長輸管道在山區(qū)等復(fù)雜地形壓力試驗(yàn)等應(yīng)用技術(shù)分析

1、<p>　　長輸管道在山區(qū)等復(fù)雜地形壓力試驗(yàn)等應(yīng)用技術(shù)分析</p><p>　　摘要：長輸管道清管、試壓是管道建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵工序，主要目的是排除管道的雜物，檢測管線的幾何形狀和管線缺陷，以便排除管線的隱患，保證管道的安全運(yùn)行。本文主要就我公司在浙江山區(qū)天然氣管道安裝施工清管、試壓這方面技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行介紹、探討和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：山區(qū) 管道 清管 試壓 &l

2、t;/p><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　我公司在2004年12月到2006年2月承接的杭甬線輸氣管道線路工程北侖段和鄞州段，北侖段：北侖分輸閥室-石門水庫段線路施工，管線水平長度約10.4179公里：鄞州段：東環(huán)線-鄞州分輸閥室線路施工，管線水平長度3.320Km，設(shè)計(jì)管道直徑為813mm，設(shè)計(jì)壓力為6.3MPa，材質(zhì)為L450。 <

3、;/p><p><b>　　■ </b></p><p>　　本標(biāo)段管道位于有靈峰山脈的山區(qū)，其山體均屬天臺山余脈，其中太白山主峰海拔653m米區(qū)域內(nèi)，我管線穿越的海拔高度為220m，高低落差為209m，總體上呈兩頭高中低的變化特征。給管線施工、運(yùn)輸帶來相應(yīng)的難度，管道局專業(yè)試壓隊(duì)伍也知難而退。 </p><p><b>　　2 整體試驗(yàn)

4、方案 </b></p><p>　　2.1 試驗(yàn)順序。清管掃線、測徑==>水壓試驗(yàn)==>清管排水。 </p><p>　　2.2 基于該段管道沿線水源及排水點(diǎn)的排布情況，擬將試驗(yàn)段管道分為兩段，一段EG86～EC18+1，管長6.8Km，另一段EC18+1～EC47，管長6.9Km。 </p><p>　　2.3 試壓長度的確定。根據(jù)我國現(xiàn)行

5、規(guī)范中有關(guān)試驗(yàn)的條款規(guī)定，分段水壓的管道長度一般不超過53km，落差須控制在30m以內(nèi)，超出既定落差范圍的須根據(jù)本管段的縱截面求得管道低點(diǎn)的靜水壓力，核算管道低點(diǎn)試壓是所承受的環(huán)向應(yīng)力，壓力值不得超出管材最低屈服強(qiáng)度的0.9倍。 </p><p>　　浙江山區(qū)試驗(yàn)分段時(shí)須再考慮高程差對試驗(yàn)壓力的影響、現(xiàn)有設(shè)備能力，以及借地成本、取水成本、設(shè)備進(jìn)場轉(zhuǎn)場成本。 </p><p><b&g

6、t;　　3 施工準(zhǔn)備 </b></p><p>　　按施工方案，進(jìn)行臨時(shí)用地的借用，筑壩圍擋山中溪水，并取樣檢驗(yàn)溪水成分；整平臨時(shí)通道和試壓場地，根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)配現(xiàn)場設(shè)備；參照設(shè)計(jì)圖紙開挖操作坑并放坡；合理規(guī)劃排水渠線路，確保排水通暢。 </p><p>　　試壓設(shè)備檢查與校驗(yàn)：參考設(shè)計(jì)要求檢驗(yàn)試壓頭的質(zhì)量、性能和工作壓力。重復(fù)使用的試壓頭在投入使用前，先通過試驗(yàn)檢驗(yàn)其工作壓力

7、，其工作壓力不得低于最大試驗(yàn)壓力的1.5倍；編號管理所有試壓頭，并在每個(gè)試壓頭上明確標(biāo)注水壓試驗(yàn)日期、試驗(yàn)壓力及工作壓力；水壓試驗(yàn)開始前，參照設(shè)計(jì)要求認(rèn)真檢驗(yàn)試壓頭的安全性能和質(zhì)量，所有管件、閥門等元件完好無損；按要求焊接試壓頭和試壓管道后，對環(huán)形焊縫進(jìn)行100%射線檢測。 </p><p>　　4 清管掃線、測徑 </p><p>　　管道、測徑試壓準(zhǔn)備階段必做的一項(xiàng)工作是清管。清管時(shí)，

8、借助壓縮空氣助推清管器來清理管道，測徑是對管道通過幾何特性及性能進(jìn)行檢驗(yàn)，繼而基于通過性能檢驗(yàn)管道有無變形問題。 </p><p><b>　　■ </b></p><p>　　4.1 清管器的選用。將電子跟蹤器裝配在清管、注水、排水所用的皮碗上。皮碗清管器的過盈量通常為5%（以后則參考現(xiàn)場情況，將山區(qū)段取上限值），適用于管線彎頭的曲率半徑。另外，清管器還須具備以下性

9、能：①清管器――剛性軸，裝配8片雙向聚酯盤。②鋼絲刷清管器――裝配4片聚酯杯形皮碗及鋼絲盤刷。③注水清管器――剛性軸，裝配8片雙向聚酯盤，隔離球也一樣。④測徑清管器――基本類似于注水清管器的組成結(jié)構(gòu)，但須在第四與第五個(gè)聚酯盤中間配裝一厚8mm、直徑703mm（即為試壓段中最大壁厚鋼管或內(nèi)徑的90%）的鋁測徑板。測徑清管器前部盤的聚酯材料的硬度應(yīng)為中軟硬度。⑤排水清管器――與注水清管器類似。⑥吸水清管器――子彈頭型，未加外涂層，質(zhì)輕的開放

10、孔聚氨脂泡沫材料，比重約16～20kg/m3，最小長度為直徑的1.5倍。 </p><p>　　4.2 空壓機(jī)的選擇。為了確保清管器清管速度不低于2～5m/s，宜采用兩臺空壓機(jī)同時(shí)工作，但實(shí)際運(yùn)行中為了節(jié)約運(yùn)行成本，僅用一臺空壓機(jī)，其壓力只能達(dá)到0～2.2MPa，排氣量為23m3/min。 </p><p>　　4.3 設(shè)備和儀器。①中揚(yáng)程注水泵――多級泵，在2.5MPa揚(yáng)程時(shí)泵的排量達(dá)到

11、100m3/h。②水過濾器――當(dāng)壓力為1.0Mpa 時(shí)，過濾能力可以達(dá)到0.35m3/s。1m2范圍內(nèi)包括40個(gè)過濾器網(wǎng)眼，對于附著物的清污能力良好。③壓力、溫度圖表記錄儀――量程20.0MPa，24 小時(shí)全天記錄。④壓力泵――撬裝，能夠?qū)艿兰訅褐脸鲎罡咴囼?yàn)壓力10MPa。另外，須將止回閥裝設(shè)在壓力泵出水管道上，并按要求安裝壓力表。⑤清管器收發(fā)筒――可用工程用管現(xiàn)場制作收發(fā)清管器常用收發(fā)筒，但其只能用于低壓空氣。將法蘭盲板焊接在試壓

12、管端，以便裝入/取出清管器時(shí)能夠快速打開。 </p><p><b>　　4.4 清管流程 </b></p><p><b>　　■ </b></p><p>　　4.5 情況分析。由于管道維護(hù)工作做得比較到位，管內(nèi)雜物較少，清管工序開展的比較順利。清管時(shí)，清管器的過盈量與使用年限關(guān)系到一次清管的時(shí)間長短，通常情況下一次清

13、管須3～5h完成。通過圖3和圖4可看出，受地形影響1#段一次清管曲線大幅波動(dòng)。曲線上揚(yáng)時(shí)管線處于上坡路段，曲線下滑時(shí)則管線處于下坡路段，但壓力數(shù)字值和高程值基本成比例。 </p><p><b>　　5 輸氣管道試壓 </b></p><p>　　管道試壓是綜合檢驗(yàn)管材質(zhì)量、管道的整體性及施工質(zhì)量。它基本涵蓋了兩方面內(nèi)容：一是檢驗(yàn)管道系統(tǒng)的強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)，二是檢驗(yàn)管道系

14、統(tǒng)是否嚴(yán)密。 </p><p>　?、俸侠磉x用試壓介質(zhì)。試壓介質(zhì)宜采用山區(qū)較潔凈的水。②科學(xué)設(shè)定試驗(yàn)壓力。在國內(nèi)的輸氣管道工程中，通常參考管道介質(zhì)和地區(qū)類別將強(qiáng)度試驗(yàn)壓力設(shè)定為設(shè)計(jì)壓力的1.1～1.5倍，但存在較大落差的地域（如山區(qū)）須兼顧高度的靜壓差，以確保管線頂部的試驗(yàn)壓力同樣能滿足設(shè)計(jì)要求。本段管道試壓等級的設(shè)定除了考慮相關(guān)規(guī)范，還兼顧了業(yè)主要求，采用取用作設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力的1.25倍加上該段的高度靜壓差且不大

15、于強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為90%的材料最低屈服極限，經(jīng)計(jì)算，該段取值達(dá)到9.08MPa，完全能滿足上述要求；若計(jì)算后取值與設(shè)計(jì)要求存在一定差距，則須考慮再分段試壓，這一工作也是山區(qū)段總體分段試驗(yàn)依據(jù)之一。 　　■ </p><p><b>　?、鬯畨涸囼?yàn)流程圖 </b></p><p><b>　　■ </b></p><p>&

16、lt;b>　?、芊治觯ㄈ鐖D6） </b></p><p><b>　?、葑⑺绦?</b></p><p>　　a在隔離球前注100方水，實(shí)際注水壓力小于0.1MPa。 </p><p>　　b在隔離球和清管球之間注100方水，實(shí)際注水壓力小于0.1MP。 </p><p>　　c從清管球后部注水。實(shí)際

17、注水壓力會大幅波動(dòng)較，但通常都小于19.6MP。 </p><p>　　原方案中注水泵通過閥門與試壓頭相連，閥門的安裝位置需適合清管器的長度。先在第一個(gè)隔離球前面的管道內(nèi)注入300m或100m3的沖洗水，主要起潤滑和密封作用。注入隔離球的后面。隔離球?qū)⒈蛔⑷氲乃瞥霭l(fā)射筒。在隔離球的后面注入300m或100m3的沖洗水，并緊跟注水清管器注入試壓水，再按上述路徑發(fā)射第二個(gè)注水清管器，防止其形成氣穴。按照GB 503

18、69-2006油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范中的相關(guān)要求，須將隔離球加入試壓充水中，以防管內(nèi)存留空氣，試壓后再從試壓水中取走隔離球，宜避免在管線高點(diǎn)開孔排氣。 </p><p>　　管道試壓上水的水頭已裝配隔離球，可徹底清除管內(nèi)空氣。通常情況下，管線會頻繁出現(xiàn)大的起伏，若不裝配隔離球排氣，就會使空氣存留在管內(nèi)造成氣阻，最終導(dǎo)致管道系統(tǒng)不易升壓，把空氣占去的空間填滿水，另外因?yàn)榇罅靠諝鉁粼诠芫€內(nèi)，一旦管道出現(xiàn)滲漏

19、點(diǎn)，管道壓力會急劇下降（因空氣的壓縮性很大），造成試壓合格的假象。管內(nèi)存在少量空氣或處于真空狀態(tài)時(shí)會快速升壓，直至其達(dá)到試驗(yàn)壓力（因水的壓縮量很?。?，如果管道出現(xiàn)微量滲漏，壓力降會顯示管道有漏點(diǎn)，提醒工作人員盡快找到漏點(diǎn)而進(jìn)行清除修理。 </p><p>　　如長輸管線出現(xiàn)大的起伏，在下坡管段須操控終端排氣閥對清管器（隔離球）前端施加一定壓力，以避免隔離球和水頭脫離（下坡管段因水重和球重而加快隔離球的前進(jìn)速度，供

20、水困難），通過清管器與接收頭之間的背壓可調(diào)控清管器的行走速度，最大速度為每小時(shí)3km。 </p><p>　　由于當(dāng)時(shí)山區(qū)施工采用發(fā)電機(jī)供電，在上水過程中發(fā)電機(jī)出現(xiàn)幾次故障，可能形成清管球在下坡過程中發(fā)生多次抽氣現(xiàn)象，和原管線窩存的氣體以及停電時(shí)進(jìn)入管道的空氣，造成進(jìn)入管道內(nèi)的氣體從低壓處被分離出來，并積聚在管道的高凸處，給后道掃水工序帶來更高的要求。 </p><p><b>

21、　　6 清管排水 </b></p><p>　　清管排水主要方法和清管掃線、測徑大致一樣，區(qū)別在于第一次采用試驗(yàn)的試壓頭后，再換用清管掃線的工裝： </p><p>　　6.1 在出發(fā)點(diǎn)接收第二個(gè)注水清管器后，借助空壓機(jī)助推第一個(gè)注水清管器回到出發(fā)點(diǎn)，待2個(gè)清管器回到首端后再將試壓頭拆掉，再將清管收發(fā)筒二次裝配在試壓段兩頭。增加皮碗清管器清管，直至清管器到達(dá)接收端時(shí)，清管器前沒

22、有流水。排水時(shí)，對驅(qū)動(dòng)排水清管器所需的空氣壓力作記錄，以便對高壓區(qū)和可能出現(xiàn)的殘留水進(jìn)行區(qū)分。 </p><p>　　6.2 排水后用泡沫清管器（至少5個(gè)）清管，放射頻次控制在1次/小時(shí)，直至泡沫清管器在接收時(shí)是干燥的。稱量發(fā)射前和接收后清管器的重量，通常情況下泡沫清管器增重不應(yīng)超出0.5kg。 </p><p>　　6.3 實(shí)況分析：在第一次掃水出現(xiàn)意想不到的結(jié)果，在接空壓機(jī)的壓力端在氣

23、體高達(dá)2MPa時(shí)（該臺空壓機(jī)的最高壓力），而出口閥門竟然不出水，清管球不運(yùn)動(dòng)！換空壓機(jī)，壓力達(dá)到2.6MPa開始另一端出細(xì)水，當(dāng)壓力到2.8MPa時(shí)，水大量噴發(fā)后壓力迅速下降到0.6MPa，掃線得以繼續(xù)進(jìn)行。 </p><p>　　按空氣動(dòng)力學(xué)原理，靜態(tài)空氣是不存在阻力的，所以，水力學(xué)對管道中靜態(tài)氣體所產(chǎn)生的阻力忽略不計(jì)，開始不得其解，查了相關(guān)資料后得知這是一種氣阻現(xiàn)象：在本段工況情況下，由于前面原因產(chǎn)生了原管線

24、窩存的氣體以及管道停電時(shí)摻入的空氣，出現(xiàn)了空氣分子間的分子作用力及其相互作用，分子力的作用產(chǎn)生粘滯力，使空氣柱邊沿空氣層吸附在管壁上，產(chǎn)生粘滯力dτ，作用在空氣與管壁之間的接觸面，其方向與空氣運(yùn)動(dòng)趨勢方向相反，水流被氣體堵塞，形成所謂的氣堵，由此可見該段的氣阻達(dá)到了1MPa左右，（按PEmax=P■e■公式為0.1MPa到0.3MPa，Pa=管內(nèi)靜水壓力差（1.81 Mpa）+運(yùn)行阻力（0.05MPa）=1.86； </p>

25、<p>　　σ=0.0006 參照《氣阻定律》； </p><p>　　D=0.813m，由于當(dāng)時(shí)的山坡度數(shù)在22°左右，故假設(shè)平均直徑取0，406m； </p><p>　　Lcr=11756dm3/s=11.756m3/s=11.56/0.51917 </p><p>　　=22.643m； </p><p>　　

26、由于當(dāng)時(shí)的山坡度數(shù)在22°，實(shí)際Lcr=22.643/tan22°=56.04m </p><p>　　S=管子面積=3.14*0.40652（半徑）2=0.51917 </p><p>　　代入公式PEmax=P■e■得出Pmax=2.59MPa </p><p>　　與實(shí)際情況基本吻合。 </p><p>　　可以推測

27、《氣阻定律》文中的僅僅和氣體長度直徑和管壁粗糙度有關(guān)，還應(yīng)該輸送管線中的壓降和管子的長度、流體粘滯系數(shù)成正比，而和管子的內(nèi)徑成反比?？赡芘c彎頭的度數(shù)、數(shù)量以及高程差段（這里我在計(jì)算中在D，和 Lcr調(diào)整）數(shù)成正比。由于《氣阻定律》的試驗(yàn)中沒有在高程差段中間設(shè)置壓力檢測裝置，略有遺憾。關(guān)于氣阻現(xiàn)象和原理，在本文中不贅述，以后會結(jié)合杭嘉線管線的施工總結(jié)進(jìn)行詳細(xì)分析。 </p><p><b>　　7 結(jié)束語

28、 </b></p><p>　　管道清管、試壓在我公司已經(jīng)成功運(yùn)用多年，得到華東管道施工界的好評，截止目前，我公司已累計(jì)清管、試壓管道200余公里，同時(shí)積累了山區(qū)和平原的施工經(jīng)驗(yàn)，豐富了我公司長輸管道的施工方法。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]阮天恩，翁友彬.氣阻定律[Z]. <

29、/p><p>　　[2]馬振杰.背壓技術(shù)在山區(qū)管道清管、測徑及試壓作業(yè)中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（13）. </p><p>　　[3]劉欣，孟凡新，張彩芹，宋慶杰山.區(qū)管道試壓技術(shù)的選擇及新技術(shù)推廣應(yīng)用[J].科技資訊，2011（29）. </p><p>　　[4]江勇，張寶強(qiáng)，陳娟，張國權(quán).特殊地形地貌對管道施工的影響[J].管道技術(shù)與設(shè)備，201