特殊地貌长输管道试压方案的确定及实施
特殊地貌长输管道试压方案特殊地貌长输管道试压方案 的确定及实施的确定及实施作者：李阵营、肖新茂、刘华前 言三塘湖油田原油外输管道工程起始于三塘湖油田牛圈湖联合站（首站），沿戈壁滩向南分别翻越北天山、南 天山，向西南通过火石泉戈壁滩，最后进入哈密四堡泵站 （末站）。全线敷设在哈密地区两县一市内，先后穿越戈 壁、草地、林区、葡萄园、田地、沼泽湿地和南、北天山 。全线海拔落差较大（最高海拔2767m，最低海拔 688m，高差2079m），地形复杂，沿途多为干旱缺水地区，这就为管线敷设、清管、试压、吹扫工作增加了难度。三塘湖油田原油外输管道纵断面示意图 附图1Ø 自然条件对管线试压造成的不利 因素如下： 1、地势高差大，造成试压段较多 ，试压工作量、试压周期、安全风 险相应增大； 2、地形复杂，多为干旱缺水地区 ，且地势高差大，因而试压介质水 的提取和运输会增大试压工作量， 增加工程投资。Ø 解决方法： 1、选择合理的试压介质，从而确 定试压方案； 2、进行理论计算，在理论允许的 范围内合理划分试压段； 3、明确试压程序。0250500750100012501500175020002250250027503000020406080100120140160180196 里程（km）高程（m）目 录一、试压介质的选择二、合理划分试压段三、试压程序 四、组织试压，验证试压结果一、试压介质的选择试压方法的选择主要取决于试压介质的确定。根据三塘湖油田原油外输管道工程敷设区域的实际情 况，在满足规范规定和设计要求，以及保证安全运行 的条件下，以最小的成本，取得最大的效益。油气 长输管道工程施工及验收规范GB50369-2006第 14.1.6规定“试压介质的选用应符合下列规定：输油 管道试压介质应采用水,在人烟稀少、寒冷、严重缺水地区，可酌情采用气体作为试压介质，但管材必须 满足止裂要求，试压时必须采取防爆安全措施。”一、试压介质的选择1、用水作为试压介质（1）方法一，利用沿途条件，就地取水。三塘湖油田原油外输管道沿途均 为严重缺水地区，除南天山内C016至南山口段可利用山区地表溶化雪水外 ，其它地区均无可用之水，同时地方部门不允许就地大量取水。不利因素 一，要有高扬程、大排量的注水设备，以克服山区管线绝对高程造成的水 头损耗，并且要有大功率的动力设备；不利因素二，试压工期长，不能按 规定时间完成试压工作。 （2）方法二，用车拉水。按设计理论长度196km计算，平均每公里需用水 52t，加上15%的损耗和35%的降效拉运，实际每公里需用水约78t。由于 沿途无大型车道，山坡陡峭，存在安全风险和水源供给困难，造成试压成 本加倍增加，经估算，平均每公里运水、购水的费用将超过试压总费用。 （3）采用水压试验的有利因素：A、受外界因素影响小；B、试压过程安全。2、用气体作为试压介质（1）不利因素一，因对控压机要求条件高，数量多，长时间下试压设备不 能保证。设计要求该管道平均强度压力为10.625 MPa，在标准条件下每公 里管道用气量约为5600m3。如用井下作业使用的T-815/S-10/250型空气压 缩机（排气量为10m3/min），每公里管道试压需连续运行至少9小时，如 此计算全部管道试压完成需该型号空压机连续运行至少1764小时（74天） ，加上损耗、设备维修等因素，完成全部管道试压工作十分艰巨。 （2）不利因素二，不安全。高压管道采用气压试验，最根本的问题是安全 防护工作。按规范规定“试压区域内严禁有非试压人员，试压巡检人员亦应 与管线保持6m以上距离，距试压设备和试压管线50m内为试压区域”。由 于管线沿途多为牧场，在试压期间对每一段试压区域进行封闭是不现实的 ，并且地方政府也不允许长时间、大区域进行管制。 （3）采用气压试验的有利因素：A、试压过程简单，试压和吹扫可同时进行；B、管道不需清扫。一、试压介质的选择3、两种试压介质的比较（1）设备问题。如能解决高扬程（400m）注水设备和大功率动力设备（ 300KW）充分利用南天山内水源，可满足管线试压用水，同时可有效降低工 程成本和运水带来的不安全风险，该设备为非特种设备。用气体作为试压介质 ，高排量、高压力的空压机属特种设备，在短期内很难解决。 （2）安全问题。水压试验安全风险相对较小，气压试验安全风险较大。（3）工期问题。管线内注水集中在一处进行，而且各试压段在未上水的情况 下不能同时进行，试压时间延长；采用气体作为试压介质，尽管可将试压与吹 扫同时进行，但增压慢，试压时间相对较长。 （4）试压成本问题。水压试验如能解决设备问题，将按设计概算满足试压所 需费用；而用气体作为试压介质，由于特种设备（空压机）运行时间长，费用 较高，试压成本将超出设计概算。 （5）环境问题。水压试验对环境影响相对较小，气压试验对环境影响较大。（6）规范标准的执行问题。规范要求“输油管道试压介质应采用水”，因此选 用水作为试压介质，相对于气体作为试压介质更符合规范要求。一、试压介质的选择4、确定试压介质经过上述分析，三塘湖油田原油外输管道工程管线试压应优先选用水作为试压介质。但必须解决注水设备和水 源问题。经过施工单位的多方联系解决了满足管线试压注水 设备，而且根据沿线水源特点，采取集中上水方式，充分利 用特殊的地理条件，统一从C020处上水。C020往南采用自 流式直接上水，C020往北用注入泵注水，结合地势高差试压后的水自流充满下一试压段。一、试压介质的选择油气长输管道工程施工及验收规范GB50369-2006 第14.3.1规定“水压试验应符合现行国家标准液体石油管道 压力试验GB/T16805的有关规定”，同时对管线分段规定“分 段水压试验的管段长度不宜超过35km，试压管段的高差不宜 超过30m；当管段超过30m时，应根据该段纵断面图，计算管 道低点的静水压力，核算管道低点试压时所承受的环向应力， 其值一般不应大于管材最低屈服强度的0.9倍，对特殊地段经 设计允许，其值最大不得大于0.95倍”。为了分段合理，首先 对管道各标段进行最低屈服强度计算，根据管道自然地势和高 差进行试压段预划分，并计算各试压段高点、低点充水情况下 所承受的环向应力，使各试压段满足规范规定和设计要求。二、合理划分试压段1、强度验证（1）管材最低屈服强度极限本工程线路所用钢材为L390，因此最低屈服强度值为390MPa。（2）不同管径、壁厚所承受的最大内压力根据输油管道工程设计规范GB50253-2003中第5.4.1节输油管 道直管段钢管壁厚计算公式可推导出环向应力计算公式：=PD/2式中：管材壁厚（mm） P设计内压力（MPa）D钢管直径（mm） 钢管环向应力（MPa）设计要求管道环向承受的应力强度值不大于L390管材的最低屈服 强度390MPa的90%，即不大于351MPa。根据因此在试压过程中，不同 管径、壁厚所能承受的最大内压力不得大于以上压力值。273×6.4：P=2/D=2×6.4×351÷273=16.46MPa273×7.1：P=2/D=2×7.1×351÷273=18.26MPa219×5.2：P=2/D=2×5.2×351÷219=16.67MPa二、合理划分试压段（3）静水压力计算公式：P=其中：P静水压力（Pa） 液体密度（kg/m3）重力加速度（N/kg） 高度差值（m）（4）最低点在试压过程中实际承受的应力各站场、阀室间管段在试压过程中所承受的环向应力为管线充 水后的静水压力因绝对高差产生的环向应力（静）和设计规定试压必 须达到强度压力产生的环向应力值（强）之和。根据油气长输管道 工程施工及验收规范GB50369-2006的要求，强度试验压力值为不小 于设计压力的1.25倍。 二、合理划分试压段A、试压过程中，当管段达到强度压力时，管道高点和最低点所承受的 压力值：P高=P试 P低=P试+P静B、最低点所承受的环向应力为： =（P试+P静）D/2 二、合理划分试压段（5）按理论应力值，确定不 同管径、壁厚管段可承受的 最大高差范围 A、根据不同管径、壁厚确定 各站间管线高、低点承受的 压力值 B、根据各站间不同管材规格 压力值确定管线实际高差由以下公式：P低=P高+P静P= 可得允许的最大试压高差： h=（P低-P高）/ 二、合理划分试压段2、试压分段（1）试压分段的依据：A、应力计算公式：=PD/2B、本工程线路所用钢材为L390，因此最低屈服强度值为390 MPa， 90%的最低屈服强度值为351MPa。C、为了保证试压的安全性,避免由于温差变化使试压段的压力增高， 造成低点的环向应力超过90%的管材屈服极限，在所划分的各段中，最 大试验压力下的应力核算值全部以小于90%的管材屈服极限值来控制,即 351MPa。D、管道在设计强度试验压力和90%的屈服强度下允许的最大压力和 高差计算结果。E、试压段划分不仅须符合设计、规范要求，还应满足现场实际情况 ，使试压点、排空点符合长输管道安全规程，减少对环境的污染和影响 ，便于试压设备作业和防护。二、合理划分试压段（2）试压分段A、初步分为以下14段牛圈湖首站-1泵站分为2个试压段；1泵站-2热泵站分为2个试压段；2热泵站-1RTU监测点为1个试压段；1RTU监测点-3热泵站分为2个试压段；3热泵站-2RTU监测点分为2个试压段；2RTU监测点-4#减压站分为3个试压段；4减压站-哈密末站分为2个试压段；B、确定各试压段长度、高度及各点压力根据试压分段原则、全线高程纵断面示意图、附表6、现场水源 和施工完成情况，以及设计总说明要求，对试压分段细化完善，最终确 定以下16个试压段，均满足规范规定和设计要求。二、合理划分试压段1、试压准备（1）水源准备根据沿线水源特点，采取集中上水方式，充分利用特殊的地理条 件，统一从C020+48m处上水。C020往南采用自流式直接上水，C020 往北至B002-940m处，由吐哈油建用注入泵一次性注满，B002-940m往 北试压用水由1#RTU至B002-940m段试压后的水自流充满。（2）设备材料准备配备充足的试压设备和材料，主包括通球、扫线、试压设备，通 讯设备，后勤保障设备，交通运输设备等。提前作好阀门、试压封头、 管件的预试压工作，试压头与试压段主管道最后连接的环型焊道应进行 X射线检测。完成试压所用的各种仪表的校验，才能保证试压按计划开 展。三、试压程序（3）人员准备明确试压单位，组建试压领导小组和试压机组（包括应急抢修人员） ，在三塘湖管道项目组的统一部署下实施试压工作。 （4）技术准备编制详细的试压方案，明确人员、设备、工期进度、安全措施、应急 预案和职责。 （5）现场准备做好每个试压段的平面布置，对于设备摆放、试压管路布置、积水坑 等均要达到HSE要求，每个试压现场都要设置安全警示牌，在试压区域采用 警示带或警示旗设置警示围栏。同时做好污水排放处理，保护环境。 2、管道试压依据油气长输管道工程施工及验收规范GB50369-2006和输油 输气管道线路工程施工技术规范Q/CNPC59-2001规定“油、气长输管道在 下沟回填后应清管和试压，清管、试压应分段进行”。三塘湖管道在确定各试 压段后，在试压前进行清管、测径，全部合格后，依次对各标段进行水压试 验，试验完成后进行积水清扫，积水全部清扫干净，达到安全试压的目的。三、试压程序按照油气长输管道工程施工及验收规范 GB50369-2006和设计文件关于管线清管、测径、试压的规定，结合试压总体方案，积极协调、统筹安排，采 用集中上水、注入泵和自流方式同时进水的方法，在吐 哈油田各部门的大力协助下
