康一龍，張人公，王 怡，滿新寶，王進(jìn)成

（1.深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518052；2.中海石油深圳分公司，廣東深圳 518052）

海底雙層保溫管道系統(tǒng)最終壓力測試接受標(biāo)準(zhǔn)的探討

康一龍1，張人公1，王 怡2，滿新寶1，王進(jìn)成1

（1.深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東深圳 518052；2.中海石油深圳分公司，廣東深圳 518052）

海底管道系統(tǒng)最終驗(yàn)收時(shí)間的長短直接關(guān)系到施工資源的投入和管道的投產(chǎn)時(shí)間，因此在保證管道建設(shè)質(zhì)量的前提下，更快地完成海底管道的驗(yàn)收工作一直是施工方與油田方共同追求的目標(biāo)。在最終驗(yàn)收的壓力測試環(huán)節(jié)，隨著我國海底管道工程向深水方向發(fā)展，海底管道的壓力測試施工時(shí)間呈現(xiàn)出越來越長的趨勢，海底雙層保溫管道壓力測試施工的時(shí)間增加尤為顯著。為縮短管道的壓力測試時(shí)間，根據(jù)雙層海管內(nèi)介質(zhì)溫度與壓力的變化關(guān)系，結(jié)合南海部分項(xiàng)目的實(shí)際壓力測試情況，通過分析、對比溫降和壓降的變化情況，對現(xiàn)行的最終壓力測試接受標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討，提出了新的壓力測試接受標(biāo)準(zhǔn)。

海底管道；壓力測試；接受標(biāo)準(zhǔn)；探討

0 引言

海底雙層保溫管道因其保溫效果顯著，投用后內(nèi)管受機(jī)械損傷概率小等特點(diǎn)，在南中國海的油田中已較廣泛的被使用。該管道一般由內(nèi)管、保溫層、外管和外防腐層等組成 （見圖1）。

由于海底管道建設(shè)的投資費(fèi)用高，施工難度大，施工風(fēng)險(xiǎn)高，且其后期的檢查和維護(hù)異常困難，故在施工和驗(yàn)收時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)都高于陸地管道。在最終壓力測試驗(yàn)收方面，海底管道的壓降接受標(biāo)準(zhǔn)更是只有陸地管道的1/5[1-3]。然而，因海底管道壓力測試一般采用表層海水充當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)，所以當(dāng)水深增加時(shí)，表層海水和底層海水的溫度差異會(huì)大大增加，這直接影響海底管道的穩(wěn)壓時(shí)間，且對于海底雙層保溫管道的影響尤為顯著。

1 海底管道的最終壓力測試接受標(biāo)準(zhǔn)

目前我國的海底管道系統(tǒng)暫無國家標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也是參照挪威船級(jí)社 （DNV）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編制的。在實(shí)際工程驗(yàn)收過程中，海底管道的最終壓力測試接受標(biāo)準(zhǔn)一般采用DNV的接受標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

SY/T 10037-2002《海底管道系統(tǒng)規(guī)范》為最新的海底管道接受標(biāo)準(zhǔn)，等同采用挪威船級(jí)社 《海底管道系統(tǒng)規(guī)范》 （DNV,Rules for submarine pipeline system，1996年版），本標(biāo)準(zhǔn)第9章第15節(jié) “最終試驗(yàn)和運(yùn)行設(shè)備”中描述了海底管道最終壓力測試的接受方法[1]。

1.2 DNV標(biāo)準(zhǔn)

DNV-OS-F101，SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS（2007版） 第10章 “O.Final Testing and Preparation for Operation” 中描述了海底管道最終壓力測試的接受方法[3]。

1.3 國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與DNV標(biāo)準(zhǔn)的分析

國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與DNV標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)為DNV標(biāo)準(zhǔn)的舊新兩個(gè)版本，除可縮短穩(wěn)壓接收周期的容積范圍變小之外，最終壓力測試的接受方法基本沒有變化。采用此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，如果管道建設(shè)質(zhì)量合格，最終肯定可以滿足其標(biāo)準(zhǔn)。

對于單層管或者淺水處管道，雖然溫差對驗(yàn)收時(shí)間有一定影響，但是由于施工準(zhǔn)備耗時(shí)填補(bǔ)了一部分熱平衡時(shí)間，所以其影響不是非常明顯。然而隨著水深增加，溫差變大，海底雙層保溫管道壓力測試施工的時(shí)間增加卻非常明顯?，F(xiàn)行的國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或DNV標(biāo)準(zhǔn)沒有對此時(shí)的接受標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)指導(dǎo)性的意見或建議。目前南中國海的雙層保溫海底管道工程日漸增多，一項(xiàng)切實(shí)可行的壓力管道接受標(biāo)準(zhǔn)，無論是在經(jīng)濟(jì)上還是環(huán)境保護(hù)上都具有十分積極的意義。

2 南中國海近期部分海底雙層保溫管道壓力測試

隨著我國海洋石油工程建設(shè)不斷向深海方向發(fā)展，南中國海的海底管道施工量逐漸增多。現(xiàn)對近期南中國海的部分海底雙層保溫管道的壓力測試情況進(jìn)行匯總，見表1。

表1 南中國海近期部分雙層海底管道壓力測試情況匯總

3 溫降、壓降變化分析方法

管道內(nèi)溫降、壓降的分析方法已經(jīng)比較成熟，現(xiàn)對目前較常采用的溫降、壓降的分析方法進(jìn)行介紹。

3.1 溫降分析方法

采用PIPEFLO軟件中的模塊對海底雙層管道內(nèi)海水的溫度隨時(shí)間變化的情況進(jìn)行分析。該模塊的計(jì)算公式如下：

式中Tτ——停輸τ小時(shí)后管內(nèi)介質(zhì)溫度/℃；

Te——管道外圍環(huán)境溫度/℃；

Ts——開始停輸時(shí)管內(nèi)介質(zhì)溫度/℃；

D——管道保溫層外徑/m；

k——管道總傳熱系數(shù)/（W/（m2·℃））；

τ——停輸時(shí)間/h；

C0——管內(nèi)介質(zhì)比熱容/（J/（kg·℃））；

ρ0——管內(nèi)介質(zhì)密度/（kg/m3）；

d0——內(nèi)層鋼管的內(nèi)徑/m；

Ci——第i層材料的比熱容/（J/（kg·℃））；

ρi——第i層材料的密度/（kg/m3）；

d0i——第i層外徑/m；

dii——第i層內(nèi)徑/m。

因壓力測試用水一般直接采用平臺(tái)附近海水，故選擇相同深度的取水口處海水溫度為管內(nèi)的起始溫度Ts。整條管道的管外溫度Te一般直接取海底管道路由的海底平均溫度。

3.2 壓降分析方法

單位溫度壓力變化的計(jì)算公式為：

式中ΔP——單位溫度的壓力變化/（105Pa/℃）；

β——水膨脹系數(shù)/℃；

α——鋼膨脹系數(shù)/℃；

υ——Poisson比；

E——楊氏模量，為2.06×1011Pa；

T——管壁厚/m；

K——水壓縮系數(shù)/105Pa-1。由該公式可知，一旦管道參數(shù)確定，較小幅度的溫度變化對單位溫度的壓力變化產(chǎn)生的影響微乎其微，單位溫度的壓力變化可以視為恒定。

4 理論與實(shí)際數(shù)據(jù)對比分析

相對于經(jīng)溫度變化校核后的接受標(biāo)準(zhǔn) “≤±0.4%測試壓力”而言，單位溫度的壓力變化一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接受標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)溫降—壓降的變化關(guān)系建立物理模型，采用VB軟件編寫溫降—壓降數(shù)值計(jì)算程序，通過數(shù)值計(jì)算，對壓降的理論與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

4.1 實(shí)際溫降、壓降的影響因素及應(yīng)對方法

受環(huán)境變化、設(shè)備能力、儀表誤差及施工方法等因素影響，任何工程的溫降—壓降過程都不可能與理論分析時(shí)的條件完全一致。表2對主要影響因素進(jìn)行了歸納，并提出了應(yīng)對方法。

4.2 番禺4-2/5-1海底管道更換項(xiàng)目壓力測試分析

番禺4-2/5-1海底管道更換項(xiàng)目進(jìn)行最終壓力測試施工時(shí)因突遇強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，故海底管道內(nèi)外溫度熱平衡有足夠的時(shí)間進(jìn)行。該管道總長18270m，除中間53 m單層裸管外，其余管道直徑為304.8 mm/406.4 mm（12 in/16 in）的雙層保溫管道。因裸管存在，管道的總傳熱系數(shù)大于正常雙層保溫管道，具體分析結(jié)果見表3。

由表3可知，理論穩(wěn)壓時(shí)間和實(shí)際穩(wěn)壓時(shí)間非常接近。

表2 實(shí)際溫降、壓降的影響因素及應(yīng)對方法

表3 番禺4-2/5-1海底管道更換項(xiàng)目壓力測試分析

4.3 西江合并項(xiàng)目壓力測試分析

西江合并項(xiàng)目海底管道總長22 170.3 m，全程均為直徑304.8 mm/406.4 mm （12 in/16 in）的雙層保溫管道。本項(xiàng)目的壓力測試參數(shù)見表4。其理論溫降與理論壓降曲線見圖2和圖3。。因?qū)嶋H施工中有多次升壓與降壓過程，現(xiàn)取外界影響最小的第一次實(shí)際壓降情況與理論壓降情況進(jìn)行對比和分析，見圖4和圖5。

根據(jù)分析結(jié)果可知：

（1）管道溫度變化逐漸變小，最終趨近于海底溫度 17.5°C。

（2）受管內(nèi)溫降變小影響，壓力變化逐漸變小。

（3）24 h理論壓降曲線與實(shí)際壓降曲線幾乎重合。

（4）24 h理論壓降與實(shí)際壓降之差始終保持在“±0.4%測試壓力”范圍內(nèi)。

5 接受標(biāo)準(zhǔn)探討

存在漏點(diǎn)的管道，其溫降—壓降變化是不滿足理論壓降變化規(guī)律的，故其實(shí)際壓降曲線與理論壓降曲線不可能長時(shí)間的吻合。質(zhì)量合格的海底雙層保溫管道系統(tǒng)內(nèi)的溫降是有規(guī)律的，在其他條件不變的情況下，單位溫度下的壓力變化是一定的。

根據(jù)溫降—壓降變化理論和理論、實(shí)際數(shù)據(jù)對比分析結(jié)果，在不改變原標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的前提下，對海底雙層保溫管道系統(tǒng)最終壓力測試進(jìn)行接受時(shí)，建議新增如下兩條標(biāo)準(zhǔn)：

（1）實(shí)際壓降隨管道內(nèi)溫降變化而呈規(guī)律性變化。

（2）規(guī)定穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi) （一般為24 h），同一時(shí)間的理論壓力與實(shí)際壓力之差如果始終保持在≤“±0.2%測試壓力”，該壓力測試是可以接受的；如果差值始終保持≤ “±0.4%測試壓力”，但能用文件解釋清楚由溫度變化或其他因素造成其壓力變化的原因，該壓力測試通常也是可以接受的。

6 結(jié)束語

本文從海底雙層保溫管道系統(tǒng)最終壓力測試的實(shí)際出發(fā)，以現(xiàn)有的海底管道系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合溫降、壓降的變化關(guān)系，提出了海底雙層保溫管道系統(tǒng)最終壓力測試的新驗(yàn)收方法。該方法在實(shí)際工程驗(yàn)收中也已有過一定的運(yùn)用，實(shí)踐結(jié)果證明，驗(yàn)收后的管道符合原規(guī)范和設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)指標(biāo)，新的驗(yàn)收方法在實(shí)際應(yīng)用中具有可行性和可操作性。

[1]SY/T 10037-2002，海底管道系統(tǒng)規(guī)范[S].

[2]SY 4204-2007，油氣田集輸管道工程[S].

[3]DNV-OS-F101-2007，SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS[S].

[4]王紅菊,田麗.管道壓力測試過程穩(wěn)壓時(shí)間的理論研究[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28（2）:33-36.

[5]Gray J C.How Temperature Affects Pipeline Hydrotesting[J].Pipeline Gas Journal，1976，（203）：26,28,30.

Discussion of Final Pressure Testing Acceptance Standard for Subsea Insulated Pipe-in-Pipe System

KANGYi-long（OffshoreOilEngineeringCo.,Shenzhen518052,China），ZHANGRen-gong，WANGYi，etal.

The time period for final acceptance of subsea pipeline system influences directly the involved construction resources and the pipeline official operation time,so completing the pipeline acceptance work in a shorter time is a common aim for client and contractor under the precondition of ensuring pipeline construction quality.As the development of subsea pipeline projects tends to deep water,the pipeline pressure test time in final acceptance work becomes longer,especially for pipe-in-pipe （PIP） system.However the practice proves that PIP system which has the normal pressure drop graph doesn’t leak.To shorten the pipeline pressure testing time,this paper,based on the relationship between temperature and pressure of the medium in PIP system and combined with the pressure test cases of some projects in South China Sea,discusses the present“Final Pressure Testing Acceptance Standard”through analysis and comparison of the temperature drop and pressure drop,and suggests a new criterion.

subsea insulated pipe-in-pipe;pressure test;acceptance standard;analysis;discussion

TE973.6

A

1001－2206（2011）05－0010－04

康一龍 （1979-），男，湖北人，工程師，2002年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)船舶與海洋工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事海底管道工程的安裝設(shè)計(jì)及項(xiàng)目管理工作。

2010-10-29；

2011-05-27