张健
中石化胜利油建工程有限公司管道工程技术服务公司 山东滨州 256600
摘要：输气管道试压是对管道施工质量、管材性能及管道整体质量的一次综合检验，也是投产前对管道系统能否在设计压力下安全运行的最后一次检验。几十年的实践证明,水压试验能够提高管道的输量潜力,保证管道的安全运行。因此掌握并应用先进的试压技术是非常必要的。
关键词：输气管道；试压；标准
引言：
输气管道试压是管道施工过程中的一道重要工序，输气管道在建成后必须经过强度试压和严密性试压方可投产。管道强度试压的目的,一是验证管道的整体强度,检验其能否承受以后运行的压力;二是为提高管道输量、增加管道输送能力提供试验依据。
1 管道压力试验的目的
管道安装完毕，应对管道系统进行压力试验。按试验时使用的介质可分为液压试验和气压试验两种。按试验的目的可分为强度试验和严密性试验。强度试压和严密性试验的目的不同，强度试压更着重管道、管件和焊缝接头的强度，而气密性试验着重法兰、螺纹等可拆卸连接处的严密性。
2 试压介质
管道强度试压介质分为空气和水两种。采用水进行管道分段强度试压,当管道存在缺陷而在试压中出现泄漏或破裂时,由于水具有不可压缩的特性,管道内试压介质的减压速度大于管道的开裂扩展速度,因此管道能够迅速止裂,不会造成管道的大段破裂和严重的次生灾害,故水是目前进行管道试压的首选介质。而采用压缩空气进行分段强度试压,在管道出现泄漏或破裂时,由于管道内介质的减压速度小于管道的开裂扩展速度,在管道止裂韧性不能满足止裂要求时,会造成管道的大段破裂和严重的次生灾害,因此采用空气试压时钢材必须满足韧性要求,而且试压强度较低。
如果输气管道所经区域等级致使管道不能采取气体介质试压，就需采用水介质试压。对于水源匮乏区域，要求从距离管道较远处对管道连续上水，对于平原区相对较为简单，采用一般的泵抽管输的工艺就能实现；而对于山区，由于地势起伏大，且电力较难供应，大量的注水泵为试压过程造成了极大的经济损耗，同时由于地理因素造成的排水困难也是水试压的禁锢点，因此制定优良的上水方案和排水方案是试压顺利进行的关键，此外，在试压过程中还应密切关注管内水流动状态，以防由于翻越等造成的局部真空或者水击。对于高寒地区输气管到水试压，防冻是整个试压的关键，工程实际中往往采用伴热方式保持试压水介质的热度以防结冰。在试压过程中，采用高压泵对管道升压，通过内置式成套电热系统确保管道温度，利用两台注水泵向管道注水，并多次发射泡沫清管器清除残水，确保管道内无明水。在不同环境温度下的模拟试验表明：高寒低温地区管道水试压采用电伴热技术可以满足SY0401－98《输油输气管道线路工程施工及验收规范》中规定的试压验收标准，适用于高寒地区管道分段水试压，完善了高寒地区管道施工技术。
3 强度试验压力
强度试验的压力是试压的关键，只有强度试验的压力值达到足够高，才能比较充分地暴露管道缺陷。当强度试验压力提高到管材屈服强度的100．0％～110．0％之间时，缺陷的暴露率可以大大提高。因此，若要排除更多的潜在缺陷，就必须提高强度试验压力。
3.1国内输气管道的试压强度水平
目前国内输气管道的试压遵循的是SYJ4001-1990《长输管道线路工程施工及验收规范》,规范要求的水压试验最低强度见表1,即一、二、三、四地区等级分别采用1.1、 1.25、1.4、1.5倍的设计压力,相应的环向应力分别达到0.792、0.75、0.7、0.6倍SMYS。规范还规定最高试压压力所引起的管壁内环向应力不得大于95%SMYS。
表1试验压力值、稳压时间及允许压降值
3.2 国外规范要求
国外规范由表格形式呈现，并以GB50251—2003与国外标准中的强度试验压力进行对比。
国内对试验压力的要求比国外的标准偏低，尤其是对于一级地区和三级地区，因此在这两个地区，可根据实际情况做适当提升。而对于最大试验压力，除了加拿大标准CSA中要求的比较具体外，其他的都没有明确的规定，有较强的灵活性，可在工程施工建设中根据实际需求进行规定。而国内在QSYGJX0117—2008中要求最大试验压力为管道低点承受的环向应力不应大于0．95倍的SMYS，相对于国外标准还有些保守，因此在保证安全并考虑实际情况的基础上，也可适当的提高最大试验压力。
4 试压过程管道内压力的控制方法
4.1国内做法
国内管道试压过程中对管道内压力的监测,是通过在试压管段两端安装压力图表记录仪连续绘制压力曲线,同时还有压力天平和压力表,可供工作人员随时读取压力数值,同时根据温度测量仪器测出的管道内部温度和地温对压力进行修正。在给试压管段增压时,一般的做法是先缓慢地增加试验压力,达到试压段最高点处的最低试验压力的30%,检查所有的管件和连接段,看是否有泄漏情况。继续增大压力至试验压力的60%,检查泄漏情况和系统的完整性,然后根据试压计划,继续增加压力达到预定的压力值,当压力稳定后,开始计时,直到达到规定的稳压时间。
4.2国外做法
国外大部分管道试压的最高试压强度达到了环向应力等于管材规定的最低屈服极限SMYS,甚至大于100%SMYS。这就要求正确地测定管道的屈服点,控制管道试压的极限不会导致管道出现永久变形。为此,水压试验从以测试压力改为以压力—容积曲线法测试管道的强度为依据。用压力—容积曲线确定管道屈服点的原理与钢材屈服强度的定义类似,在注水升压过程中,开始一段压力与容积的增加呈线性关系(见图1),当达到一定值时出现偏离点,即管道的屈服点。继续升压进入弹性和塑性应变,压力—容积曲线不再是直线关系,形成曲线。当压力继续升高,即达到永久变形。由原点取管道在常压情况下容积量的0.2%,从此处画一条与压力容积直线段平行的直线,此直线与压力—容积曲线的交点即为管段的最低屈服极限。
在实际水压试验中,有标准仪器用于这种水压试验测试。用压力—容积曲线法测试管道的试压强度,对试压的整个过程进行监视,当压力—容积曲线呈现非线性时,即停止升压。这样既可以达到较高的试压强度,也不会造成永久变形。
用压力—容积曲线法测试试压强度时,必须将试压段的空气全部排除干净。如果升压过程中管道中含有空气,所测出的压力—容积曲线,在开始时即出现变形,不可能准确地求得屈服点。而且当有空气遗留在试压段中时,会使升压时间延长,升压所用的能量会耗用在压缩残留的空气、压缩水和扩张管道上。如果发生破裂,这些能量都将在管道爆破时顿时释放出来。如果残留的空气量很大,将在爆破时形成巨大的破坏。试压前排净管中的空气进一步增加了水压试验的难度,最好的排除空气方法是真空法。
结束语：
对国内外输气管道试压技术现状和发展趋势进行了论述,总结了国内外几种常用规范中对试压介质和试压强度的规定,统计分析了高强度试压对管道安全运行的保障作用,提出采用压力—容积曲线法控制试验压力的方法,该方法既可以达到较高的试压强度,又不会造成管道永久变形,技术合理。
参考文献：
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[2]李新峰,张杰军,田庚.石油化工装置工艺管道试压程序和注意事项[J].化工管理.2017(10)
论文作者:张健
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/15
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