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(四川省工業(yè)設(shè)備安裝公司，四川成都610014)

山區(qū)長輸管道清掃及分段試壓方法

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(四川省工業(yè)設(shè)備安裝公司，四川成都610014)

長輸管道的清掃和試壓是管道施工中的一個(gè)重要工序，是保證管道內(nèi)潔凈度的重要措施，是檢驗(yàn)管道及焊縫的承壓能力及嚴(yán)密性的主要手段。面對復(fù)雜多變的現(xiàn)場情況，尤其是地形多變、條件惡劣的山區(qū)地段，如何才能安全、合格、高效地完成管道的清掃、試壓工作？根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，合理的管段劃分，并采用相應(yīng)的管道清掃及試壓方法是關(guān)鍵。

山區(qū)； 壓力管道； 清掃； 試壓

在進(jìn)行山區(qū)長輸管道施工時(shí)，管道的清掃、試壓工作有著以下幾個(gè)難點(diǎn)：第一是水源分布稀少，管線分段時(shí)必須考慮水源的便利性。第二是管道使用熱煨彎頭多，彎頭角度大，造成通球阻力很大，卡球風(fēng)險(xiǎn)也大。第三是管道敷設(shè)起伏大，造成注水過程排氣難度大。第四是管線高差大，試壓時(shí)必須計(jì)算管線低點(diǎn)環(huán)向應(yīng)力，將一條管線劃為若干試驗(yàn)段分別進(jìn)行試驗(yàn)。以我公司施工的四川彭州煉廠至成都雙流機(jī)場航煤輸油管道為例，管線全長185 km，管道設(shè)計(jì)壓力10 MPa，管道選用材質(zhì)為L 360，一般地段管道規(guī)格選用φ273×8.8，穿越段為φ273×10。按照《油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》及設(shè)計(jì)說明“管道試壓段不宜超過35 km、管道低點(diǎn)試壓時(shí)所承受的環(huán)向應(yīng)力不大于管材最低屈服強(qiáng)度的0.9倍”的要求，需分段進(jìn)行清掃、試壓。其中龍泉驛段為山區(qū)段，管道長33.5 km，管道沿地勢敷設(shè)，最高點(diǎn)海拔高度970 m，最低點(diǎn)海拔高度510 m。由于水源少、起伏轉(zhuǎn)折多、高差大，給管線清掃、試壓帶來很大困難。文章以龍泉驛段介紹山區(qū)管線清掃及試壓方法。

1 管線試壓段劃分

1.1 應(yīng)力計(jì)算

由于管線高差較大，在進(jìn)行試驗(yàn)前首先進(jìn)行管道低點(diǎn)處環(huán)向應(yīng)力計(jì)算

(1)

式中：σ為試壓時(shí)允許的管道環(huán)向應(yīng)力(MPa)；P為允許的最大試壓壓力(MPa)；D為管道外徑(mm)；t為管道壁厚(mm)。

由式(1)可得：

(2)

由式(2) 計(jì)算可得：

設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力:P1=12.5 MPa

又由公式P=ρgh可得低點(diǎn)處靜水壓力:

P2=1000×9.8×460=4508000 Pa=4.508 MPa

可得：P=22.33 MPa>P1+P2=17.008 MPa，所以此段管道滿足試壓分段要求。

1.2 綜合考慮水源選擇

(1)此段管道清掃試壓用水量估算：

V1=3.14×0.255×0.255÷4×33500=1710 m3

V2=πD2LP[D/(TE)+1/(500L)+β]/40

=40312.5L=40.3 m3(以P=122.5計(jì)算)

式中：V2為管道水壓試驗(yàn)升壓P(MPa)時(shí)需增補(bǔ)的水量(L);D為管道內(nèi)徑(cm);T為管道平均壁厚(cm);L為管道長度(m);E為管材的彈性模量，取(2.0～2.1)×105MPa;β為水的壓縮系數(shù)，取0.475×10-4。

總用水量估算：

V=V1×1.2+V2=2092.3m3

其中1.2為考慮損耗及球前預(yù)裝水的系數(shù)。

(2)由計(jì)算結(jié)果可見，清掃試壓用水量較大，所以需選擇一處能夠穩(wěn)定供水的水源。經(jīng)實(shí)地查看，在龍泉驛段管道終端處有一座水庫，且此處為本段管道最低處附近，交通也較為便利，故選擇在此切斷管道，作為本試驗(yàn)段的起始發(fā)球端。

2 主要清掃、試壓設(shè)備選用

主要清掃、試壓設(shè)備包括：清管球、水泵、增壓泵、清管器、空壓機(jī)、試壓封頭和收發(fā)球筒等。

(1)清管球：采用空心清管球2個(gè)，注水過盈量為5%～8%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不考慮靜水壓情況下，使清管球行走所需壓差為0.1～0.2 MPa。

(2)水泵：根據(jù)上述：V1=1710 m3、最大高差達(dá)460 m以及清管球行走所需壓力等因素，進(jìn)水泵選用揚(yáng)程600 m、流量12.5 m3/h的多級離心泵。

(3)增壓泵；選用25 MPa、流量約300 L/h(高壓階段)的柱塞式電動試壓泵。

(4)清管器：采用剛性軸、4片杯形皮碗加尼龍鬃盤刷式清管器，并配備電子跟蹤裝置，以便于確定清管掃線過程中清管器運(yùn)行的準(zhǔn)確位置。

(5)空壓機(jī)：最高壓力6 MPa，產(chǎn)氣量5 m3/min。

(6)試壓封頭：定制橢圓形管帽，其厚度為14 mm，與φ273×10管道按照同管道焊接標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接，射線探傷合格后加焊4條加強(qiáng)肋防充脫裝置，均勻分布在連接處(圖1)。

圖1 加強(qiáng)肋連接示意

(7)收發(fā)球筒：發(fā)球筒使用DN300無縫鋼管與DN300 PN6.4法蘭/盲板焊接組成(圖2)；收球筒使用DN350無縫鋼管與DN350 PN2.5法蘭/盲板焊接組成(圖3)。

圖2 發(fā)球筒連接示意

圖3 收球筒連接示意

3 清掃、試壓流程

目前普遍采用的方式是首先采用空氣推動清管器清掃管道，然后再注水試壓，最后使用大功率風(fēng)機(jī)清除試壓用水的流程。其優(yōu)點(diǎn)是能在第一次清掃時(shí)清理掉清掃出的雜物，再進(jìn)行試壓工作。但考慮到本管道試壓采用壓力較高(12.5 MPa)，如采用此種流程，則收球筒的承壓能力要求很高，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)且造價(jià)較高。由于在本管道施工中嚴(yán)格控制了管道內(nèi)潔凈度，所以，采取如下方式進(jìn)行清掃、試壓。

3.1 清掃

采用水推動清管球的方式，進(jìn)行第一次清掃及向管線內(nèi)注水、排氣。

(1)在管線末端(接收端)焊接試壓封頭。

(2)首先在起始端采用常壓注水，作用為浸泡、潤滑管道。根據(jù)本段地勢情況，能注入起始段200 m左右，直至水滿后裝入清管球，然后焊接試壓封頭，至此，管線全線封閉。

(3)在起始端接入水泵，啟泵向管道內(nèi)注水，推動清管球前進(jìn)。此時(shí)開始嚴(yán)密監(jiān)測壓力值，并每一小時(shí)記錄進(jìn)水量、即時(shí)壓力兩個(gè)數(shù)據(jù)。

(4)管線末端封頭排氣閥處無氣體排出、連續(xù)出水，且進(jìn)水量超過管線計(jì)算容量，則表明管道內(nèi)已注滿水，清管球即將到達(dá)管線末端，此時(shí)接入增壓泵進(jìn)入試壓程序。

在進(jìn)行管道水壓試驗(yàn)時(shí)，管內(nèi)空氣是否排盡是決定試壓能否成功的關(guān)鍵。清管球在管內(nèi)的前進(jìn)方式為滾動加滑動前進(jìn)，在清理細(xì)小雜物方面雖有所欠缺。但在本過程中其主要作用是隔離空氣與水，在注水過程中，排盡空氣，為后續(xù)的試壓做好準(zhǔn)備。試壓過程中，清管球不必取出，可帶球試壓(圖4)。

圖4 注水、試壓系統(tǒng)示意

3.2 管線試壓

啟動電動試壓泵，進(jìn)行系統(tǒng)壓力和嚴(yán)密性試驗(yàn)。根據(jù)《油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和設(shè)計(jì)說明要求，強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.25倍，即12.5MPa；嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.1倍，即11 MPa(圖5)。

圖5 管道強(qiáng)度及嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力-時(shí)間曲線

試壓過程要求：

(1)試驗(yàn)時(shí)壓力應(yīng)均勻緩慢上升、平穩(wěn)、防止沖擊，注意外界溫度對管道試壓的影響。

(2)強(qiáng)度試驗(yàn)分三次升壓，即壓力分別為試驗(yàn)壓力1/3，穩(wěn)壓15 min后，對其進(jìn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)問題時(shí)繼續(xù)升壓；升至試驗(yàn)壓力2/3，對其進(jìn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)問題時(shí)便可繼續(xù)升壓；以后每次升壓1 MPa，穩(wěn)壓15 min后，直至試驗(yàn)壓力。

(3)在強(qiáng)度試驗(yàn)壓力到達(dá)12.5 MPa后穩(wěn)壓4 h，并沿線檢查，無泄漏降壓為合格。

(4)緩慢降壓至11 MPa，穩(wěn)壓24 h進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)。以壓降不大于1%試驗(yàn)壓力值且不大于0.1 MPa為合格。

試壓完成后，打開末端封頭放水閥泄壓，以確保將清管球帶至末端封頭短管內(nèi)。完全泄壓后，切下試壓封頭，取出清管球，焊接清掃用收/發(fā)球筒，進(jìn)行后續(xù)清掃工作。清管球在封頭短管內(nèi)無法取出時(shí)，可接入試壓泵，緩慢增壓，反向?qū)⑵漤敵觥?/p>

3.3 二次清掃

采用空氣推動清管器/球的方式進(jìn)行第二次清掃。根據(jù)清掃成果可進(jìn)行第三次、四次清掃，直至達(dá)到合格要求。其流程為：

(1)在發(fā)球筒端接入空氣壓縮機(jī)，打開后端盲板，按順序裝入：清管球—清管器—清管球，封閉后啟動空壓機(jī)推動清管球組直至末端收球筒。此時(shí)清管球的作用是清除水，清管器作用是清理顆粒雜物及進(jìn)行跟蹤。

(2)啟動空壓機(jī)向管內(nèi)充氣，清管器運(yùn)行速度控制在4～5 km/h，工作壓力不應(yīng)超過5 MPa。

(3)跟蹤儀跟蹤。按照約5 km間距選擇六個(gè)管線相對高點(diǎn)作為蹲守點(diǎn)，啟動前安排人員蹲守，用通過檢測儀檢測，一旦清管器通過，立即通知下一處蹲守人員，并做好記錄，轉(zhuǎn)移到另一蹲守點(diǎn)。

(4)球運(yùn)行至收球筒后，排氣閥門開始大量排氣，說明清管順利完成，待氣體排盡，壓力回零后可打開收球筒，清理雜物，取出清管器，檢查清管器皮碗的外型尺寸變化、劃傷程度，對磨損較大的皮碗進(jìn)行更換。對跟蹤信號發(fā)生器充電檢修，準(zhǔn)備下一次的清掃。

經(jīng)過第二次清掃，管內(nèi)大量試壓存水已排出，不再考慮管內(nèi)靜水壓因素；再次進(jìn)行清掃時(shí)，空氣壓力應(yīng)不超過0.5 MPa。

4 卡球的處理

管道清管過程中，如果出現(xiàn)卡球，采取以下處理方式：

(1)如果清管器卡在管道內(nèi)，要設(shè)法進(jìn)行增壓推動，但增壓不得超過設(shè)計(jì)壓力，而且不能增加到收發(fā)球筒的額定壓力。

(2)如果更高的壓力也不能使管內(nèi)清管器進(jìn)行運(yùn)動，則必須進(jìn)行割管取出清管器。判斷卡球位置可采用電子跟蹤儀，另采用水推動的可以進(jìn)水量進(jìn)行估算。

5 安全注意事項(xiàng)

(1)管道清掃及試壓前，應(yīng)對試驗(yàn)段進(jìn)行安全檢查，確認(rèn)各連頭點(diǎn)全部連通并經(jīng)質(zhì)檢合格且已埋設(shè)。

(2)和試驗(yàn)段一起承壓的鋼管、閥門、試壓封頭等，使用前均應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，穩(wěn)壓2h，無泄漏、無爆裂為合格。與試驗(yàn)管道連接必須牢固，進(jìn)水、進(jìn)氣管必須安裝支架，固定牢固。

(3)試壓中如有泄漏，應(yīng)泄壓后修補(bǔ)。

(4)做好記錄，清掃、試壓作業(yè)全程需安排人員堅(jiān)守，有異常情況時(shí)能及時(shí)進(jìn)行處理。

(5)清管作業(yè)中，應(yīng)保證清掃管道的垃圾、污水不得隨意排放，應(yīng)符合環(huán)保要求。

(6)應(yīng)配備良好的通訊設(shè)備，保證信息的暢通。

6 結(jié)束語

山區(qū)管道清掃試壓所面臨情況復(fù)雜多變，難度大，工作中應(yīng)根據(jù)不同情況，采用不同的合理的方法，選用相應(yīng)合適的設(shè)備，方能快速、安全的完成清掃、試壓工作，達(dá)到既定的目的。根據(jù)多年管道施工經(jīng)驗(yàn)，如能在前期管道安裝過程中有效控制管內(nèi)潔凈度，對降低后期管線清掃、試壓的難度也是十分有利的。

[1] 劉錫恒. 淺談長距離輸送管道的通球試壓[J].油氣田地面工程，2003，22(9).

[2] 魏秦文, 趙洪瑞. 管道試壓后掃水過程的水力學(xué)分析[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào),2013,15(1).

[3] 劉剛，陳雷. 管道清管器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣儲運(yùn)，2011，30(9).

[4] 劉克先. 給水管道水壓試驗(yàn)中的力學(xué)關(guān)系[OL].http://www.docin.com/p-582585704.html. 2008-05-26.

祝俊川(1963～)，男，本科，高級工程師，國家注冊一級建造師(機(jī)電工程、市政工程)，主要從事工程技術(shù)管理工作；胡東模(1981～)，本科，工程師，國家注冊二級建造師(機(jī)電工程)，主要從事項(xiàng)目施工管理工作；代小龍(1987～)，本科，助理工程師，主要從事項(xiàng)目施工管理工作。

U175.5

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[定稿日期]2015-05-07