前 ,国内长输管道试压和管段划分拘泥于 规范 ,例如 ,涩宁兰输气管道采用 X70 管材 ,规格为 <660 ×7. 1 mm , 管 材 的 最 小 屈 服 强 度 σs 为 415 M Pa ,强度试验压力为 7. 04 M Pa , 其中鸡拉山试压 段长 35 km ,管段高差为 1 100 m 。经计算 ,低点环 向应力为 364. 3 M Pa , 管材屈服强度的 0. 9 倍为 373. 5 M Pa ,满足规范要求 ,但施工试压中仍将这段 分成两部分〔6〕,加大了作业量 。结合涩宁兰输气管 道的施工经验 ,随后颁布的 Q/ S Y XQ1 —2003 西气 东输管道工程线路工程施工和验收规范〔2〕将低点环 向应力值提高到 0. 95 倍的管材最小屈服强度 ,以便 在安全的前提下 ,尽量减少试压时的工程量 。
司派工程师对 68 个进口球阀进行了驻厂监造 ,取得 了很好效果 ,获得了业主的认可 。这是国内聘请阀 门启用工程师执行驻厂监造为数不多的一次 。
北京华油天然气有限公司派出 23 名技术人员 学习阀门启用相关技术 ,其中 12 人获得聘书 。2005 年该公司与 J HU 公司联合创办了阀门维护工程师 中国培训中心 (Valve Pro China) 。
2006 年底 ,中国石油管道公司派 7 名工程师赴 加拿大南阿尔伯达技术学院 ( SA I T) 阀门维护专业 工程师培训中心 (Valve Pro) ,接受以阀门启用为核 心的阀门维护专业培训 。在涩宁兰增压工程中 ,湖 东压气站实施了阀门启用 ,取得了明显效果 。为解 决管道工程的阀门技术管理“短板”问题 ,经过一年 多的调研 、对标 、研究分析 ,中国石油管道公司制定 了以阀门启用为核心的《油气管道工程通用阀门管
· 5 0 · 油 气 储 运 2008 年
经验交流
长输管道的试压
孟 祥 启 3 彭 顺 斌
(中国石油塔里木油田公司)
孟祥启 彭顺斌 :长输管道的试压 ,油气储运 ,2008 ,27 (9) 50～54 。
摘 要 长输管道试压是管道施工中的一道重要工序 ,是对管材和焊接质量的综合检验 。从 管段划分 、试压介质的选择 、试验压力的确定等方面对试压工作进行了论述 ,介绍了国内外先进的 施工实例和试压理念 ,旨在推动实现试压工作的专业化 ,保证管道长期运行的安全性 。
根据水源分布情况和管道的高差 ,缩短试压分 段长度 (根据不同管径 ,一般在 3～5 km) ,可以实现 机组间距离紧密 、滚动作业 ,形成测量 、布管 、组焊 、 检测 、防腐 、下沟 、试压同时连续作业的施工布局方 式 ,真正实现机械化一条龙流水作业 ,保证试压与组 焊作业基本同步 , 大大缩短施工工期〔9〕。这种缩短 试压分段长度方式的缺点是 ,在管道中留有较多死 口 ,只能通过各种检测手段来保证质量 。
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油 气 储 运
2008 年
撕裂达到 12. 18 km〔10〕,是空气试压撕裂最长的一 次 。70 年代以后 ,水作为试压介质得到广泛应用 。 随着水试验的科学研究和现场施工经验的积累 ,目 前各国对试压介质都已经有了明确的规定 。
(收稿日期 :2007210222) 编辑 :李在蓉