山区大落差管道试压方案研究.pdf

石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年4月第35卷第4期
312
Journal of Oil and Gas Technology(J JPI)Apr 2013 Vol 35 No 4
山区大落差管道试压方案研究
马学海,王福胜,郑玮(中国石油天然气質道工程有限公司,河北急坊06500
石明俊(中国石油天然气管局第三工程分公司,河南郑451450)
摘要]山区大落差管道试压受静压差的影响,分段极其琐碎,导致大量现场连头,既影响试压效率又存
在泄漏风险。从环向应カ计算、低点应カ水平确定、隠道群整体试压、大落差段管道壁厚调整等几个方
面提出优化措施,可以有效地减少试压分段。设计时还应注意以下问题:钢管订货,试压连头所需空间,
公路、河流单独试压,残留空气对试压的影响。采用该方法对兰成原油管道康县段进行试压段划分,将
按照常规方案要划分为45个试压段减少为24段,大大提高了试压效率。
关键词了管道试压;环向应カ;低点应カ水平;壁厚调整;山区大落差
[中图分类号]TE973.6
[文献标志码]A[文章编号]1000-9752(2013)04-0312-03
管道试压是管道建设过程中的一个重要环节,是对管道承压能力、焊接质量、材料性能以及管道致密
性的综合检验。对于山区管道,普遍存在着隧道多、高差大的特点。当采用水为试压介质时,由于静压差
的作用,往往造成试压分段极其琐碎,再加上隧道等单出图需独立试压,导致大量现场连头。连头处经无
损检测后不再进行水压试压,存在一定风险隐患,故将其称为“黄金口”。“黄金口”数量增多,无疑会加
大管道泄漏概率。以兰成原油管道康县段为例,康县线路长85.3km,按照常规的设计理念及试压方法,需
分成45段试压,经优化后,最终减少至24段,大大提高了工作效率,减少了“黄金口”数量。
1环向应力的计算
目前国内管道试压时计算低点环向应力一般采用下式:
D
式中:σ为管道低点所受环向应力,MPa;p为试验压力与管道内试压介质静压之和,MPa;D为管道外径,
mm;お为管道壁厚,mm
采用式(1)计算偏于保守,从材料力学可知,对于薄壁壳体,D应该取内径。根据文献[1,2
中关于环向应力的计算均取内径。表1是兰成管道分别按内径和外径计算,当最低点环向应力为0.9倍
材料屈服强度时所对应的最大高差
表1按内径和外径计算对比情况
设计压力
壁厚
强度试验压力按外径算最大高差按内径算最大高差差值
/mm
Mpa
10
78.48
12.7
317.75
74.77
12.7
11.63
74.76
3.4
15.9
16.75
445.22
563,7
118,48
[收稿日期]2013-02-23
[作者简介]马学海(1975-),男,1998年大学毕业,高级工程师,现主要从事油气管道线路工程设计工作。
第35卷第4期
马学海等:山区大落差管道试压方案研究
313
从表1可以看出,采用内径和外径计算试压管段所能承受的高差是不同的,采用内径计算值明显大
于外径计算值,且随着壁厚的增加越来越明显。
2低点应力水平的确定
根据文献[1],对于一般线路段,强度试验压力为工作压力的1.25倍,但应确保最低点试验压力
与净水压力之和所产生的环向应カ不大于钢管屈服极限(a、)的0.9倍。对于山区大落差管道,如果
要求试压段低点环向应力≤0.9が、,则管道试压难以进行,甚至从梁顶到谷底要划分成3~4段,半山
腰根本不具备分段条件。
一般线路段许用应力取0.72a、,当试验压力为设计压力的1.25倍时,环向应力为0.72a、×1.25
=0.9o、,即如果钢管壁厚等于计算值,即便是水平管段也已经接近0.9o、;因此,克服高差完全靠计
算壁厚和选用壁厚的差值。
考虑到兰成管道具有落差大特点,在钢管订货数据单中要求管厂水压试压达到0.950、,保压时间
不小于15s。与中国石油天然气股份有限公司发布的企业标准相比,提高了要求,为后期管道试压创
造了条件。
根据该工程的特点,结合以往经验,将试压段低点环向应力提高至0.950、,克服高差能力明显增
强。表2为两种应力水平对应的高差情况
表2两种低点环向应力情况下所能承受的高差对比
设计压力
壁厚
强度试压
0.9o对应高差
0.95、对应高差
差值
/ Mpa
/mm
61.05
126.9
492.27
99.75
13.4
15.9
16.75
563.7
689.98
从表2可以看出,试压段低点环向应力水平提高后,克服高差能力明显加强。但需说明的是,现场
试验压力原则上不超过管厂静水压力。现行标准通用试验压力为0.90,,如果提高至0.95、,需在
数据单中注明。
目前,在世界范围内倾向于采用较高的试验压力,这样可以排除更多的缺陷。有资料表明,在高压
力强度试压过程中,钢管部分非穿透裂纹会发生稳定扩展,但裂纹尖端的严重变形区会产生压缩残余应
力(传统观点是裂纹尖端的钝化效应),所以强度试压后管道裂纹扩展速率下降,采用较高压力进行管
道强度试压对管道后续安全是有利的。目前国际上采用的最高试验压力达到1.1倍屈服极限。
隧道群整体试压
对于山区密集的隧道群(例如兰成线火烧沟内16km线路包括12条隧道,平均每1.4km一条隧
道),如果按照GB50424-2007《油气输送管道穿越工程施工规范》1,每条隧道都应该独立试压,然后
再连接起来同线路段一起试压。导致隧道2次试压,费时费力。试压是一个动态加载过程,如果进行多
次试压,容易造成管道承压逆转现象(低于以前试验压力发生泄漏或断裂情况)。这正是长输管道分段
试压连头处只进行100%射线照相和100%超声波探伤,不再进行整体试压的原因。
隧道内管道的设计系数为0.6,试验压力为设计压力的1.5倍;线路段设计系数为0.72,试验压力
为设计压力的1.25倍。如果多座隧道整体试压,连接隧道间的线路段必须加大壁厚,设计系数按0.6
选取,这样才能满足整体试压要求。