摘要：
??????? 管道試壓是通過驗證管道系統(tǒng)的強度和檢驗管道系統(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。在較早時期為了安全起見，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，長輸管道的試壓介質(zhì)一般采用潔凈水，而根據(jù)美國輸氣管道規(guī)范ANSI／ASMEB31.8，水壓試驗和氣壓試驗是等效的。但是氣壓試驗比較危險，因為管道內(nèi)試壓氣體儲存著大量的能量，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，造成對鋼材韌性的不利影響，并且使其破裂擴展。早期因為管材材質(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)同了氣壓試驗的可行性，而隨著氣體試壓的有效性，經(jīng)濟性，氣壓已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到了長輸油、氣管線和站場的試壓工作當(dāng)中，我公司承建的阿獨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，都圓滿成功，效果良好，驗證了氣壓試驗的有效性和經(jīng)濟性。
??????? 1? 氣體壓力試驗與水壓壓力試驗特點的比較
?????????? 管線壓力試驗中水介質(zhì)和氣體介質(zhì)的效果是一樣的，而水介質(zhì)的最大特點就是安全，由于以前管線的焊接工藝較低，同時由于鋼管的生產(chǎn)工藝的限制致使水壓作為一種相對較安全的方法成為了長輸油氣管線的主要試壓方法，而隨著各項技術(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)行水壓實驗時水源的尋找成為一個非常重要的問題，管線的試壓留頭的位置，試驗管線的長度都必須根據(jù)水源的位置進(jìn)行選擇，同時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，這些都對水壓試驗產(chǎn)生了限制，而氣壓則不存在這個問題，試壓位置基本不受環(huán)境的影響。
??????? 1.2氣壓試驗的高效性
?????????? 水壓試驗由于地形起伏造成管線內(nèi)的水不能自由流動，所以水壓一般都采取全線上水的方法，即整個管線全部注滿水后再分段分別進(jìn)行試壓，并且每段注水的時候都要充分考慮最高點是否注滿水，是否存在空氣段的問題，同時還要考慮最低點與最高點由于水的重力產(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，同時由于它的比重小，流動性非常好試壓時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)的剩余壓力氣體對空壓機供氣還可很大的提高氣體壓縮機的工作效率。
??????? 1.3氣壓試驗對環(huán)境的有效保護(hù)性
?????????? 水壓試驗后管線內(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必須經(jīng)過處理，造價很高，并且一旦出現(xiàn)問題將對環(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大問題。并且水長時間的存在管線內(nèi)還將對管線內(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氣壓試驗后管線內(nèi)部干燥的簡易性
?????????? 水壓試驗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，西氣東輸一線就因為這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)到冰點時，管道已經(jīng)不可以采用水作為壓力介質(zhì)，因為水在此時已經(jīng)開始結(jié)冰而體積增大，造成壓力上升和對管材的破壞，同時壓力表常態(tài)下在冰點時已經(jīng)不可以使用，而增加電伴熱很多時候不具備條件，并且很多時候由于加熱不均勻或不完全而造成讀書不準(zhǔn)確。所以水壓試驗在冬季一般不能進(jìn)行，這些都將對工期造成很嚴(yán)重的影響，進(jìn)而影響到整個工程的施工進(jìn)度，影響經(jīng)濟效益。同時在零點上進(jìn)行壓力試驗時溫度對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度的時候開始進(jìn)行穩(wěn)壓，4小時候溫度下降2度，壓力下降0.49MP，穩(wěn)壓24小時候溫度下降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，所以實際施工當(dāng)中對此類情況的判斷也是一個難題。而氣壓就不存在這個問題，由于氣體介質(zhì)傳遞溫度的低效性，一般情況下溫度對氣體壓力的影響可以不予考慮。
??????? 2?? 試驗壓力的確定
??????? 　　對于長輸管道強度試驗壓力的確定有很多種方法，目前在國外的一些石油公司管道強度試驗壓力確定方法大致有以下幾種：
??????? 　　a．取強度實驗壓力為90％的材料最低屈服極限(以下用σs代替)。
??????? 　　b．取強度試驗壓力為100％σs。
??????? 　　c．用壓力一容積圖控制強度試驗壓力，當(dāng)該圖呈現(xiàn)非線形時，停止升壓。
??????? 　　d．取強度試驗壓力為110％σs。
??????? 　　我國石油工程建設(shè)中，強度實驗壓力一般為操作壓力的1.5、1.25倍，也可根據(jù)實際情況，通過業(yè)主與承包商共同協(xié)商確定試壓等級，尤其在山區(qū)等落差大的地區(qū)。
??????? 3?? 試壓長度的確定
??????? 　　水壓試壓中一般單段的試壓長度不超過30Km，但是在山區(qū)和丘陵地區(qū)往往由于地勢落差較大為保證最低點和最高點的試驗壓力試壓長度更短，試壓段數(shù)的增加造成連頭量增大，同時也增加了尋找水源的難度。根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范中有關(guān)氣壓試驗的條款規(guī)定，分段試壓的管道長度一般不超過18km，根據(jù)此規(guī)定勢必分段太多，因氣體試壓受管道地勢海拔的影響較小，所以在保證管道的安全性和可靠性的情況下，可根據(jù)實際情況適當(dāng)延長分段的長度。
??????? 4?? 分段與整體試壓
???????? 另外管道試壓過程中，如果達(dá)到強度試驗壓力后，穩(wěn)壓期間因為非管道管材原因造成管道的泄壓，如設(shè)備、儀器等經(jīng)受不了強度試驗壓力造成泄露，在處理完畢后，如果管道壓力大于嚴(yán)密性試驗壓力值，建議不再重新升壓至強度試驗壓力，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)密性試驗壓力值，則升壓至嚴(yán)密性試驗壓力直接進(jìn)行嚴(yán)密性試驗。
??????? 一般情況下，管線分段試壓后不再進(jìn)行整體試壓，因為經(jīng)試驗證明因為管材的內(nèi)在質(zhì)量和焊縫的原因，同一型號的管材的亞臨界擴展曲線不是一個定值，管材經(jīng)過多次升壓降壓后，其力學(xué)性能會發(fā)生變化，主要對非穿透裂紋造成的影響，實驗數(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)實際情況及時對試壓情況進(jìn)行調(diào)整。
??????? 5?? 試壓安全問題
??????? 　　由于氣壓試驗存在潛在危險因素，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)步已使得氣壓試驗的應(yīng)用越來越頻繁，但是為了把各種危險降低到最小程度，在氣壓試驗之前應(yīng)做好以下工作：首先對管道進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)查分析，計算確定承受高壓力氣體時管材的止裂條件，然后同設(shè)計單位和業(yè)主確定最高試驗壓力，但必須符合管道設(shè)計的有關(guān)規(guī)定。其次試壓前必須制定長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，并且上報業(yè)主和主管部門審批，批準(zhǔn)后方能實施。此外就是要作好風(fēng)險評估并針對風(fēng)險評估制定詳細(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，氣體壓力試驗越來越顯出獨特優(yōu)勢，在長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 油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范
??????? 淺談長輸管道試壓與清通技術(shù)--《安裝》2005年07期 ???????
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