中緬天然氣管道清管試壓關鍵技術

周子棟 夏 政 徐 娜 林 罡 劉 斌 周 彬

1.西安長慶科技工程有限責任公司，陜西 西安 710018；2.四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川 成都 610213

0 前言

中緬天然氣管道 （國內段）第1標段 （簡稱中緬1標段），管道直徑1 016mm，材質X80，設計壓力10MPa，與中緬原油管道并行或同溝敷設。管道沿線地形起伏劇烈、山高谷深、河流寬深，不僅為管道施工帶來很大困難，而且對完工后的管道清管、測徑和試壓也提出了技術挑戰(zhàn)。中緬1標段地區(qū)等級主要為一級、二級和三級，從安全角度考慮，管道全線采用清潔水試壓。一級地區(qū)強度試驗壓力11.0MPa，二級地區(qū)強度試驗壓力12.5 MPa，三級地區(qū)強度試驗壓力14.0MPa，穩(wěn)壓時間4 h，合格標準為無泄漏。嚴密性試驗壓力為設計壓力10MPa，穩(wěn)壓時間為24 h，合格標準為壓降不大于1%試驗壓力值，且不大于0.1MPa［1］。本文對中緬1標段施工準備、清管、測徑和試壓排水等關鍵技術的實施進行了介紹。

1 施工準備

中緬1標段管道清管、測徑、試壓基本流程見圖1，根據施工流程準備相關工作。

施工開始前，首先需要申請試壓作業(yè)許可，并獲得試壓用水和排水的批準，進行試壓段劃分，準備試壓頭、收發(fā)球筒等設備。

1.1 試壓段劃分

圖1 清管、測徑、試壓基本流程

管道試壓前，必須先劃分試壓管段。平原地區(qū)相對山區(qū)簡單，而山區(qū)管道，不僅要考慮地區(qū)等級、水源情況、穿跨越工程、站場閥室位置以及施工條件等因素，還需要結合沿線高差等情況復核管材的承壓能力［2］。合理的管段劃分，在滿足試壓要求的前提下，能減少施工工作量。

根據GB 50369-2006《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》的要求：試壓時管道低點處的環(huán)向應力按照不大于管材最低屈服強度的0.9倍控制，對于山區(qū)高差較大處，其值不大于0.95倍［3］。試壓分段中各區(qū)段長度一般平原地段小于35 km，山區(qū)、丘陵的管段分段應根據沿線高差具體劃分。根據地區(qū)等級對應的強度試驗壓力以及0.95倍屈服強度限制條件進行校核（大變形鋼管按屈服強度90%控制），計算出不同地區(qū)等級允許的最大高差。中緬1標段沿線高差較大，線路試壓總長469.2 km，共劃分試壓段114段，單段最長試壓距離16.78 km，同一試壓段最大高差522m，試壓分段相關計算結果見表1。

根據計算結果允許的高差，結合水源條件、沿線地形地貌、地區(qū)等級、大中型穿跨越及隧道位置等進行清管試壓分段。此方法在保證工程安全的前提下，最大限度地減少了段落劃分，降低施工難度和強度。

表1 中緬1標段線路試壓分段相關計算

線路途經的工藝閥室、隧道等單出圖管段應單獨進行試壓，試壓合格后再與其他管段連頭，參加管段試壓。

1.2 清管、試壓設備

1.2.1 試壓頭預制

試壓頭必須采用與試壓段材質相同、壁厚相等或高一級的鋼管制作，試壓頭在使用時需統一編號，使用次數不超過5次，橢圓封頭壓力必須滿足試驗壓力要求。所有用來預制試壓頭的部件都必須具有合格證書，相關材料必須報監(jiān)理審批。試壓頭示意見圖2。

試壓頭和閥門在使用前進行15MPa的強度試驗，試驗介質為清潔水，強度試驗穩(wěn)壓時間4 h，無泄漏、無爆裂為合格,試壓頭的試壓過程需經監(jiān)理現場簽字確認。

圖2 試壓頭示意圖

1.2.2 清管器收發(fā)裝置預制

清管器發(fā)送（接收）裝置采用δ=14mm Q 235鋼板卷制成Ф1 219圓筒，圓筒與異徑接頭焊接，長約2.5m。其制造廠家應具備壓力容器制造資質，使用前應進行試壓，試驗壓力為2.4MPa。清管器發(fā)送（接收）裝置見圖3。

圖3 清管器發(fā)送 （接收）裝置

1.2.3 其它試壓設備選擇

根據工程實際需要合理配置試壓設備，包括：空氣壓縮機、清管器、注水設備、儀表、鋼管和管件等。試壓用的儀表在使用前應經過有資質的計量檢測部門檢測合格，并經監(jiān)理確認后方可使用。臨時用管道、管件、閥門、法蘭、墊片、螺栓和其他試壓配件的設計壓力不低于試壓壓力，注水泵、高壓泵和試壓頭采用剛性配管連接［4］。

2 管道清管、測徑技術

管道分段清管測徑施工是在線路焊接完回填后，壓力試驗前，利用空壓機向管段內注入壓縮空氣，從而推動清管器進行管段內雜物清掃和管道變形測量的一項重要工序，所用的清管器直徑比管道內徑過盈3%～5%。

測徑目的是確定管道存在的失圓、皺痕、凹坑或其他變形的程度，中緬1標段主體線路測徑使用測徑板，直徑不小于該管段內徑的92%并小于該段熱煨彎管內徑的95%，隧道等單出圖穿越段測徑板直徑為管段內徑的92.5%，測徑板厚度為8～10mm。管線清管測徑步驟如下：

a）安裝好清管器發(fā)送（接收）裝置并做好相關準備工作后，啟動空壓機通入直板清管器，清除焊渣等碎屑。

b）通帶尼龍盤刷的清管器，清除灰塵等雜物。

c）在清管器上安裝測徑板，通清管器測徑。

清管器的運行速度控制在3～5 km/h,最高壓力不超過1.6MPa，清管器運行速度可通過調整清管器接收裝置上的放空和排污閥開度控制。清管過程中，操作人員應守在測試段兩端，監(jiān)視裝在清管器發(fā)送（接收）裝置上的壓力表，如有任何可能導致清管失敗的壓力異常變化，操作人員應立即電話報告試壓工程師，由試壓工程師進行判斷。

當出現接收端氣體排量很大，清管器停止運行或運行速度很慢的情況，可能是清管器中途損壞所致，需泄壓后裝入新的清管器，重新清管。當出現清管器被卡，接收端不排氣或排氣非常小的情況，可能是管道變形或管道內有雜物所致，需發(fā)帶跟蹤儀的清管器，找出卡點，通知相關方分析原因，并提出解決方案。

當清管器接收裝置收球端不再排出雜物，清管作業(yè)合格。測徑清管器到達末端后，如測徑板沒有明顯變形、褶皺，測徑作業(yè)合格。

3 管道試壓

3.1 試壓準備

清管、測徑合格后，拆除管段兩端清管器發(fā)送（接收）裝置，將試壓頭焊接在待試壓管段兩端，在試壓段首端連接試壓設備，在末端焊接排空管線；試壓操作坑需進行防塌方處理，兩側放緩坡，坡度小于60°，緩坡需設施工便道；進行溝下作業(yè)時，溝上有人看護，防止落石、塌方等事故；對水壓試驗工序進行危險源分析，試壓頭前方嚴禁站人，并遠離人口稠密區(qū)；現場設置警戒線、警示牌、無關人員不得進入；為了計量注水量，在注水管路上安裝流量計，使用符合要求的清潔水；在試壓頭的雙頭針型閥上分別連接遠傳數字壓力表和圓圖記錄儀，壓力表和圓圖記錄儀的終端位于試壓安全區(qū)域內；溫度計安裝在試壓頭和管線連接處，緊靠管壁且用土掩埋；水壓升壓前做最后檢查，確認試壓泵、連接管、接頭完好，試壓泵狀況良好。

設置沉降池，在泵入口處安裝過濾器，過濾泥沙和雜物，達到要求后將清潔水注入管道。注水前應從選定的水源采集樣本進行化驗分析，確認試壓用水清潔，pH值為中性，對管道無腐蝕作用。上水點應設置沉淀池和蓄水池，蓄水池容量應滿足上水要求，池內表面必須做硬化處理。管道試壓流程見圖4。

圖4 管道試壓流程

3.2 壓力試驗

為了在注水過程中隔絕空氣進入試驗段管線，在注水前先將2個機械清管器裝入已預制好的試壓頭內，再將試壓頭與試壓管段焊接。在第一個清管器前注入水100m3，然后發(fā)出第一個清管器，每隔30min記錄注水體積、壓力和注水溫度。當注水清管器到達末端，關閉注水泵和閥門，停止注水。注水結束后，關閉充水管段兩端閥門，進行24 h的溫度穩(wěn)定，使管內的水與土壤充分進行熱交換。

溫度穩(wěn)定后，確認所有試壓準備措施已經就位，開始向管道加壓，升壓盡量保持適當恒定的速度。升壓階段劃分見圖5，圖5中ps為強度試驗壓力，pt為嚴密性試驗壓力。

圖5 試壓階段劃分

試壓期間，檢漏人員目測所有可視的連頭，并沿管線進行巡查，檢查是否有泄漏現象，如有泄漏，應立即中斷試壓，對管道進行泄壓、維修。如壓降不滿足要求可再延長24 h繼續(xù)觀測。如果試驗不合格，由施工單位找出漏點并進行維修后，再重新試壓［5］。

3.3 降壓排水

壓力試驗順利完成后，半開閥門，緩慢降壓，防止引起顫動。降壓完畢后，為了保證空氣不進入管道，在試壓管段的高點位置應保持有一定的正壓。排水施工時必須取得當地相關部門的排水許可，且應通過沉降池沉降后排放。

試壓完成后，采用2臺排量大于30m3/min、最高壓力為2.4MPa的空壓機排水。首先將空壓機與試壓頭連接，空壓機推動注水前預置在試壓頭內的清管器，將管內試壓水推出。推水過程中通過控制末端排水閥門，在末端建立一定背壓，使清管器平穩(wěn)運行，以免產生“氣阻”現象。

3.4 掃水驗收

試壓段完成排水后將試壓頭割除，焊接臨時清管器發(fā)送（接收）裝置，進行深度掃水。首先發(fā)送直板清管器進行掃水，當末端無明水排出時發(fā)送泡沫清管器進行深度掃水，DN 1 000管段深度掃水以連續(xù)2個泡沫清管器含水量不大于1.5 kg為合格。掃水合格后再次進行測徑，測徑清管器到達末端后，測徑板沒有明顯變形、褶皺，測徑合格。

試壓段完成試壓后，段落連接焊縫必須進行100%射線檢測和100%超聲波檢測，達合格。

4 結論

管道的清管、測徑、試壓是在管道投產前檢驗管道是否存在隱患的最重要環(huán)節(jié)。通過清管、測徑、試壓，對中緬1標段的施工質量、材料性能、管道整體性進行了一次綜合檢驗，對不合格的管段及時采取措施整改，使中緬1標段管道成功投產，安全平穩(wěn)運行。在長距離、大口徑、高壓力的天然氣輸送管道工程中樹立了典范，供類似工程借鑒。

［1］GB 50251-2003，輸氣管道工程設計規(guī)范［S］.GB 50251-2003，Code forDesign ofGasTransm ission Pipeline Engineering［S］.

［2］潘江芹，畢彩玉，曾九令.山區(qū)長輸管道施工中試壓分段的技巧［J］.石油工程建設，2008，34（3）：75-77.Pan Jiangqin,BiCaiyu,Zeng Jiuling.Skill of Dividing Pipeline into Sections for Long Distance Pipeline Pressure Tests in Mountainous Region［J］.Petroleum Engineering Construction,2008,34（3）：75-77.

［3］GB 50369-2006，油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范［S］.GB 50369-2006，Code for Construction and Acceptance of Oil&Gas Transmission Pipeline Engineering［S］.

［4］孟祥啟，彭順斌．長輸管道的試壓 ［J］．油氣儲運，2008，27（9）:50-54.Meng Xiangqi，Peng Shunbin．Pressure Test of Long Distance Pipelines［J］.Oil&Gas Storage and Transportation， 2008，27（9）：50-54.

［5］周劍琴，張 龍.西氣東輸山區(qū)段管道水壓試驗技術研討［J］.天然氣與石油，2004，22（3）：36-39.Zhou Jianqin，Zhang Long.Discusses on Hydrostatic Test of the Segments Located in Mountain Areas of“W est to EastGas Pipeline”［J］.Natural Gasand Oil， 2004，22（3）：36-39.