試壓技術在加納天然氣管道支線的應用

何緒虎

（中石化江蘇油建工程有限公司， 江蘇 揚州 225000）

1 工程概況

加納天然氣管道工程陸管項目（GHANA EARLY PHASE GAS INFRASTRUCTURE PROJECT ONSHORE GAS EXPORT PIPELINE SYSTEM，簡稱“陸管項目”）業(yè)主為加納國家天然氣公司（簡稱GNGC），總包商為中國石化集團國際石油工程有限公司（SINOPEC SERVICES，簡稱SS）。陸管項目總長186公里。其中支線71.7公里，管徑20英寸，壁厚分別為10.31mm、11.91mm、14.27mm，材質為X65，設計壓力為10MPa。管道沿線敷設地區(qū)等級為一、二級地區(qū)，管道設計規(guī)格為強度試驗壓力為12.5MPa，嚴密性試驗壓力為10MPa。管道沿線設EDS分輸站及PRMS末站和BLV3、BLV4兩座截斷閥室。管道敷設沿線地形復雜，起伏較大，多次定向鉆穿越河流，地形、水壓試驗難度大。

2 管道試壓段落劃分

2.1 管道試壓具體段落

管道沿線地形地貌復雜多變，按照施工規(guī)范“低點的管道環(huán)向應力不得超過鋼管最低屈服強度的0.9倍”的劃分原則，將全線劃分為兩段進行通球試壓。

表1

2.2 試驗壓力

陸管支線（EP01～EP29），按照設計技術說明及施工標準規(guī)范要求，管道分段試壓時壓力值、穩(wěn)壓時間及允許壓降值應符合下列規(guī)定：

強度試驗壓力為1.25倍設計壓力，穩(wěn)壓時間4h，壓力在試驗時間內壓降不超過1%；嚴密性試驗壓力為設計壓力，穩(wěn)壓時間24h，壓力在試驗時間內壓力不下降。

2.3 試驗壓力管道分布

陸管支線（EP01～EP29），按照管線下溝測量結果計算沿線壓力分布并制作分布圖。

E D S-E P 1 4+1 1 6 0 m 段管線最高點壓力12.5MPa，最低點壓力13.35MPa；EP14+1160m–EP29段管線最高點壓力12.5MPa，最低點壓力13.45MPa，見圖1。

圖1 EDS分輸站-EP14+1160m管線高程和壓力分布圖

3 試壓程序及技術要求

本工程選用沿線河流水作為試壓介質，注水前取水樣送交有效化驗部門對水質進行化驗，取得水質檢驗報告，要求水質清潔，無油污，pH值6-9，最大鹽分2000mg/L，最大固態(tài)懸浮顆粒物直徑不大于50um，試壓用水必須經(jīng)過300目藍式過濾器過濾，無需在水中加入化學試劑。

3.1 試壓頭準備與安裝

在試壓頭安裝前，臨時配管、管件、閥門、法蘭、墊片、螺栓和其他試壓配件需能在額定或更高壓力下使用，安裝完成后對試壓頭進行1h水壓試驗，壓力達到最大試驗壓力的1.25倍。重復使用前，應對該試壓頭做全面檢查和維修，確保所有管件、閥門和組件使用安全。試壓頭安裝應按規(guī)范和焊接工藝規(guī)程的要求進行，并對其焊口進行RT射線檢測。

試壓頭采用Φ508×11.91mmX65鋼管及封頭自制而成，封頭選用計算如下：

封頭材料選用1 6 M n R，強度試驗壓力為12.5MPa，分段試壓中最大高差為95.14m，水壓試驗時液體靜壓力為0.951MPa。

Pc-計算壓力，取試驗時最低點壓力12.5+0.951=13.451MPa；

Di-管道最大內徑為487.38mm；

[σ]t-設計溫度下材料的許用應力為163MPa；

Ф-焊縫系數(shù)；整體沖壓Ф=1；

C -封頭壁厚附加量，C=1～3mm。

根據(jù)以上計算， 試壓封頭采用Φ508×24mm16MnR的標準橢圓封頭。

3.2 計量儀表安裝

在試壓管段試壓打壓一端安裝壓力記錄儀1臺，壓力天平1臺，壓力表1臺，流量計1臺，管段末端安裝壓力表1臺，每個儀表應分開安裝。

溫度自動記錄儀檢測裝置應安裝在距試壓管段以及管段的中部位置共3臺。記錄儀的安放應不受環(huán)境溫度及注水溫度變化的影響。

試壓管段每端大約300m處和管段中間位置共安裝3臺雙筆溫度記錄儀（可監(jiān)控管線溫度和土壤溫度變化）。溫度探針直接粘貼在管子表面（防腐層已去除），隔熱后回填到地面高度。地溫探測器要放置在管側中部，距管道表面20cm的位置，然后用原土回填。

3.3 管道試壓P/V圖計算

管道試壓要排除影響因素，由于空氣熱脹冷縮，管道內空氣含量過高，將嚴重影響試壓過程的穩(wěn)定性，需用下列公式計算實際壓力—容量數(shù)據(jù)圖測算空氣含量（管道試壓含空氣不能超過0.2%）

公式一：

公式二：

經(jīng)計算，EP01-EP14+1160m試壓管段容量為6823.271m3，EP14+1160m-EP29試壓管段容量為6481m3，兩段管段P/V理論圖如圖2：（藍線為管段含空氣量為零的理論線，紅線為管段空氣含量0.2%的理論線）

圖2：EP01-EP14+1160m試壓管段理論P/V值計算（PVslope =4.5085L/kPa）

3.4 管道注水

為保證試壓用水的清潔度，可采取現(xiàn)場挖蓄水池對水源進行沉淀處理。為了準確計量控制試壓段的注水量，應安裝流量計。

注水泵通過閥門與試壓頭相連，同時閥門的安裝位置要適合清管器的長度。為防止下山坡段注水清管器速度過快，在清管器前方注入約20m3水，保證有足夠的背壓以便控制清管器的行走速度。

計算注水清管器的估計到達時間。在接收段，清管器到達便立即關閉排水閥。

3.5 強度及嚴密性試驗

3.5.1 強度試驗

緩慢加壓到試壓段最高點的最低試驗壓力的30%，檢查所有的管件和連接段是否有泄漏；繼續(xù)加壓至試驗壓力的60%，檢查泄漏和系統(tǒng)的完整性；升壓時按照每100kPa記錄一次流量計值，根據(jù)數(shù)據(jù)制作P/V圖，并同理論P/V圖進行對比，如果兩圖不符，偏差不超過0.2%時，繼續(xù)增壓；兩圖偏差超過0.2%時，停止升壓，找出偏差原因，如果不能找出，必須排水重新上水試壓。

當P/V圖符合時，按不大于75kPa/min的均勻速率增加試驗壓力（在低標高點，壓力范圍（開始）為最低試驗壓力加2%，而最高不能超過規(guī)定的最低屈服強度的95%）[3]，升壓至強度試驗壓力，穩(wěn)壓4h，壓力穩(wěn)定后，確認壓力和溫度。

在穩(wěn)壓試驗的前30min，每5min記錄一次壓力天平、壓力自動記錄儀、壓力表和溫度表的數(shù)值。之后每30min記錄一次上述數(shù)值。此間，若管道無異?；蛘邿o需由于溫度損失而增加水量，則強度試驗就可驗收通過。

3.5.2 嚴密性試驗

強度試驗合格后打壓點降壓至嚴密實驗計算壓力，壓力穩(wěn)定后，開始24h的嚴密性試驗，試驗過程中，記錄儀和壓力天平應連續(xù)工作，每30min記錄一次各儀表的壓力、溫度數(shù)值（管壁溫度和地溫）及時間。

在穩(wěn)壓開始時，應關閉所有通向壓力管道的閥門并切斷與壓力泵的連接。定時檢查管道和管件，發(fā)現(xiàn)泄漏，應停止試驗，修補泄漏后，重新開始24h嚴密性試驗。如果未出現(xiàn)壓降，則嚴密性試驗合格。如果有壓降，必須說明原因加以證明，如溫度降低或者輕微泄漏。否則必須繼續(xù)或重復進行嚴密性試驗，直到達到合格的試驗結果為止。

3.6 管道卸壓

管道試壓經(jīng)過監(jiān)理驗收通過后，管道壓力要進行緩慢連續(xù)降壓，為防止引起管道顫動，降壓的整個過程要特別小心，應緩慢開放水閥（不能完全打開），防止水擊荷載損傷組裝管道。

3.7 管道排水

管道泄壓完成后，使用直板清管器排水清管，兩段試壓用水排至EP14+1140m處沉降池，試壓用水完成沉降后化驗合格排入河流中，排水過程中記錄驅動排水清管器所需的空氣壓力。

第一遍排水結束后，割除試壓封頭，焊接安裝臨時收發(fā)球裝置，用皮碗清管器及泡沫清管器繼續(xù)進行吹掃，直至管段里無大量游離水，試壓檢查員可以認定這一試壓管段的水分已清理完畢。

3.8 管口封堵

管道試壓、清掃合格，應及時封堵管口，為預干燥和深度干燥做準備。

4 結論與建議

加納天然氣項目陸管支線管道試壓運用以上技術并認真實施，其試壓達到了設計要求和施工規(guī)范規(guī)定，施工質量檢測結果真實可靠，管理水平得到提升，效果顯著。為搞好今后類似工程的試壓，提出以下幾點建議：

（1）應根據(jù)管徑的大小、管段的長度和高差合理選用清管、試壓設備，應能滿足規(guī)定的注水（空氣）速率和克服試壓段高差及防止氣穴產生的需要。流量計等計量設備的性能和功能應滿足使用要求。

（2）為防止管道上水過程中產生氣穴，應在注水水頭前裝設注水清管器，并應有背壓控制流速措施，特別在高差地段背壓控制尤為重要。

（3）排水時必須控制適當背壓，防止形成空氣隔斷。

（4）上水和排水方案應獲得EPC環(huán)境委員會批準，符合HSE和水土保持要求，以免造成不良后果。

◆參考文獻

[1] 何鵬程. 天然氣長輸管線施工技術及運行管理[J].油氣田地面工程，2013，32(9)：110-111.

[2] 焦振潮，吳波，張李. 長輸管道施工技術管理[J].石油化工建設，2007，29(5)：46-50.

[3] 周子棟，夏政，徐娜，等. 中緬天然氣管道清管試壓關鍵技術[J].天然氣與石油，2014，32(3)：11-14.