工藝管線冬季試壓方法與良好施工實(shí)踐

王舉田

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

1 引言

工藝管線設(shè)計(jì)、預(yù)制、安裝流程長(zhǎng)，建造工藝復(fù)雜，成為海上石油平臺(tái)或LNG陸地模塊建造的關(guān)鍵路徑。受項(xiàng)目圖紙、材料、完工交付日期等因素制約影響，部分管線試壓工作將處于冬季施工期。尋找冬季管線建造和試壓各環(huán)節(jié)施工關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)，采取有效措施提高冬季施工質(zhì)量，保證試壓合格率，有利于提高模塊整體建造水平，保障項(xiàng)目調(diào)試及交付周期[1]。

2 工藝管線冬季施工與試壓方法

工藝管線從車間預(yù)制到最終交付調(diào)試，需經(jīng)歷試壓、清潔、干燥、恢復(fù)等多道工序。為了提高冬季施工與試壓質(zhì)量，管線建造過程需采取管線焊口預(yù)熱、試壓水易結(jié)冰處理、試壓后空氣露點(diǎn)測(cè)量監(jiān)測(cè)的方式，控制各道工序嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行，如圖1所示。

圖1 管線冬季試壓流程與質(zhì)量控制保證

2.1 管線冬季預(yù)制安裝

管線預(yù)制是工藝管線建造過程中的首道工序，一般在預(yù)制車間內(nèi)進(jìn)行施工，在圖紙、材料、建造程序等輸入條件下可進(jìn)行批量化的生產(chǎn)。預(yù)制過程需嚴(yán)格按照建造程序進(jìn)行，預(yù)制精度和焊口質(zhì)量對(duì)后續(xù)進(jìn)行管線模塊總裝和試壓至關(guān)重要[2]。

管線預(yù)制噴涂后，可交接模塊建造場(chǎng)地進(jìn)行安裝施工。安裝過程與預(yù)制過程參照相同的ISO圖紙，并且執(zhí)行相同的焊口施工與檢驗(yàn)流程。與車間預(yù)制不同的是，處于冬季施工期的管線安裝現(xiàn)場(chǎng)，受大風(fēng)、低溫等環(huán)境因素影響更大，因此需制定更加完善的冬季施工保障措施。焊接工藝規(guī)程（WPS）中已明確管線焊口預(yù)熱溫度，現(xiàn)場(chǎng)施工中可使用烤把對(duì)焊口附近進(jìn)行加熱，避免環(huán)境溫度過低造成焊口焊接缺陷。大風(fēng)天氣下，為避免偏弧產(chǎn)生焊接氣孔，可在焊接區(qū)域周圍使用防火帆布進(jìn)行擋風(fēng)作業(yè)，如圖2所示。另外，使用保溫被采取焊后緩慢冷卻方式可提高焊口施工質(zhì)量[3]。

圖2 管線預(yù)制擋風(fēng)與溫度檢測(cè)

2.2 管線冬季試壓流程

管線安裝完成后，需對(duì)照試壓包進(jìn)行查線，并進(jìn)行尾項(xiàng)整改工作。銷項(xiàng)過程可分為實(shí)體性施工工作和文件的查閱準(zhǔn)備工作。實(shí)體性銷項(xiàng)可對(duì)照試壓包查線遺留的尾項(xiàng)進(jìn)行逐條施工，如管線不水平、在線儀表未按照試壓包要求移除等。以試壓包為單位，在實(shí)體性尾項(xiàng)施工完成后進(jìn)行整體報(bào)檢銷項(xiàng)，為試壓工作做好準(zhǔn)備。除了實(shí)體性銷項(xiàng)工作外，焊口的WTR（焊口檢驗(yàn)報(bào)告）審核、試壓包內(nèi)圖紙?zhí)鎿Q更新等屬于文件查閱準(zhǔn)備工作。為了保證試壓質(zhì)量和安全性，試壓前所有焊口的組對(duì)、外觀檢驗(yàn)記錄必須齊全，需要進(jìn)行無損檢測(cè)的焊口必須取得合格的檢驗(yàn)報(bào)告。試壓前銷項(xiàng)完成后，即可進(jìn)行管線水沖洗和試壓工作。

由于工藝管道試壓最常用的介質(zhì)為水，冬季極易結(jié)冰，因此與其他季節(jié)相比，冬季試壓需克服試壓介質(zhì)結(jié)冰等不利因素的影響。另外，試壓后需及時(shí)排放試壓水，避免水結(jié)冰后體積膨脹，對(duì)管道造成破壞，如圖3所示。

圖3 試壓水未排放干凈造成管道內(nèi)結(jié)冰

試壓結(jié)束后，對(duì)管道進(jìn)行清潔和干燥工作。管線干燥最常用的設(shè)備為干燥機(jī)，按照建造規(guī)格書要求，可使用露點(diǎn)儀對(duì)干燥后管道內(nèi)的空氣露點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，直至達(dá)到干燥要求。

管線恢復(fù)工作即重新安裝試壓階段拆除的在線儀表、閥門等，并拆除已加裝的試壓盲板等工裝。對(duì)于查線階段遺留的尾項(xiàng)也需進(jìn)行逐一施工銷項(xiàng)，如導(dǎo)向、限位塊的安裝等。管線試壓的目的在于檢測(cè)管線母材或焊道的強(qiáng)度，對(duì)于部分重要系統(tǒng)，試壓包恢復(fù)完成后，需進(jìn)行氣壓試驗(yàn)或氦氮試驗(yàn)，以檢測(cè)儀表或法蘭節(jié)點(diǎn)的密封性。管線節(jié)點(diǎn)使用法蘭管理緊固工藝可大幅提高密封性，提高密性試驗(yàn)成功率。

3 管線冬季試壓良好實(shí)踐

工藝管線冬季試壓的難點(diǎn)集中在試壓水易結(jié)冰、試壓后清潔干燥時(shí)間長(zhǎng)等不利因素上，因此本文從試壓介質(zhì)替代、試壓介質(zhì)凝固點(diǎn)改善、物理升溫、多包聯(lián)合試壓四方面出發(fā)，結(jié)合工程項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，給出以下管線冬季試壓的良好實(shí)踐。

3.1 使用氣壓代替?zhèn)鹘y(tǒng)水壓

工藝管道工作介質(zhì)以流體居多，試壓包設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用水壓試驗(yàn)。但某些工藝系統(tǒng)，如儀表氣、公共用氣、放空系統(tǒng)等，管道內(nèi)正常工作介質(zhì)為氣體，冬季采用水壓試驗(yàn)難度增大的前提下，當(dāng)試驗(yàn)壓力低于1.6MPa時(shí)，可采用氣壓試驗(yàn)代替水壓試驗(yàn)，提高試驗(yàn)效率。氣壓試驗(yàn)試壓介質(zhì)通常采用清潔干燥的壓縮空氣或氮?dú)?。采用此種替代方式需注意壓力換算值及氣壓試驗(yàn)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)增加。對(duì)于壓力換算，采用氣壓試驗(yàn)時(shí)，壓力應(yīng)不高于設(shè)計(jì)壓力的1.1倍，這與水壓試驗(yàn)最小應(yīng)為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍不同[4]。安全風(fēng)險(xiǎn)方面，氣壓試驗(yàn)需考慮管道材料非延性斷裂、試壓氣體的存儲(chǔ)能量釋放、安全距離計(jì)算與隔離等風(fēng)險(xiǎn)[5]。其中氣壓試驗(yàn)中壓縮空氣儲(chǔ)能E可使用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

E=2.5PabsV[1-(Pabs/atm)0.286]

公式中：

E—試壓管道內(nèi)系統(tǒng)儲(chǔ)能，單位J;

V—試壓管道內(nèi)容積，單位m3；

Pabs—絕對(duì)壓力，單位Pa；

atm—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取值101.325kPa。

試壓包儲(chǔ)能值得出后，可根據(jù)試壓現(xiàn)場(chǎng)安全要求計(jì)算出相應(yīng)的隔離距離，確保施工安全。

3.2 試壓介質(zhì)凝固點(diǎn)改善

不同液體的凝固點(diǎn)不同，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水由液態(tài)轉(zhuǎn)換為固態(tài)的溫度為0°C。工程實(shí)踐中，可采用往試壓水中添加高凝固點(diǎn)液體的方式，改善試壓水的凝固點(diǎn)，使冬季環(huán)境溫度即使低于0°C，試壓水也不會(huì)凝固，增強(qiáng)試壓水的適用性。乙二醇是一種無色的液體，其水溶液冰點(diǎn)可降至-68°C，因此可用作防凍液作為試壓水的添加劑。防凍液與水的配比參照產(chǎn)品說明書，根據(jù)試壓環(huán)境溫度而選擇合適的比例。試壓前，需使用冰點(diǎn)儀等設(shè)備對(duì)試壓水進(jìn)行冰點(diǎn)測(cè)量，以滿足項(xiàng)目需求。另外，為了提高防凍液的重復(fù)利用性，應(yīng)對(duì)試壓水進(jìn)行回收處理，碳鋼與有色金屬管線試壓水應(yīng)分別存放，張貼標(biāo)識(shí)，如圖4所示。在回收裝置的出口處，添加閥門和過濾網(wǎng)，去掉試壓水雜質(zhì)，保證重復(fù)利用的清潔度要求。乙二醇屬于危險(xiǎn)化學(xué)品類別，因此施工過程中應(yīng)盡可能增加循環(huán)使用次數(shù)，減少處理和排放。

圖4 有色金屬管線試壓水回收罐

3.3 物理升溫法

如上所述，冬季試壓最突出的制約因素為試壓水結(jié)冰，因此采用試壓水物理升溫法，保證管道內(nèi)水溫始終高于冰點(diǎn)，可有效解決這一矛盾點(diǎn)。物理升溫法最常用的方式為對(duì)試壓管線纏繞伴熱帶或伴熱保溫被，通電后采用熱傳導(dǎo)的方式，對(duì)試壓水進(jìn)行加熱，保證即使環(huán)境溫度低于冰點(diǎn)，管道內(nèi)試壓水也能以液體形式存在，如圖5所示。另外，對(duì)于容積小的試壓包系統(tǒng)或者單管試壓時(shí)，可僅對(duì)試壓管匯進(jìn)行伴熱升溫，就可達(dá)到整個(gè)試壓包系統(tǒng)內(nèi)試壓水不結(jié)冰的目的，極大提高了冬季試壓效率和試壓工裝的適用性，如圖6所示。

圖5 電伴熱進(jìn)行試壓水加熱

圖6 伴熱式試壓管匯

3.4 多包聯(lián)合試壓

聯(lián)合試壓即在試壓包管線材質(zhì)相同、試驗(yàn)壓力值相同或相近的前提下，將不同的試壓包單體采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式形成整體，使用同一套試壓工裝進(jìn)行升壓、穩(wěn)壓和泄壓。聯(lián)合試壓可在壓力包準(zhǔn)備就緒的前提下，選取冬季適合的時(shí)間窗口期，如白天溫度超過0°C的環(huán)境下進(jìn)行集中打壓，可有效減少伴熱帶或防凍液的使用，極大提高試壓效率。值得注意的是，聯(lián)合試壓包應(yīng)盡量采用并聯(lián)而非串聯(lián)的方式進(jìn)行試壓準(zhǔn)備，這樣可避免在某一單包出現(xiàn)泄漏的情況下及時(shí)剔除，最大化保證試壓通過率。

4 總結(jié)

工藝管線冬季試壓是工程建造過程中不可避免的施工環(huán)節(jié)，本文從工藝管線的冬季建造和試壓流程出發(fā)，結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，給出冬季管線試壓的良好做法：

（1）采用氣壓替代水壓方式可從根本上解決試壓水結(jié)冰問題，但需充分分析安全性、做好隔離保障措施；

（2）通過添加乙二醇等防凍液可改變?cè)噳核厅c(diǎn)，提高試壓水的環(huán)境適應(yīng)性，使用時(shí)需增加防凍液循環(huán)使用次數(shù)，減少危廢排放處理；

（3）使用電伴熱等進(jìn)行試壓水的物理升溫，可保證在環(huán)境溫度低于冰點(diǎn)時(shí)不添加防凍液也可正常試壓；

（4）多試壓包聯(lián)合試壓方式，可在冬季溫度適合的窗口期下同時(shí)完成多個(gè)試壓包試壓工作，極大提高冬季試壓效率。