王 海 萍

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 塘沽 300452）

管線氦氮試驗(yàn)在海洋石油工程中的應(yīng)用

王 海 萍

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 塘沽 300452）

管線氦氮試驗(yàn)是一種高靈敏度測(cè)漏試驗(yàn)，目前在國(guó)內(nèi)外海洋石油工程中得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)管線氦氮試驗(yàn)的通用做法進(jìn)行了介紹和闡述，包括試驗(yàn)壓力的確定、試驗(yàn)包的劃分、超壓泄壓路徑的確定等，同時(shí)詳細(xì)介紹了管線氦氮試驗(yàn)的實(shí)施步驟，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工起到了指導(dǎo)性作用。

管線氦氮試驗(yàn)；海洋石油工程；高靈敏度；量化；通用做法

隨著全球海洋石油勘探開(kāi)發(fā)水平的不斷提升和進(jìn)步，人們對(duì)海洋石油平臺(tái)的安全性和可靠性有了更嚴(yán)格的要求，其中如何有效控制管線內(nèi)富含油氣及其它有害氣體泄露是關(guān)乎石油平臺(tái)整體安全性的重要一項(xiàng)，而氦氮試驗(yàn)就是目前已知的最嚴(yán)格最可靠的測(cè)定設(shè)備及管線連接面是否存在泄露的試驗(yàn)方法。

1 氦氮試驗(yàn)

氦氮試驗(yàn)是檢測(cè)泄露試驗(yàn)的一種，指采用氦氮混合氣體（通常為 1∶99）作為試驗(yàn)介質(zhì)，對(duì)管線系統(tǒng)進(jìn)行泄漏檢測(cè)，將同時(shí)應(yīng)用氦氣檢漏儀的高靈敏度對(duì)泄漏量進(jìn)行量化，最終能夠精準(zhǔn)的完成系統(tǒng)的泄漏檢測(cè)并得到泄漏量的具體數(shù)值。氦質(zhì)譜檢漏儀可調(diào)整檢測(cè)靈敏度，滿足管線系統(tǒng)不同密封度的要求[1]。目前常用的氣密性檢測(cè)方法及靈敏度對(duì)照如下表1。

海洋石油工程中的氦氮試驗(yàn)，又稱(chēng)為系統(tǒng)氦氮試驗(yàn)，通常是管線與設(shè)備一起進(jìn)行的系統(tǒng)泄露試驗(yàn)。管線在設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)和試驗(yàn)方面主要遵照標(biāo)準(zhǔn)為ASME B31.3和API 14E，按照這兩個(gè)規(guī)范的要求，氦氮試驗(yàn)雖然屬于泄露性試驗(yàn)范疇，但是又在各方面不同于普通的泄露試驗(yàn)，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

a) 試驗(yàn)介質(zhì)成分復(fù)雜精準(zhǔn)；

b) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體量化，配套及檢測(cè)設(shè)備要求高；

c) 試驗(yàn)壓力偏高，風(fēng)險(xiǎn)性高。

之所以存在這些不同，是因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)系統(tǒng)試驗(yàn)，兼顧了壓力容器相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)[3]，如ASME BPVC V等。

表1 常用檢測(cè)方法靈敏度對(duì)照表[2]Table 1 Sensitivity comparison table of commonly used detection methods

2 目前應(yīng)用情況

氦氮試驗(yàn)由于沒(méi)有強(qiáng)制性的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求，不是海洋石油工程中必須要做的試驗(yàn)項(xiàng)目，具體的應(yīng)用情況視業(yè)主和規(guī)格書(shū)的要求而定。就目前應(yīng)用情況看，總體呈現(xiàn)國(guó)外業(yè)主和國(guó)際項(xiàng)目比國(guó)內(nèi)業(yè)主和國(guó)內(nèi)項(xiàng)目對(duì)管線氦氮試驗(yàn)的要求更高、進(jìn)行氦氮試驗(yàn)的管線系統(tǒng)更多的特點(diǎn)。具體情況見(jiàn)表2。

表2 國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目應(yīng)用對(duì)照表Table 2 Domestic and foreign project application control table

3 氦氮試驗(yàn)的通用做法

3.1 氦氮試驗(yàn)壓力的確定

氦氮試驗(yàn)壓力的確定方法，由于不同業(yè)主和操作方對(duì)試驗(yàn)的理解程度和要求的不一樣，確定方法也有一定的差異性。能夠統(tǒng)一的一點(diǎn)是，如果系統(tǒng)自身有壓力安全閥，則氦氮試驗(yàn)壓力為壓力安全閥設(shè)定值的90%；存在差異的一點(diǎn)是，如果試驗(yàn)包內(nèi)沒(méi)有壓力安全閥，則試驗(yàn)壓力差異性較大，可以按照所在系統(tǒng)的最大操作壓力進(jìn)行，或者所在系統(tǒng)最大操作壓力的1.1倍進(jìn)行，還有的按照所在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行。

雖然規(guī)定有一些差別，但都能夠在保證安全的前提下，更好的模擬管線及設(shè)備系統(tǒng)在實(shí)際投產(chǎn)操作過(guò)程中系統(tǒng)所要承受的壓力，在系統(tǒng)強(qiáng)度試驗(yàn)合格的前提下，重點(diǎn)檢測(cè)了所有密封面的泄漏量情況，保證了系統(tǒng)投產(chǎn)試運(yùn)行的順利進(jìn)行。

3.2 氦氮試驗(yàn)試驗(yàn)包

3.2.1 試驗(yàn)包劃分原則

氦氮試驗(yàn)試驗(yàn)包的總體劃分原則是：以生產(chǎn)設(shè)備為中心，將與之相連的相同設(shè)計(jì)壓力的管線與設(shè)備劃分進(jìn)來(lái)，同時(shí)考慮單個(gè)試驗(yàn)包不可以過(guò)大不利于安全和查漏；其余零散的管線設(shè)計(jì)壓力相同且相連通也可以作為同一個(gè)試驗(yàn)包。

3.2.2 試驗(yàn)包劃分原則

為了方便氦氮試驗(yàn)前的檢查和核對(duì)工作，確保試驗(yàn)包的連通性和完整性，需要對(duì)試驗(yàn)包內(nèi)的組件狀態(tài)進(jìn)行確定，包括試驗(yàn)包邊界處和主要部分的工藝閥門(mén)、儀表閥門(mén)及八字盲板等的狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行編號(hào)和說(shuō)明。如圖1所示。

圖1 試壓包內(nèi)組件狀態(tài)表Fig.1 Test package internal component status table

需要說(shuō)明的主要有以下情形：

a) 工藝閥門(mén)（球閥、截止閥）所處的狀態(tài)，開(kāi)啟或關(guān)閉，單向閥的流向；

b) 儀表閥門(mén)（SDV、PCV、PV、LV）所處的狀態(tài)，開(kāi)啟或關(guān)閉；

c) 八字盲板、插板所處的狀態(tài)，開(kāi)啟或關(guān)閉；

d) 安全閥（PSV）是否安裝；

e) 管線末端之間是否有軟管相連通。

3.2.3 超壓泄壓路徑的確定

氦氮試驗(yàn)壓力高，介質(zhì)又具有致人窒息危險(xiǎn)，需要合理選擇和規(guī)劃超壓時(shí)的泄壓路徑，保證試驗(yàn)包萬(wàn)一超壓后每個(gè)部分都能安全充分的泄壓。

泄壓路徑最好選擇工藝排放或火炬放空管線進(jìn)行，事實(shí)上，這也是對(duì)工藝系統(tǒng)超壓處置的模擬。若條件不具備，應(yīng)從系統(tǒng)中連接一根高壓軟管至遠(yuǎn)離逃生通道的安全開(kāi)闊地帶。應(yīng)每隔一段距離對(duì)軟管進(jìn)行固定，避免泄壓時(shí)軟管移動(dòng)對(duì)設(shè)備和人員造成傷害。

3.3 氦氮試驗(yàn)實(shí)施步驟

氦氮試驗(yàn)實(shí)施步驟不同施工單位的具體做法各有不同，現(xiàn)介紹一種常規(guī)的做法。

3.3.1 準(zhǔn)備工作

a) 召集所有參與氦氮試驗(yàn)工作的人員進(jìn)行JSA分析討論。

b) 根據(jù)PID檢查試驗(yàn)包系統(tǒng)完整性，確認(rèn)水壓試驗(yàn)是否合格，系統(tǒng)內(nèi)壓力及試驗(yàn)介質(zhì)是否放空。評(píng)判是否符合氦氮試驗(yàn)條件。

c) 確認(rèn)試驗(yàn)包內(nèi)所有閥門(mén)是否在正確狀態(tài)，并根據(jù)閥門(mén)檢查表懸掛對(duì)應(yīng)的標(biāo)示牌，對(duì)試驗(yàn)包內(nèi)需要測(cè)漏的法蘭用密封膠帶纏繞密封[4]（見(jiàn)圖2）。

d) 根據(jù)試驗(yàn)包內(nèi)標(biāo)注的氮?dú)庾⑷朦c(diǎn)，儀表連接點(diǎn)，串聯(lián)管線，設(shè)備出口進(jìn)行高壓軟管連接。3.3.2 系統(tǒng)增壓

a) 對(duì)測(cè)試區(qū)域進(jìn)行隔離，并懸掛警示牌，嚴(yán)禁交叉作業(yè)。

b) 對(duì)注氮高壓軟管進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力根據(jù)系統(tǒng)試驗(yàn)壓力再確定，穩(wěn)壓5 min。

c) 第一階段增壓2BAR穩(wěn)壓10 min，觀察壓降，測(cè)試人員到測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)檢查是否有泄露。如果有泄露，放壓為零后維修，維修后繼續(xù)增壓，并開(kāi)始混入1%的氦氣。

d) 第二階段增壓到測(cè)試包測(cè)試驗(yàn)力的25%穩(wěn)壓10分鐘，觀察壓降，測(cè)試人員重復(fù)第一階段步驟。

e) 第三，第四，第五階段壓力分別為測(cè)試驗(yàn)力的50%，75%，100%，分別穩(wěn)壓10 min，測(cè)試人員重復(fù)第一階段步驟。

f) 增壓期間任何人員嚴(yán)禁進(jìn)入測(cè)試區(qū)域。

3.3.3 系統(tǒng)增壓

a) 用氣囊對(duì)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)氦氮混合氣取樣（見(jiàn)圖3），并在MSP校準(zhǔn)（見(jiàn)圖4）。然后用探頭對(duì)測(cè)試包裝內(nèi)每個(gè)法蘭逐一檢測(cè)（見(jiàn)圖5）。

圖2 法蘭用密封膠帶纏繞Fig.2 Flange sealing tape winding

圖3 氦氮混合氣取樣Fig.3 He/N2mixed gas sampling

圖4 氦氮混合氣MSP校準(zhǔn)Fig.4 He/N2gas mixture MSP calibration

圖5 探頭對(duì)法蘭逐一檢測(cè)Fig.5 Detecting the flange

b) 對(duì)測(cè)試包裝內(nèi)泄漏的法蘭記錄（泄漏值），給泄漏法蘭掛牌，并在PID 上準(zhǔn)確標(biāo)注位置。

c) 測(cè)漏期間，如果壓降超過(guò)測(cè)試驗(yàn)力的10%，停止測(cè)漏，測(cè)試人員撤離到隔離區(qū)外繼續(xù)增壓到測(cè)試驗(yàn)力的100%。然后繼續(xù)測(cè)漏并重復(fù)3.4.3 b）工作。

3.3.4 泄壓

按照測(cè)試包內(nèi)標(biāo)注的泄壓點(diǎn)放空，壓降速率控制在100 kPa/min以下，緩慢泄壓，只到系統(tǒng)壓力為零。若系統(tǒng)有氮封要求，則泄壓到指定的氮封壓力。

3.3.5 見(jiàn)證節(jié)點(diǎn)檢查[5]

見(jiàn)證節(jié)點(diǎn)是指氦氮試驗(yàn)完成后需要拆除的臨時(shí)連接的法蘭及臨時(shí)隔離位置，這些節(jié)點(diǎn)未經(jīng)試驗(yàn)，需要在業(yè)主、第三方或檢驗(yàn)人員見(jiàn)證下完成以下工作：

a) 拆卸螺栓、清理密封面、更換墊片。

b) 按照螺栓扭矩值緊固螺栓。

c) 在見(jiàn)證節(jié)點(diǎn)報(bào)告中簽字確認(rèn)。

4 氦氮試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估

可接受的氦氮試驗(yàn)泄漏速率因?yàn)闃I(yè)主的不同要求而異，通常來(lái)說(shuō)，海上高壓油氣處理系統(tǒng)允許的最大泄露速率為5 scf/a(0.142 m3/a)。有的項(xiàng)目根據(jù)密封形式的不同來(lái)劃分，彈性密封系統(tǒng)5 scf/a(0.142 m3/a)，金屬密封系統(tǒng)10 scf/a (0.284 m3/a)。

5 結(jié) 論

氦氮試驗(yàn)可以真實(shí)的模擬管道系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行后的承壓狀況，并且能夠?qū)υ囼?yàn)包內(nèi)每一個(gè)密封接觸面的泄漏率進(jìn)行量化測(cè)量，減少碳?xì)錃怏w或液體輸入生產(chǎn)設(shè)備和管道系統(tǒng)的泄露，有效的保障了海上油氣生產(chǎn)設(shè)施的安全投產(chǎn)與運(yùn)行，是國(guó)際通行的高級(jí)別安全保障試驗(yàn)。

氦氮試驗(yàn)是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)，對(duì)安全性要求非常高，從試驗(yàn)包的劃分，緩沖區(qū)域的設(shè)定，到試驗(yàn)的準(zhǔn)備和組織實(shí)施，都需要進(jìn)行非常謹(jǐn)慎的選擇和設(shè)定，同時(shí)氦氮試驗(yàn)也是一項(xiàng)利潤(rùn)豐厚的專(zhuān)業(yè)安全試驗(yàn)。目前海油工程已經(jīng)具備氦氮試驗(yàn)設(shè)計(jì)、施工、組織經(jīng)驗(yàn)，隨著海洋石油開(kāi)發(fā)開(kāi)采水平的不斷提高，業(yè)主對(duì)管線氦氮試驗(yàn)的要求將會(huì)不斷提高，屆時(shí)海油工程將在這一領(lǐng)域發(fā)揮自己的專(zhuān)長(zhǎng)并占有一席之地。

［1］劉艷東，劉金華，高振波．壓力容器的氦泄漏檢測(cè)方法簡(jiǎn)介[J].一重技術(shù), 2002(4):51-52．

［2］楊富華，周發(fā)釗．高壓管道的氦泄漏試驗(yàn)[J].廣東化工，2010, 37(2):135-135．

［3］姜少敏，張華偉．接收站高壓LNG管道系統(tǒng)氦檢漏嘗試[J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量， 2012, 33(16):21-21．

［4］李明蓬．正壓氦檢漏的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù), 1993(4):66-70．

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Application of Pipeline Helium Nitrogen Test in Offshore Oil Engineering

WANG Hai-ping
（Offshore Oil Engineering Company, Tianjin 300452，China）

Pipeline helium nitrogen test is a kind of high sensitivity leak test method. At present, it has been widely used in offshore oil engineering at home and abroad. In this paper, the general practice of pipeline helium nitrogen test was introduced and described, including determination of the test pressure, division of the test pack, and determination of the pressure relief path. At the same time, the implementation steps of helium nitrogen test in pipeline were introduced.

Pipeline helium nitrogen test; Offshore oil engineering; High sensitivity; Quantification; General practice

TE 832

A

1671-0460（2016）03-0501-03

2015-12-15

王海萍（1981-），女，遼寧省大連市人，工程師，2003年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事海洋工程管道工程技術(shù)工作。E-mail：wanghp@mail.cooec.com.cn。