埋地輸油管道壓力檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

文/賈成華 李彥奇 劉聚民

管道運(yùn)輸是與鐵路、公路、水運(yùn)、航運(yùn)并列的五大運(yùn)輸行業(yè)之一，被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣產(chǎn)品的輸送。管道的埋地敷設(shè)具有隱蔽性好、占地面積小、油氣不易積聚等優(yōu)點(diǎn)，因此，無(wú)論是長(zhǎng)輸管道還是庫(kù)站內(nèi)油料輸轉(zhuǎn)用的管道，大多采用埋地敷設(shè)。隨著使用年限的增加，管道在遭受土壤腐蝕或第三方破壞的情況下，會(huì)存在嚴(yán)重的安全隱患，因此必須定期對(duì)管道進(jìn)行強(qiáng)度、嚴(yán)密性及腐蝕狀況等的檢測(cè)。壓力檢測(cè)是在管道內(nèi)檢測(cè)或直接檢測(cè)不可實(shí)施的情況下進(jìn)行的[1]，是長(zhǎng)期以來(lái)被工業(yè)界接受的管道強(qiáng)度和密封性能檢測(cè)方法[2]。

表1 GB 50253－2003中壓力檢測(cè)時(shí)的壓力值、穩(wěn)定時(shí)間及合格標(biāo)準(zhǔn)[4]

表2 GB 50369－2006中壓力檢測(cè)時(shí)的壓力值、穩(wěn)定時(shí)間及合格標(biāo)準(zhǔn)[7]

表3 SY0401－98中壓力檢測(cè)時(shí)的壓力值、穩(wěn)定時(shí)間及合格標(biāo)準(zhǔn)[8]

1.檢測(cè)介質(zhì)的選擇

目前，常見(jiàn)的管道壓力檢測(cè)介質(zhì)主要有潔凈水和壓縮空氣兩種，在GB/T 16805－2009《液體石油管道壓力試驗(yàn)》中對(duì)檢測(cè)介質(zhì)有了新的規(guī)定：“可選用液體石油、空氣或惰性氣體置換試壓水；如果使用空氣或惰性氣體，應(yīng)考慮壓縮空氣的能量?jī)?chǔ)備”[3]。在管道檢測(cè)中，采用水或者壓縮空氣的有效性是一樣的，但采用壓縮空氣時(shí)，其壓縮系數(shù)大，在同樣的檢測(cè)壓力下，采用壓縮空氣時(shí)管道內(nèi)儲(chǔ)存的能量大，在管道破裂處氣體急劇膨脹，使破裂擴(kuò)展，進(jìn)而造成管道的進(jìn)一步損害，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，且易造成人身傷亡事故，而采用水介質(zhì)時(shí)，由于水的不可壓縮特性，管道內(nèi)試壓介質(zhì)的減壓速度大于管道的開(kāi)裂擴(kuò)展速度，因此，不會(huì)造成管道的大段破裂和嚴(yán)重的次生災(zāi)害，將損失降至最低。

因此，GB50253－2003《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：試壓介質(zhì)應(yīng)采用水。在人煙稀少、寒冷、嚴(yán)重缺水地區(qū)，可以酌情采用氣體作為試壓介質(zhì)，但管材必須滿足止裂要求。試壓時(shí)必須采取防爆安全措施[4]。在特殊情況下，如一些裝備器材用水試驗(yàn)后保養(yǎng)不便或不允許用水試驗(yàn)，此時(shí)進(jìn)行壓力檢測(cè)時(shí)應(yīng)采用輸送介質(zhì)作為檢測(cè)介質(zhì)。

2.檢測(cè)管段的劃分

管段的劃分直接決定了壓力檢測(cè)的工作量，是一項(xiàng)非常重要的工作，因此在對(duì)管線進(jìn)行壓力檢測(cè)時(shí)必須確定檢測(cè)管道的長(zhǎng)度及起止點(diǎn)，進(jìn)行管段的劃分。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)埋地管道壓力檢測(cè)時(shí)的管段劃分給出了相關(guān)規(guī)定，在GB50253－2003《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“壁厚不同的管段應(yīng)分別試壓”[4]。GB50369－2006《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定：“分段水壓試驗(yàn)的管段長(zhǎng)度不宜超過(guò)35 km，試壓管段的高差不宜超過(guò)30 m；當(dāng)管段高差超過(guò)30 m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，其值一般不應(yīng)大于管材最低屈服強(qiáng)度的0.9倍，對(duì)特殊地段經(jīng)設(shè)計(jì)允許，其值最大不得大于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。氣壓分段試壓長(zhǎng)度不宜超過(guò)18 km。”[5]國(guó)外對(duì)檢測(cè)管段長(zhǎng)度的劃分則沒(méi)有明確規(guī)定，在具體實(shí)施過(guò)程中比較靈活，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)延長(zhǎng)或縮短檢測(cè)管段的長(zhǎng)度。

因此，在壓力檢測(cè)過(guò)程中為了減小工作量，應(yīng)根據(jù)水源分布情況和管段的落差，結(jié)合管段沿線的自然環(huán)境，準(zhǔn)確計(jì)算各點(diǎn)的壓力值，從而靈活確定檢測(cè)管段的起止點(diǎn)，合理劃分檢測(cè)管段的長(zhǎng)度。

3.檢測(cè)壓力的確定

強(qiáng)度檢測(cè)的試驗(yàn)壓力是壓力檢測(cè)的關(guān)鍵，只有強(qiáng)度試驗(yàn)的壓力值達(dá)到足夠高，才能比較充分地暴露管道缺陷。當(dāng)強(qiáng)度試驗(yàn)壓力提高到管材屈服強(qiáng)度的100.0%～110.0%之間時(shí)，缺陷的暴露率可以大大提高。

因此，若要排除更多的潛在缺陷，就必須提高強(qiáng)度試驗(yàn)壓力[6]。

目前國(guó)內(nèi)埋地管道在進(jìn)行壓力檢測(cè)時(shí)應(yīng)按照GB50253-2003《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50369－2006《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》及SY0401－98《輸油輸氣管道線路工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中強(qiáng)度及嚴(yán)密性試驗(yàn)要求來(lái)實(shí)施。表1至表3分別給出了上述三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)時(shí)的壓力值、穩(wěn)定時(shí)間及合格標(biāo)準(zhǔn)。

4.管道內(nèi)壓力控制方法

管道壓力檢測(cè)過(guò)程中對(duì)管道內(nèi)壓力的監(jiān)測(cè)是通過(guò)在試壓管段兩端安裝壓力圖表記錄儀連續(xù)繪制壓力曲線，同時(shí)還有壓力天平和壓力表，可供工作人員隨時(shí)讀取壓力數(shù)值，同時(shí)根據(jù)溫度測(cè)量?jī)x器測(cè)出的管道內(nèi)部溫度和地溫對(duì)壓力進(jìn)行修正。

在給檢測(cè)管段增壓時(shí)，一般的做法是先緩慢地增加試驗(yàn)壓力，每小時(shí)升壓不得超過(guò)1 Mpa；達(dá)到試壓段最高點(diǎn)處的最低試驗(yàn)壓力的30%時(shí)，穩(wěn)壓30min并檢查所有的管件和連接段，看是否有泄漏；繼續(xù)增大壓力至試驗(yàn)壓力的60%，穩(wěn)壓30min同時(shí)檢查有無(wú)泄漏情況和系統(tǒng)的完整性；然后根據(jù)試壓計(jì)劃，繼續(xù)增加壓力達(dá)到預(yù)定的壓力值，當(dāng)壓力穩(wěn)定后，開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到達(dá)到規(guī)定的穩(wěn)壓時(shí)間。壓力檢測(cè)時(shí)壓力升壓穩(wěn)壓過(guò)程如圖1所示。

5.檢測(cè)設(shè)備及儀表的選擇

用于壓力檢測(cè)的設(shè)備、閥門(mén)、管件及儀表應(yīng)滿足工序要求，并經(jīng)檢驗(yàn)、標(biāo)定合格。

（1）壓力表的選擇。壓力檢測(cè)用壓力表應(yīng)經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，并應(yīng)在有效期內(nèi)，其量程為試驗(yàn)壓力的1.5～2.0倍，壓力表精度應(yīng)不低于1.5級(jí)。表盤(pán)直徑不應(yīng)小于150 mm，最小刻度應(yīng)能顯示0.05 Mpa。每個(gè)檢測(cè)管段的壓力表應(yīng)不少于2塊，分別安裝在管段的首末兩端。壓力檢測(cè)管段的段首還應(yīng)安裝一臺(tái)自動(dòng)壓力記錄儀（24h）連續(xù)。

圖1 壓力檢測(cè)升壓穩(wěn)壓圖

（2）溫度計(jì)的選擇。壓力檢測(cè)用溫度計(jì)應(yīng)避免陽(yáng)光直射，其分度值應(yīng)不大于1℃，溫度計(jì)不少于4支，1支測(cè)管壁溫度、2支測(cè)檢測(cè)介質(zhì)的溫度（首尾各1支）、1支測(cè)土壤溫度。壓力檢測(cè)管段的段首還應(yīng)安裝一臺(tái)自動(dòng)溫度記錄儀（24h連續(xù)）。

（3）機(jī)泵的選擇。根據(jù)壓力檢測(cè)段的高程差，選擇能滿足最大高程差的大排量泵為充水泵，選擇能滿足檢測(cè)壓力的可調(diào)節(jié)排量的泵做為升壓泵。

6.結(jié)論

壓力檢測(cè)技術(shù)作為一種對(duì)埋地輸油管道強(qiáng)度和密封性能檢測(cè)的重要手段，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道缺陷，消除安全隱患，確保輸油管道的安全運(yùn)行。

[1] TSG D7003－2010 壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——長(zhǎng)輸（油氣）管道[S].

[2] 陳剛, 何仁洋, 劉長(zhǎng)征等. 埋地鋼質(zhì)管道完整性檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)展與工程應(yīng)用[A]. 第六屆全國(guó)工程結(jié)構(gòu)安全防護(hù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C], 2007: 29-36.

[3] GB/T 16805－2009 液體石油管道壓力試驗(yàn)[S].

[4] GB50253－2003 輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB50369－2006 油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[6] 宮淑毓, 楊鋒平. 輸氣管道試壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備,2013(1), 47-49,59.

[7] GB50369－2006 油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[8] SY0401－98輸油輸油管道線路工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].