浅谈气压在石油、天然气管道试压中的作用

  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2018年05月30日

摘要:
        管道试压是通过验证管道系统的强度和检验管道系统的严密性,达到管道施工质量,管材性能、管道整体性的一次综合检验。在较早时期为了安全起见,考虑到管材材质及焊接工艺等原因输油、输气管道的试压基本上都是采用洁净水作为试压介质进行试压,但是随着各项技术的进步,管道安全系数有很大的提高,近年来使用气压进行压力试验越来越普遍,文章主要介绍了气体试压在石油、天然气管道试压施工中的应用,使得施工难度降低,减小施工周期,降低施工成本。
        关键词:石油、天然气、试压、气压
        引言:
        根据原有的施工工艺和施工方法,长输管道的试压介质一般采用洁净水,而根据美国输气管道规范ANSI/ASMEB31.8,水压试验和气压试验是等效的。但是气压试验比较危险,因为管道内试压气体储存着大量的能量,导致管道内的气体在管线破裂处急速膨胀,形成冲击波,气体急速逸出膨胀使破裂处温度下降,造成对钢材韧性的不利影响,并且使其破裂扩展。早期因为管材材质和焊接工艺的原因,所以水压应用比较广泛。但是近几年,随着科技的发展,国内外钢管制造业的飞速发展和焊接技术的不断提高,气压试验的安全系数越来越高,已经具备用于工业生产的条件。而根据GB-50369-2006规定,在一二级地区可以使用气体作为试压介质进行试压工作,从标准上已经认同了气压试验的可行性,而随着气体试压的有效性,经济性,气压已经越来越多的应用到了长输油、气管线和站场的试压工作当中,我公司承建的阿独原油输送管线阿拉山口首站、山西晋城煤层气管道工程、安徽利淮输气管道工程都采用了气体进行压力试验,都圆满成功,效果良好,验证了气压试验的有效性和经济性。
        1  气体压力试验与水压压力试验特点的比较
           管线压力试验中水介质和气体介质的效果是一样的,而水介质的最大特点就是安全,由于以前管线的焊接工艺较低,同时由于钢管的生产工艺的限制致使水压作为一种相对较安全的方法成为了长输油气管线的主要试压方法,而随着各项技术的进步,管线安全系数的提高使得气压越来越显出它比水压的优越性。
        1.1试压介质
           水介质的特殊性使得进行水压实验时水源的寻找成为一个非常重要的问题,管线的试压留头的位置,试验管线的长度都必须根据水源的位置进行选择,同时试压使用的水源根据规范要求必须是洁净水,一般的水源都含有较多的沙子、水生物等,因此在使用前都必须根据要求进行净化处理,这些都对水压试验产生了限制,而气压则不存在这个问题,试压位置基本不受环境的影响。
        1.2气压试验的高效性
           水压试验由于地形起伏造成管线内的水不能自由流动,所以水压一般都采取全线上水的方法,即整个管线全部注满水后再分段分别进行试压,并且每段注水的时候都要充分考虑最高点是否注满水,是否存在空气段的问题,同时还要考虑最低点与最高点由于水的重力产生的静压差问题,这些问题使得水压试验使用的水量巨大,效率较低。而气压则基本上不存在重力压差问题和试压介质来源问题,同时由于它的比重小,流动性非常好试压时可采用每段分段试压试压结束后根据P1V1/T1=P2V2/T2(P压力、V体积、T温度)对下一段管线进行匀压,匀压后管线内的剩余压力气体对空压机供气还可很大的提高气体压缩机的工作效率。
        1.3气压试验对环境的有效保护性
           水压试验后管线内的水全部排出去,而由于生锈等原因管线内的水已经受到污染,这些水源排出管线时必须经过处理,造价很高,并且一旦出现问题将对环境造成污染,因此每次水压后排水都要经过当地环保部门的严格审查,历来水压结束后试压用水的处理都是一个大问题。并且水长时间的存在管线内还将对管线内部造成腐蚀。而气体试压后直接排放空气就不存在环境的污染问题。
        1.4气压试验后管线内部干燥的简易性
           水压试验后由于地形起伏在吹扫后管线内一般都还存留有大量的积水,同时管线内部生锈腐蚀、水中杂物的沉淀等问题还增加清管球推水的阻力,工作量非常的大,此外还经常出现卡球致使切割管线的现象发生。同时如果干燥后管线内部还有残留铁锈和沉淀物还有可能对管线上连接的阀门等设备造成密封腔堵塞,致使内漏等现象的发生,西气东输一线就因为这些问题造成部分阀门内漏,造成很大损失。而气压就不存在这些问题,试压结束后只需简单的干燥就可达到规范要求。
        1.6气压试压不受季节和温度的影响
           水压试压中水受环境的影响很大,当温度过低达到冰点时,管道已经不可以采用水作为压力介质,因为水在此时已经开始结冰而体积增大,造成压力上升和对管材的破坏,同时压力表常态下在冰点时已经不可以使用,而增加电伴热很多时候不具备条件,并且很多时候由于加热不均匀或不完全而造成读书不准确。所以水压试验在冬季一般不能进行,这些都将对工期造成很严重的影响,进而影响到整个工程的施工进度,影响经济效益。同时在零点上进行压力试验时温度对于水压的影响也是很大的,在上世纪80年代,某油田的D159管线,在17度的时候开始进行稳压,4小时候温度下降2度,压力下降0.49MP,稳压24小时候温度下降10度,压力下降1.39Mpa,数值已经超出规范要求,最终检查未发现有泄漏现象,经过严格的讨论后最终强行投产成功。所以由于管道情况千差万别,水压受温度的影响不可能用准确的公式表示出来,所以实际施工当中对此类情况的判断也是一个难题。而气压就不存在这个问题,由于气体介质传递温度的低效性,一般情况下温度对气体压力的影响可以不予考虑。
        2   试验压力的确定
          对于长输管道强度试验压力的确定有很多种方法,目前在国外的一些石油公司管道强度试验压力确定方法大致有以下几种:
          a.取强度实验压力为90%的材料最低屈服极限(以下用σs代替)。
          b.取强度试验压力为100%σs。
          c.用压力一容积图控制强度试验压力,当该图呈现非线形时,停止升压。
          d.取强度试验压力为110%σs。
          我国石油工程建设中,强度实验压力一般为操作压力的1.5、1.25倍,也可根据实际情况,通过业主与承包商共同协商确定试压等级,尤其在山区等落差大的地区。
        3   试压长度的确定
          水压试压中一般单段的试压长度不超过30Km,但是在山区和丘陵地区往往由于地势落差较大为保证最低点和最高点的试验压力试压长度更短,试压段数的增加造成连头量增大,同时也增加了寻找水源的难度。根据我国现行规范中有关气压试验的条款规定,分段试压的管道长度一般不超过18km,根据此规定势必分段太多,因气体试压受管道地势海拔的影响较小,所以在保证管道的安全性和可靠性的情况下,可根据实际情况适当延长分段的长度。
        4   分段与整体试压
         另外管道试压过程中,如果达到强度试验压力后,稳压期间因为非管道管材原因造成管道的泄压,如设备、仪器等经受不了强度试验压力造成泄露,在处理完毕后,如果管道压力大于严密性试验压力值,建议不再重新升压至强度试验压力,而直接进行严密性试压,避免引起管材承压力逆转。如果压力小于严密性试验压力值,则升压至严密性试验压力直接进行严密性试验。
        一般情况下,管线分段试压后不再进行整体试压,因为经试验证明因为管材的内在质量和焊缝的原因,同一型号的管材的亚临界扩展曲线不是一个定值,管材经过多次升压降压后,其力学性能会发生变化,主要对非穿透裂纹造成的影响,实验数据表明,如果管道反复承压,最后一次承压能力比前几次要低得多,也就是说,最后导致管道破坏的压力比管道曾经承受的最高压力要低,这就是管道承压力逆转现象,因此试压过程中要根据实际情况及时对试压情况进行调整。
        5   试压安全问题
          由于气压试验存在潜在危险因素,并且根据GB-50325-2006规定气压的区分使用范围是根据管线经过地区的人口稠密度进行划分的,因此气压安全问题是限制气压试压的首要因素,虽然由于技术的进步已使得气压试验的应用越来越频繁,但是为了把各种危险降低到最小程度,在气压试验之前应做好以下工作:首先对管道进行仔细的调查分析,计算确定承受高压力气体时管材的止裂条件,然后同设计单位和业主确定最高试验压力,但必须符合管道设计的有关规定。其次试压前必须制定长输管道气体试压详细工艺方案和有效的安全保护措施,并且上报业主和主管部门审批,批准后方能实施。此外就是要作好风险评估并针对风险评估制定详细的应急措施。
        6  结束语
           随着管道施工技术的日益成熟,管材工艺的不断改善,气体压力试验越来越显出独特优势,在长输管线特别是天然气管线和小管径管线中占据越来越大的份额。
       
        参考资料:GB-50369-2006 油气长输管道工程施工及验收规范
        浅谈长输管道试压与清通技术--《安装》2005年07期        
       

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