高壓氦氮試驗在現(xiàn)役平臺改造中的應(yīng)用

李凱，王傳磊，劉征，張斌

（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

氦氮試驗是檢測管線系統(tǒng)嚴(yán)密性的一種方法，采用氦氮混合氣體（通常為1：99）作為試驗介質(zhì)，對管線系統(tǒng)進行泄漏檢測，通常在預(yù)調(diào)試或調(diào)試階段進行。在進行氦氮試驗前期，需要對管線按照壓力等級進行試壓包的設(shè)計與分類，試壓包的設(shè)計包括：試驗方法選擇、工藝流程設(shè)計、試驗壓力確定、隔離鎖定位置、安全距離計算、用氣量的計算、設(shè)備和工機具的選型、試驗步驟等。

1 試驗方法

氦質(zhì)譜檢漏試驗有吸槍法、示蹤探頭法和護罩法三種，根據(jù)海上平臺工藝管線長度和形狀不規(guī)則的特點，本項目的研究內(nèi)容為吸槍法氦質(zhì)譜檢漏測試。吸槍法分單點漏率測試和總漏率測試，對工藝管線進行總漏率測試意義不大且很難實現(xiàn)，而單點漏率測試與水壓試驗、氣密試驗等對法蘭、閥門等節(jié)點的測漏相同，所以，本次具體研究內(nèi)容為氦質(zhì)譜檢漏-吸槍法-單點漏率測試，此方法靈敏度高，能夠精確定位，還能部分量化泄漏量，通過與給定的漏率比對，可以給工藝管線系統(tǒng)的嚴(yán)密性定性。

氦質(zhì)譜檢漏方法和技術(shù)如表1：氦氮試驗的泄漏速率，因不同業(yè)主的要求而異，應(yīng)依據(jù)規(guī)格書而定。根據(jù)A S M E 標(biāo)準(zhǔn)：ASME Boiler and Pressure Vessel Code VOL V-Nondestructive Methods Examination中對氦氣檢驗及驗收標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定：如果用100%氦氣檢驗，合格標(biāo)準(zhǔn)是漏率小于10×E-5Pa×m3/s，由于實際氦氣占比為1%，故矯正后的合格標(biāo)準(zhǔn)為10×E-7 Pa×m3/s，此漏率標(biāo)準(zhǔn)多用于國內(nèi)LNG儲罐項目管線氦氮試驗的漏率要求。

表1

2 氦氮試驗設(shè)計

氦氮試驗并無強制性的國際標(biāo)準(zhǔn)要求，具體項目應(yīng)用情況根據(jù)業(yè)主和規(guī)格書的要求而定。由于不同業(yè)主和操作方式對試驗的理解程度和要求不同，氦氮試驗壓力的確定方法也有一定的差異。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)項目的執(zhí)行情況，試驗壓力選取按照以下原則：試驗壓力為被測系統(tǒng)的最大操作壓力或0.95倍的設(shè)計壓力，取小值；如果試驗系統(tǒng)中有安全閥，則為安全閥設(shè)定壓力的90%。

針對不同壓力等級的工藝系統(tǒng)，氦氮試驗設(shè)計差異主要體現(xiàn)在試壓包劃分和試驗方案設(shè)計兩方面。

3 安全距離

氦氮實驗通常是設(shè)備和管線一起進行的系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗，管線在設(shè)計、施工、檢驗和試驗方面主要遵照標(biāo)準(zhǔn)為ASME B31.3和API 14E。氦氮試驗的安全距離，按照ASME PCC-2 Article 5.1公式（II-2）和（II-3）關(guān)于氣壓的安全距離公式計算得出氦氮試驗的理論最小安全距離，最終安全距離應(yīng)按照實際由安全部門乘以合適的安全系數(shù)確定，由管理方選擇。

4 用氣量計算

對氦氮試驗所需的氦氣和氮氣用量進行核算，提前準(zhǔn)備足夠的試驗氣體，可以避免工期延誤和氣體浪費，節(jié)省施工成本。

根據(jù)理想氣體分壓定律，對試驗氣體用量進行計算，可以推導(dǎo)出：

PB=（VB/V）P；

式中：P為混合氣體的壓強；V為混合氣體的總體積；VB為混合氣體中B的總體積；PB為混合氣體B的分壓。

試驗介質(zhì)成分：99%氮氣，1%氦氣，即氦氣體積和總體積之比為1：100，可得氦氣分壓為1/100，即可計算試驗中氦氣、氮氣的用氣量。

試驗用氣量需要考慮試壓失敗后，泄壓重新升壓所需要的氣量，同時還應(yīng)考慮設(shè)備的預(yù)冷所消耗的氮氣量。升壓一般按照3倍的管容估算，設(shè)備單次預(yù)冷需要消耗的液氮量約為3m3。

5 設(shè)備選型

針對不同試驗?zāi)繕?biāo)及系統(tǒng)用氣量，對氦氮設(shè)備進行選型。常用的設(shè)備包括：液氮氣化增壓泵液氮罐、氦檢漏儀、氦氣檢測儀、氦氣增壓站以及高壓管匯。

對于在改造平臺中壓力大于100bar的氦氮試驗，考慮到現(xiàn)場情況的空間限制和高壓氣密的安全風(fēng)險，可以將所有的氦氮試驗設(shè)備放到支持船拖輪上，通過OPP（over pressure protection）過壓保護系統(tǒng)用高壓軟管接入到待測管線，對現(xiàn)場的實驗情況進行實時監(jiān)控，這樣可大大降低在現(xiàn)場操作的風(fēng)險。

6 對接入點的測漏試驗

結(jié)合平臺現(xiàn)有管線的實際運行情況，在新舊管線接入點位置附近，選擇就近的一處閥門處（根據(jù)現(xiàn)場試驗情況，選擇球閥進行關(guān)斷為最優(yōu)選擇），如果帶著平臺的舊管線一起試壓，試驗壓力選擇操作壓力，這就降低了老管線由于運行時間長而發(fā)生危險的風(fēng)險，同時也能對接入點為位置進行漏點檢測。這樣就能夠滿足對接入點位置進行泄漏檢驗。

◆參考文獻

[1] 海洋石油工程設(shè)計指南編寫組.海洋石油工程設(shè)計指南[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.

[2] 朱澧，孫道青，崔榮帥，等. 氦氮試驗在油氣平臺改造中的應(yīng)用與接入點位置檢漏的解決方案[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，(17)：181-182.