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        山區(qū)段水壓試驗(yàn)難點(diǎn)分析

        2012-11-02 04:01:15劉春暉
        石油工程建設(shè) 2012年3期
        關(guān)鍵詞:直板管器水壓試驗(yàn)

        劉春暉

        (勝利油田勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司,山東東營(yíng)257061)

        山區(qū)段水壓試驗(yàn)難點(diǎn)分析

        劉春暉

        (勝利油田勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司,山東東營(yíng)257061)

        長(zhǎng)輸管道山區(qū)段沿途地形較為復(fù)雜,管道的高差大,在管道試壓時(shí)必須考慮到地形高差所帶來(lái)的影響,合理劃分試壓段,減少試壓管道內(nèi)殘余空氣可提高試壓效率。文章結(jié)合西氣東輸?shù)?8標(biāo)段水壓試驗(yàn),闡述了山區(qū)段水壓試驗(yàn)的難點(diǎn)、管道試壓分段方式及減少試壓段內(nèi)空氣殘余量的方法。

        長(zhǎng)輸管道;管道試壓;山區(qū);分段;空氣殘余量

        0 引言

        隨著國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道施工技術(shù)的高速發(fā)展,長(zhǎng)輸管道的水壓試驗(yàn)作為長(zhǎng)輸管道施工過(guò)程中的重要工序,特別是山區(qū)段大落差地段的水壓試驗(yàn),其施工技術(shù)也有了巨大的改善。本文以西氣東輸?shù)?8標(biāo)段為例,闡述管道試壓的合理分段方式和減少試壓管道內(nèi)殘余空氣量的方法。

        1 試壓段落的劃分

        1.1 地形、地貌特點(diǎn)

        西氣東輸?shù)?8標(biāo)段地形地貌以山區(qū)為主,全線(xiàn)高差為621.7 m,管道沿途經(jīng)過(guò)的地形較為復(fù)雜,地區(qū)等級(jí)為一類(lèi)地區(qū)和二類(lèi)地區(qū),且地區(qū)等級(jí)為不規(guī)則分布,如果按地區(qū)等級(jí)進(jìn)行分段,則試驗(yàn)段落較多,試壓效率較低。因此合理確定試壓分段,既可以滿(mǎn)足驗(yàn)收規(guī)范的要求,又可以減少水壓試驗(yàn)周期,提高施工經(jīng)濟(jì)效益。

        1.2 試壓段落長(zhǎng)度的計(jì)算

        根據(jù)西氣東輸規(guī)范Q/SY GJX-2008 5.5.2條:分段水壓試驗(yàn)管段長(zhǎng)度不宜超過(guò)35km,試壓管段的自然高差不宜超過(guò)30m,當(dāng)管段高差超過(guò)30m時(shí),應(yīng)根據(jù)該段的縱斷面圖,計(jì)算管道低點(diǎn)的靜水壓力,核算管道低點(diǎn)試壓時(shí)所承受的環(huán)向應(yīng)力,其值不應(yīng)大于管材最低屈服強(qiáng)度的0.95倍。試驗(yàn)壓力值的測(cè)量應(yīng)以管道最高點(diǎn)測(cè)出的壓力值為準(zhǔn),管道最低點(diǎn)的壓力值應(yīng)為試驗(yàn)壓力與管道液位高差靜壓之和。

        根據(jù)西氣東輸規(guī)范Q/SY GJX-2008 5.6.2.2條,管道分段水壓試驗(yàn)的壓力值與地區(qū)等級(jí)的關(guān)系如表1所示。

        表1 水壓試驗(yàn)的壓力與地區(qū)等級(jí)的關(guān)系

        根據(jù)公式(1)可求出各類(lèi)地區(qū)理論最大強(qiáng)度試驗(yàn)壓力:

        式中Pmax——管道低點(diǎn)所承受的最大試驗(yàn)壓力/MPa;

        σmax——管道允許最大環(huán)向應(yīng)力/MPa;

        δ——管道壁厚/mm;

        r內(nèi)——管道內(nèi)半徑/mm。

        X70管材其最低屈服強(qiáng)度σs=485 MPa,則管道允許最大環(huán)向應(yīng)力:σmax=0.95 σs=460.75 MPa。

        據(jù)此原則計(jì)算出不同壁厚管材的最低試驗(yàn)壓力和最高試驗(yàn)壓力,見(jiàn)表2。

        表2 各類(lèi)地區(qū)最低試驗(yàn)壓力和最高試驗(yàn)壓力

        本工程主要以一類(lèi)地區(qū)、二類(lèi)地區(qū)為主,為同時(shí)滿(mǎn)足兩類(lèi)等級(jí)地區(qū)的試驗(yàn)壓力,強(qiáng)度試驗(yàn)的最低試驗(yàn)壓力取二類(lèi)地區(qū)的最低試驗(yàn)壓力12.5 MPa,強(qiáng)度試驗(yàn)的最高試驗(yàn)壓力取一類(lèi)地區(qū)的最高試驗(yàn)壓力13.63 MPa。按照公式(2)計(jì)算可得,一類(lèi)地區(qū)、二類(lèi)地區(qū)分段內(nèi)理論允許最大高差為:Δhmax= 111.5 m。

        式中Δhmax——分段內(nèi)允許最大高差/m;

        Pmin——管道設(shè)計(jì)強(qiáng)度試驗(yàn)壓力(分段內(nèi)最高點(diǎn)壓力)/MPa;

        hp——靜水壓力換算系數(shù),取98.7m/MPa。

        根據(jù)計(jì)算的理論最大高差,按照竣工測(cè)量中線(xiàn)成果表,初步劃分試壓段落,同時(shí)考慮試壓水源的選取位置。由于一類(lèi)地區(qū)一般位于山區(qū)內(nèi),其高差比二類(lèi)地區(qū)高,在考慮靜水壓力作用的前提下,可以適當(dāng)提高試壓分段的高差,選取更有利的試壓分段。試壓分段完成之后,保證最高點(diǎn)試驗(yàn)壓力達(dá)到最低試驗(yàn)壓力,復(fù)核各點(diǎn)的試驗(yàn)壓力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

        2 減少試壓段落殘余氣體量的方法

        2.1 試壓段落內(nèi)殘余氣體的影響

        美國(guó)規(guī)范ANSI/ASME B31.8-2010《氣體輸送和分配管道系統(tǒng)》給出了水壓試驗(yàn)的曲線(xiàn)圖(見(jiàn)圖1),從圖中可以看出氣體對(duì)水壓試驗(yàn)升壓過(guò)程的影響。氣體的壓縮性比較大,在到達(dá)氣體壓縮臨界點(diǎn)前,同樣注水量情況下,水壓試驗(yàn)過(guò)程中管道內(nèi)壓力的增加小于理想狀態(tài)下壓力的增加,當(dāng)超過(guò)氣體壓縮臨界點(diǎn)時(shí),隨著注水量的增加,管道內(nèi)壓力的增加接近于理想狀態(tài)。因此水壓試驗(yàn)過(guò)程中,如果管道內(nèi)殘余空氣太多,升壓過(guò)程將非常緩慢,這將直接影響管道水壓試驗(yàn)的效率。如何減少水壓試驗(yàn)管道內(nèi)空氣殘余量,是水壓試驗(yàn)過(guò)程中的一個(gè)重要課題。

        圖1 水壓試驗(yàn)曲線(xiàn)

        2.2 水封法上水

        根據(jù)以往的試壓經(jīng)驗(yàn),注水方式直接影響試壓段內(nèi)空氣殘余量的多少。一般工程試壓將試壓點(diǎn)一段置于高點(diǎn),可以采用安裝放空閥的方式排氣,減少管道內(nèi)空氣的含量。但長(zhǎng)輸管道受地形及試壓水源的限制,試驗(yàn)段的兩端一般設(shè)在相對(duì)平緩的地段,而且長(zhǎng)輸管道不允許在管道上開(kāi)孔,因此考慮采用水封法上水。

        安裝試壓頭前,在上水端試壓頭內(nèi)安裝2套直板清管器,如圖2所示。注水泵通過(guò)閥門(mén)與試壓頭相連,同時(shí)閥門(mén)的安放位置要滿(mǎn)足清管器的長(zhǎng)度要求。

        圖2 試壓頭內(nèi)清管器的安裝位置

        試壓段管道注水過(guò)程可分四步進(jìn)行:

        第一步:注水開(kāi)始時(shí),首先開(kāi)啟注水閥門(mén)1,在第一個(gè)直板清管器前面的管道內(nèi)注入250~300m3的沖洗水。沖洗水注入后,關(guān)閉注水閥門(mén)1,同時(shí)將流量計(jì)復(fù)位到0。

        第二步:開(kāi)啟注水閥門(mén)2,將試壓用水注入到第一個(gè)直板清管器之后,用試壓水將第一個(gè)直板清管器推出試壓頭。在第一個(gè)直板清管器的后面,注水250~300 m3之后,關(guān)閉注水閥門(mén)2,同時(shí)將流量計(jì)復(fù)位到0。

        第三步:開(kāi)啟注水閥門(mén)3,將試壓用水注入到第二個(gè)直板清管器之后,用試壓水將第二個(gè)直板清管器推出試壓頭。要準(zhǔn)確記錄直板清管器發(fā)射的時(shí)間。

        第四步:在第二個(gè)直板清管器后注水250~300 m3后,同時(shí)開(kāi)啟注水閥門(mén)1、注水閥門(mén)2,持續(xù)注水推動(dòng)2個(gè)直板清管器和沖洗水前進(jìn)。整個(gè)注水過(guò)程中,注意控制直板清管器的行走速度,防止下坡段直板清管器速度加快,保證在注水時(shí)直板清管器后面的水流不會(huì)中斷。保持直板清管器和接收頭之間有充足的背壓(通過(guò)控制直板清管器行走時(shí)在接收端試壓段的通風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn))。

        注水過(guò)程中通過(guò)在試壓末端設(shè)放空閥進(jìn)行排氣。如果條件允許,在試壓段末端收到清管器后可繼續(xù)注水以達(dá)到更好的排氣效果。

        2.3 成功案例

        現(xiàn)以西氣東輸?shù)?8標(biāo)段第三試驗(yàn)段的水壓試驗(yàn)為例進(jìn)行說(shuō)明。

        為正確了解水壓試驗(yàn)升壓過(guò)程中管道注水量與管道內(nèi)壓力的變化,以判斷管道中是否存在殘余空氣,在升壓過(guò)程中需要繪制壓力—容積圖。按施工規(guī)范要求,壓力—容積圖的壓力從管材最小屈服強(qiáng)度的10%開(kāi)始,首先計(jì)算并繪制出管道水壓試驗(yàn)的理論加壓曲線(xiàn)圖,再根據(jù)升壓過(guò)程中壓力天平的測(cè)量數(shù)據(jù)及實(shí)際注水量,將數(shù)據(jù)繪制到壓力—容積圖上。本段升壓過(guò)程的壓力—容積曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

        圖3 水壓試驗(yàn)加壓曲線(xiàn)

        從圖3可以看出,在整個(gè)升壓過(guò)程中,實(shí)際壓力—容積曲線(xiàn)近似為一條直線(xiàn),而且接近理論加壓線(xiàn),這表明管道中有殘余空氣,且殘余空氣對(duì)升壓過(guò)程中的壓力增高產(chǎn)生影響,但由于理論加壓線(xiàn)與實(shí)際加壓線(xiàn)相差不大,可以認(rèn)為管道內(nèi)的空氣殘余量很少,對(duì)于升壓過(guò)程影響不大,能保證試壓效率。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,山區(qū)段的水壓試驗(yàn)因管道存在較大高差,而且試壓水源相對(duì)匱乏,因此如何劃分試壓段落及減少試壓管道內(nèi)殘余空氣是非常重要的。為做好山區(qū)段的水壓試驗(yàn),必須做到以下幾點(diǎn):

        (1)根據(jù)施工及驗(yàn)收規(guī)范的要求,結(jié)合線(xiàn)路的標(biāo)高,合理劃分試壓段,以提高試壓效率。

        (2)合理解決管道中氣體的殘余量問(wèn)題。若管道中氣體量過(guò)大時(shí)就會(huì)發(fā)生壓力急劇變化,易使管道遭受破壞;同時(shí)由于氣體的可壓縮性很大,會(huì)增加水壓試驗(yàn)的注水量,從而降低試壓效率?,F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中,可采取上述水封法,以最大限度排出試壓段內(nèi)殘余空氣量。

        (3)加壓過(guò)程中必須作好壓力—容積曲線(xiàn)圖,因?yàn)樵搱D能夠在試壓過(guò)程中對(duì)加壓過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控,確定管段中是否有過(guò)量的殘余空氣。

        [1]趙傳海.長(zhǎng)輸管道水壓試驗(yàn)中幾個(gè)重要公式計(jì)算[J].油氣田地面工程,2007,(3):11-12.

        [2]李林,林金河.西氣東輸長(zhǎng)距離大落差管道水壓試驗(yàn)[J].石油工程建設(shè),2005,(1):49-50,72.

        [3]Q/SY GJX 0117-2008,西氣東輸二線(xiàn)管道工程線(xiàn)路工程清管試壓技術(shù)規(guī)范[S].

        10.3969/j.issn.1001-2206.2012.03.021

        劉春暉(1978-),男,山東壽光人,工程師,2002年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東),從事石油化工建設(shè)工作。

        2011-07-13;

        2012-03-21

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