The Design and Operation of Testing Field of Domestically Made Large-caliber Valves

Can Tian

Engineering and Technology Department of Petro China West Pipeline Company, Urumqi Xinjiang

Abstract China National Petroleum Corporation (CNPC) has vigorously promoted the localization of key equipment. It invested and constructed the first large caliber valve industrial test site (Yanduen Domestic Valve Test Site in Xinjiang), for proving industrial test for domestic research and development of OD1422, Class900 valve switch action and full pressure differential sealing performance. It is used for verifying that if the product quality and performance meet the requirements of field application. It creates conditions for the application of the products in the construction process of the long distance natural gas pipeline such as the East Line of China and Russia and the fourth lines of Gas Transmission from the West to the East.

Keywords Valve, Localization, Natural Gas Pipeline, Industrial Test

1. 引言

閥門是流體管路的控制裝置，其基本功能是接通或切斷介質(zhì)流通，改變介質(zhì)流通方向，調(diào)節(jié)介質(zhì)流量和壓力，保證管道工藝系統(tǒng)中設(shè)備的正常運(yùn)行和檢修期間介質(zhì)的隔離[1] [2] [3]。隨著中石油管道建設(shè)的快速發(fā)展，對油氣管道設(shè)備的需求也急劇增加，目前油氣管道截?cái)嚅y門仍占有較大比例，增加了建設(shè)和運(yùn)營成本，而且進(jìn)口產(chǎn)品一般供貨周期較長，制約了管道建設(shè)的快速發(fā)展[4] [5] [6]。多年來，國產(chǎn)化產(chǎn)品完成研制和出廠鑒定后，工業(yè)性試驗(yàn)需要依托在役站場，在系統(tǒng)運(yùn)行期間內(nèi)通過更換研制產(chǎn)品試運(yùn)行開展試驗(yàn)[7] [8] [9] [10]。新疆煙墩國產(chǎn)閥門試驗(yàn)場是國內(nèi)首座為配合大口徑國產(chǎn)球閥研制項(xiàng)目工業(yè)性試驗(yàn)的開展而建成投產(chǎn)的閥門試驗(yàn)場，現(xiàn)場以西氣東輸三線實(shí)際運(yùn)行工況為測試工況的試驗(yàn)條件，對試制閥門現(xiàn)場實(shí)際使用情況進(jìn)行判斷，對產(chǎn)品的推廣使用有重要意義。

2. 國產(chǎn)大口徑閥門試驗(yàn)場設(shè)計(jì)

2.1. 設(shè)計(jì)原則

1) 布局合理、統(tǒng)籌兼顧，充分集合西部管道公司西氣東輸三線各壓氣站的施工設(shè)置和運(yùn)行情況，合理選擇試驗(yàn)場建設(shè)場址。

2) 工藝成熟、可靠，確保試驗(yàn)場安全平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)施介質(zhì)為管輸天然氣，最高測試壓力應(yīng)接近目前國內(nèi)天然氣管道最高設(shè)計(jì)壓力12 MPa。

3) 合理處理試驗(yàn)設(shè)施與在役設(shè)施的關(guān)系，充分結(jié)合西氣東輸三線已有設(shè)施，優(yōu)化平面布置，節(jié)約用地，降低投資，方便管理。

4) 試驗(yàn)設(shè)施自控水平與西三線管道整體水平保持一致。

5) 落實(shí)安全措施，重視衛(wèi)生、消防、環(huán)保與節(jié)能要求。

6) 考慮試驗(yàn)人員提供住宿和辦公等依托條件。

2.2. 工藝計(jì)算

2.2.1. 管段管徑的選擇

試驗(yàn)場管段管徑的計(jì)算公式如下：

式中：q為操作條件下氣體的工況流量，m3/s；d為計(jì)算管內(nèi)徑，m；v為站內(nèi)氣體流速，m/s；qv為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流量，m3/d；p0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的絕對壓力，MPa；T0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的絕對溫度，K；T為操作條件下氣體的絕對溫度，K；p為操作條件下的氣體絕對壓力，MPa；Z為氣體壓縮系數(shù)。

以試驗(yàn)閥門下游管路長度為100 m進(jìn)行核算，考慮減少試驗(yàn)放空氣量，故上游管段采用與預(yù)留分輸口相同的口徑700 mm；下游管段，由于需模擬全壓差下氣流對閥門的沖刷作用，下游管道容積較大更有利于測試閥門的性能，故下游管段選用口徑1000 mm。

2.2.2. 管線材質(zhì)及壁厚

鋼管壁厚計(jì)算公式如下：

式中：φ為焊縫系數(shù)，取1.0；δ為鋼管計(jì)算壁厚，mm；pd為設(shè)計(jì)壓力，MPa；σs為鋼管的最小屈服強(qiáng)度，MPa；D為鋼管外徑，mm；F為強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，站內(nèi)設(shè)計(jì)系數(shù)取0.4；t為溫度折減系數(shù)，當(dāng)溫度小于120℃時(shí)，溫度折減系數(shù)取1.0。

2.3. 自控系統(tǒng)

閥門試驗(yàn)場自控系統(tǒng)依托西氣東輸三線煙墩壓氣站已有站控及安全儀表系統(tǒng)，采用站控/就地兩級操作模式，ESD系統(tǒng)在原有站場安全儀表系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)容，并接受原有系統(tǒng)的控制，供電、防雷、接地均依托接入站場已有系統(tǒng)[11] [12]。

2.4. 閥門試驗(yàn)內(nèi)容

主要試驗(yàn)內(nèi)容包括閥門外觀檢查、焊縫的無損探傷、閥體水壓試驗(yàn)、全壓差情況下開啟試驗(yàn)、閥座水壓密封試驗(yàn)、雙隔斷和泄放閥功能閥座水試壓(DIB-1)、雙截?cái)嘈狗?DBB)功能閥座水試壓、閥座低壓氣密封試驗(yàn)、閥座高壓氣密封試驗(yàn)、防靜電檢驗(yàn)及注脂試驗(yàn)等[13]。

3. 國產(chǎn)大口徑閥門場地試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1. 閥門試驗(yàn)場建設(shè)投產(chǎn)過程

試驗(yàn)場項(xiàng)目2015年10月完成立項(xiàng)，2016年1月完成項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)，2016年4月完成施工圖設(shè)計(jì)，2016年9月建成并進(jìn)氣投產(chǎn)，開始用于OD1422、Class900國產(chǎn)全焊接球閥的現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)測試。

3.2. 國產(chǎn)大口徑閥門場地試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2016年9月至2017年5月，中石油西部管道公司組織三家國產(chǎn)化研制廠家完成了8臺套OD1422、Class900全焊接國產(chǎn)化研制球閥的現(xiàn)場工業(yè)性測試工作。

1) 閥門開關(guān)動作測試：工況條件下，開關(guān)閥門3次，驗(yàn)證閥門是否有卡阻、泄漏現(xiàn)象。

2) 密封性檢查(DBB測試)：開啟、關(guān)閉閥門一次后，對閥腔進(jìn)行放空，觀察閥腔壓力變化(靜置6 h)，判斷是否有泄漏。

3) 密封性檢查(DIB-1測試)：開啟、關(guān)閉閥門一次后，保持閥腔帶壓，放空閥門上下游管道，靜置6 h后，觀察閥腔壓力變化，判斷閥門密封是否有泄漏。

4) 全壓差測試(重復(fù)5次)：關(guān)閉閥門，放空閥腔，閥門上游充壓(≥10.5 MPa)，閥門下游放空，開啟閥門，觀察閥腔壓力變化，判斷是否有泄漏。

5) 復(fù)核試驗(yàn)：全壓差試驗(yàn)結(jié)束后，再次進(jìn)行DBB和DIB-1密封測試。

3.3. 測試結(jié)果

成都某廠研制的2臺球形球閥、上海某廠研制的2臺球形球閥、溫州某廠研制的2臺筒形球閥通過現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)測試；溫州某廠研制的2臺球形球閥全壓差測試出現(xiàn)密封泄漏，未通過工業(yè)性測試。

基金項(xiàng)目

中國石油天然氣股份公司科技專項(xiàng)“油氣管道關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化” (2012E-2802)。