摘要：
??????? 管道試壓是通過驗(yàn)證管道系統(tǒng)的強(qiáng)度和檢驗(yàn)管道系統(tǒng)的嚴(yán)密性，達(dá)到管道施工質(zhì)量，管材性能、管道整體性的一次綜合檢驗(yàn)。在較早時(shí)期為了安全起見，考慮到管材材質(zhì)及焊接工藝等原因輸油、輸氣管道的試壓基本上都是采用潔凈水作為試壓介質(zhì)進(jìn)行試壓，但是隨著各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，管道安全系數(shù)有很大的提高，近年來使用氣壓進(jìn)行壓力試驗(yàn)越來越普遍，文章主要介紹了氣體試壓在石油、天然氣管道試壓施工中的應(yīng)用，使得施工難度降低，減小施工周期，降低施工成本。
??????? 關(guān)鍵詞：石油、天然氣、試壓、氣壓
??????? 引言：
??????? 根據(jù)原有的施工工藝和施工方法，長(zhǎng)輸管道的試壓介質(zhì)一般采用潔凈水，而根據(jù)美國(guó)輸氣管道規(guī)范ANSI／ASMEB31.8，水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)是等效的。但是氣壓試驗(yàn)比較危險(xiǎn)，因?yàn)楣艿纼?nèi)試壓氣體儲(chǔ)存著大量的能量，導(dǎo)致管道內(nèi)的氣體在管線破裂處急速膨脹，形成沖擊波，氣體急速逸出膨脹使破裂處溫度下降，造成對(duì)鋼材韌性的不利影響，并且使其破裂擴(kuò)展。早期因?yàn)楣懿牟馁|(zhì)和焊接工藝的原因，所以水壓應(yīng)用比較廣泛。但是近幾年，隨著科技的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外鋼管制造業(yè)的飛速發(fā)展和焊接技術(shù)的不斷提高，氣壓試驗(yàn)的安全系數(shù)越來越高，已經(jīng)具備用于工業(yè)生產(chǎn)的條件。而根據(jù)GB-50369-2006規(guī)定，在一二級(jí)地區(qū)可以使用氣體作為試壓介質(zhì)進(jìn)行試壓工作，從標(biāo)準(zhǔn)上已經(jīng)認(rèn)同了氣壓試驗(yàn)的可行性，而隨著氣體試壓的有效性，經(jīng)濟(jì)性，氣壓已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到了長(zhǎng)輸油、氣管線和站場(chǎng)的試壓工作當(dāng)中，我公司承建的阿獨(dú)原油輸送管線阿拉山口首站、山西晉城煤層氣管道工程、安徽利淮輸氣管道工程都采用了氣體進(jìn)行壓力試驗(yàn)，都圓滿成功，效果良好，驗(yàn)證了氣壓試驗(yàn)的有效性和經(jīng)濟(jì)性。
??????? 1? 氣體壓力試驗(yàn)與水壓壓力試驗(yàn)特點(diǎn)的比較
?????????? 管線壓力試驗(yàn)中水介質(zhì)和氣體介質(zhì)的效果是一樣的，而水介質(zhì)的最大特點(diǎn)就是安全，由于以前管線的焊接工藝較低，同時(shí)由于鋼管的生產(chǎn)工藝的限制致使水壓作為一種相對(duì)較安全的方法成為了長(zhǎng)輸油氣管線的主要試壓方法，而隨著各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，管線安全系數(shù)的提高使得氣壓越來越顯出它比水壓的優(yōu)越性。
??????? 1.1試壓介質(zhì)
?????????? 水介質(zhì)的特殊性使得進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)水源的尋找成為一個(gè)非常重要的問題，管線的試壓留頭的位置，試驗(yàn)管線的長(zhǎng)度都必須根據(jù)水源的位置進(jìn)行選擇，同時(shí)試壓使用的水源根據(jù)規(guī)范要求必須是潔凈水，一般的水源都含有較多的沙子、水生物等，因此在使用前都必須根據(jù)要求進(jìn)行凈化處理，這些都對(duì)水壓試驗(yàn)產(chǎn)生了限制，而氣壓則不存在這個(gè)問題，試壓位置基本不受環(huán)境的影響。
??????? 1.2氣壓試驗(yàn)的高效性
?????????? 水壓試驗(yàn)由于地形起伏造成管線內(nèi)的水不能自由流動(dòng)，所以水壓一般都采取全線上水的方法，即整個(gè)管線全部注滿水后再分段分別進(jìn)行試壓，并且每段注水的時(shí)候都要充分考慮最高點(diǎn)是否注滿水，是否存在空氣段的問題，同時(shí)還要考慮最低點(diǎn)與最高點(diǎn)由于水的重力產(chǎn)生的靜壓差問題，這些問題使得水壓試驗(yàn)使用的水量巨大，效率較低。而氣壓則基本上不存在重力壓差問題和試壓介質(zhì)來源問題，同時(shí)由于它的比重小，流動(dòng)性非常好試壓時(shí)可采用每段分段試壓試壓結(jié)束后根據(jù)P1V1/T1=P2V2/T2(P壓力、V體積、T溫度)對(duì)下一段管線進(jìn)行勻壓，勻壓后管線內(nèi)的剩余壓力氣體對(duì)空壓機(jī)供氣還可很大的提高氣體壓縮機(jī)的工作效率。
??????? 1.3氣壓試驗(yàn)對(duì)環(huán)境的有效保護(hù)性
?????????? 水壓試驗(yàn)后管線內(nèi)的水全部排出去，而由于生銹等原因管線內(nèi)的水已經(jīng)受到污染，這些水源排出管線時(shí)必須經(jīng)過處理，造價(jià)很高，并且一旦出現(xiàn)問題將對(duì)環(huán)境造成污染，因此每次水壓后排水都要經(jīng)過當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的嚴(yán)格審查，歷來水壓結(jié)束后試壓用水的處理都是一個(gè)大問題。并且水長(zhǎng)時(shí)間的存在管線內(nèi)還將對(duì)管線內(nèi)部造成腐蝕。而氣體試壓后直接排放空氣就不存在環(huán)境的污染問題。
??????? 1.4氣壓試驗(yàn)后管線內(nèi)部干燥的簡(jiǎn)易性
?????????? 水壓試驗(yàn)后由于地形起伏在吹掃后管線內(nèi)一般都還存留有大量的積水，同時(shí)管線內(nèi)部生銹腐蝕、水中雜物的沉淀等問題還增加清管球推水的阻力，工作量非常的大，此外還經(jīng)常出現(xiàn)卡球致使切割管線的現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)如果干燥后管線內(nèi)部還有殘留鐵銹和沉淀物還有可能對(duì)管線上連接的閥門等設(shè)備造成密封腔堵塞，致使內(nèi)漏等現(xiàn)象的發(fā)生，西氣東輸一線就因?yàn)檫@些問題造成部分閥門內(nèi)漏，造成很大損失。而氣壓就不存在這些問題，試壓結(jié)束后只需簡(jiǎn)單的干燥就可達(dá)到規(guī)范要求。
??????? 1.6氣壓試壓不受季節(jié)和溫度的影響
?????????? 水壓試壓中水受環(huán)境的影響很大，當(dāng)溫度過低達(dá)到冰點(diǎn)時(shí)，管道已經(jīng)不可以采用水作為壓力介質(zhì)，因?yàn)樗诖藭r(shí)已經(jīng)開始結(jié)冰而體積增大，造成壓力上升和對(duì)管材的破壞，同時(shí)壓力表常態(tài)下在冰點(diǎn)時(shí)已經(jīng)不可以使用，而增加電伴熱很多時(shí)候不具備條件，并且很多時(shí)候由于加熱不均勻或不完全而造成讀書不準(zhǔn)確。所以水壓試驗(yàn)在冬季一般不能進(jìn)行，這些都將對(duì)工期造成很嚴(yán)重的影響，進(jìn)而影響到整個(gè)工程的施工進(jìn)度，影響經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)在零點(diǎn)上進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)溫度對(duì)于水壓的影響也是很大的，在上世紀(jì)80年代，某油田的D159管線，在17度的時(shí)候開始進(jìn)行穩(wěn)壓，4小時(shí)候溫度下降2度，壓力下降0.49MP，穩(wěn)壓24小時(shí)候溫度下降10度，壓力下降1.39Mpa，數(shù)值已經(jīng)超出規(guī)范要求，最終檢查未發(fā)現(xiàn)有泄漏現(xiàn)象，經(jīng)過嚴(yán)格的討論后最終強(qiáng)行投產(chǎn)成功。所以由于管道情況千差萬別，水壓受溫度的影響不可能用準(zhǔn)確的公式表示出來，所以實(shí)際施工當(dāng)中對(duì)此類情況的判斷也是一個(gè)難題。而氣壓就不存在這個(gè)問題，由于氣體介質(zhì)傳遞溫度的低效性，一般情況下溫度對(duì)氣體壓力的影響可以不予考慮。
??????? 2?? 試驗(yàn)壓力的確定
??????? 　　對(duì)于長(zhǎng)輸管道強(qiáng)度試驗(yàn)壓力的確定有很多種方法，目前在國(guó)外的一些石油公司管道強(qiáng)度試驗(yàn)壓力確定方法大致有以下幾種：
??????? 　　a．取強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)壓力為90％的材料最低屈服極限(以下用σs代替)。
??????? 　　b．取強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為100％σs。
??????? 　　c．用壓力一容積圖控制強(qiáng)度試驗(yàn)壓力，當(dāng)該圖呈現(xiàn)非線形時(shí)，停止升壓。
??????? 　　d．取強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為110％σs。
??????? 　　我國(guó)石油工程建設(shè)中，強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)壓力一般為操作壓力的1.5、1.25倍，也可根據(jù)實(shí)際情況，通過業(yè)主與承包商共同協(xié)商確定試壓等級(jí)，尤其在山區(qū)等落差大的地區(qū)。
??????? 3?? 試壓長(zhǎng)度的確定
??????? 　　水壓試壓中一般單段的試壓長(zhǎng)度不超過30Km，但是在山區(qū)和丘陵地區(qū)往往由于地勢(shì)落差較大為保證最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的試驗(yàn)壓力試壓長(zhǎng)度更短，試壓段數(shù)的增加造成連頭量增大，同時(shí)也增加了尋找水源的難度。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中有關(guān)氣壓試驗(yàn)的條款規(guī)定，分段試壓的管道長(zhǎng)度一般不超過18km，根據(jù)此規(guī)定勢(shì)必分段太多，因氣體試壓受管道地勢(shì)海拔的影響較小，所以在保證管道的安全性和可靠性的情況下，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)延長(zhǎng)分段的長(zhǎng)度。
??????? 4?? 分段與整體試壓
???????? 另外管道試壓過程中，如果達(dá)到強(qiáng)度試驗(yàn)壓力后，穩(wěn)壓期間因?yàn)榉枪艿拦懿脑蛟斐晒艿赖男箟?，如設(shè)備、儀器等經(jīng)受不了強(qiáng)度試驗(yàn)壓力造成泄露，在處理完畢后，如果管道壓力大于嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力值，建議不再重新升壓至強(qiáng)度試驗(yàn)壓力，而直接進(jìn)行嚴(yán)密性試壓，避免引起管材承壓力逆轉(zhuǎn)。如果壓力小于嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力值，則升壓至嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力直接進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)。
??????? 一般情況下，管線分段試壓后不再進(jìn)行整體試壓，因?yàn)榻?jīng)試驗(yàn)證明因?yàn)楣懿牡膬?nèi)在質(zhì)量和焊縫的原因，同一型號(hào)的管材的亞臨界擴(kuò)展曲線不是一個(gè)定值，管材經(jīng)過多次升壓降壓后，其力學(xué)性能會(huì)發(fā)生變化，主要對(duì)非穿透裂紋造成的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，如果管道反復(fù)承壓，最后一次承壓能力比前幾次要低得多，也就是說，最后導(dǎo)致管道破壞的壓力比管道曾經(jīng)承受的最高壓力要低，這就是管道承壓力逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此試壓過程中要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)對(duì)試壓情況進(jìn)行調(diào)整。
??????? 5?? 試壓安全問題
??????? 　　由于氣壓試驗(yàn)存在潛在危險(xiǎn)因素，并且根據(jù)GB-50325-2006規(guī)定氣壓的區(qū)分使用范圍是根據(jù)管線經(jīng)過地區(qū)的人口稠密度進(jìn)行劃分的，因此氣壓安全問題是限制氣壓試壓的首要因素，雖然由于技術(shù)的進(jìn)步已使得氣壓試驗(yàn)的應(yīng)用越來越頻繁，但是為了把各種危險(xiǎn)降低到最小程度，在氣壓試驗(yàn)之前應(yīng)做好以下工作：首先對(duì)管道進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)查分析，計(jì)算確定承受高壓力氣體時(shí)管材的止裂條件，然后同設(shè)計(jì)單位和業(yè)主確定最高試驗(yàn)壓力，但必須符合管道設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定。其次試壓前必須制定長(zhǎng)輸管道氣體試壓詳細(xì)工藝方案和有效的安全保護(hù)措施，并且上報(bào)業(yè)主和主管部門審批，批準(zhǔn)后方能實(shí)施。此外就是要作好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估制定詳細(xì)的應(yīng)急措施。
??????? 6? 結(jié)束語
?????????? 隨著管道施工技術(shù)的日益成熟，管材工藝的不斷改善，氣體壓力試驗(yàn)越來越顯出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在長(zhǎng)輸管線特別是天然氣管線和小管徑管線中占據(jù)越來越大的份額。
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??????? 參考資料：GB-50369-2006 油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范
??????? 淺談長(zhǎng)輸管道試壓與清通技術(shù)--《安裝》2005年07期 ???????
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