阿拉斯加高寒冻土区管道水压试验技术

0 引言 拟建设的中俄原油管道起自俄罗斯 境内的斯科 沃罗季诺, 终止 于中国境 内的大庆 , 境内 段全长 965 k m. 由于受东北地区高寒气候的影响 , 沿线最冷处气 温可达 - 52 , 分布有季节性冻土和岛状多年冻土。 冻土具有融沉和冻胀特性, 为了保证管道建设和生产 运行的安全、 可靠 , 管道投产前的试压至关重要 , 解决 沿线各类冻土地带对管道水压试验是关键。因此, 借 鉴国外在冻土区管道建设 中积累的经验是十分必要 的。 1 管道试压的目的及水压试验的优点 管道建成后 , 必须通过强度试压和严密性试压方 可投入生产运行。管道试压 的目的是验证管道整体 强度, 检验其是否可承受日后管道的运行压力; 为日 后提高管道压力 , 增加管道输送能力提供有利的试验
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和加热试压水温、 重复利
用水资源以及防止管道冰冻等诸多问题。 由于阿拉斯加地区冬季漫长且气温很低 , 全年能 进行水压试验的季节很短。初春秋末试压时都需加 热水温 , 大 大地增 加了试 压的难 度和 工作量
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。为
此 , ANNGTC ( 阿拉斯加西北天然气运输公司 ) 还提出 了其他可证明新建管道完整性的试压可选方法 , 如: 运用抗凝剂、 空气或惰性气体作为试压介质进行冬季 试压。但阿拉斯加管道公司为了管道工程的安全, 仍 然要求必须采用水作为试压介质 , 并在试压方法上进 行了充分的准备和研究, 解决了上述难题。 2 1 试压前的准备 在管道现场焊接、 补口完成后, 进行水压试验前, 先用卡规清管器 ( 也称为测径仪或测径清管器 ) 对管 内损伤、 凹陷、 折皱 及失圆等 缺陷进行 检测和 维修。 阿拉斯加管道公司采用的 测径仪可测出管道的变形 量及变形所在位置, 检测精度为变形量大于 12 7 mm、 内壁缺陷大于 3 175 mm, 而变形位置的测量精度为距 离误差的 0 5 % 左右 ( 距离计算是从投放测径仪的起 点开始 ) 。该测径仪由压缩空气推动 , 运行速度控制 在 0 45 m / s, 通过调节压缩空气气量及管段末端的排 气阀来控制其速度。 对发现有变形缺陷的管段进行修复后 , 即可开始 水压试验。由于气温低, 在试验前必需将埋地管道回 填好, 防止试压水冻结在管中。试压必须在冰点以上 气温条件下进行, 所用的河水也均经过过滤, 需要的 地方还必须进行加温。通过 注水泵将过滤后的水注 入到管道中。为了排除水填 充过程中试压段内的所 有空气 , 要在填充水前面通置换清管器。 一般在大型河流穿越段及架空管道 安装前都要 进行一次水压试验
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, 安装后还要再次试压。若在架
空安装之后进行水试压, 设计时, 就必须考虑试压水 的载荷条件; 反之 , 就不必考虑架空后的试压水载荷 问题, 或者也可以在安装之后用空气或氮气进行局部 管段试压
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。 ,即
2 2 按管材试压 阿拉斯加管道采用了 3 种不同规格的管材 X60 、 X65 和 X70 。因管材等级不同、 壁厚不同 , 使其承 压能力也有所不同。为此, 阿拉斯加管道公司采取了 按管材、 试压的方法 , 对各等级管材不同壁厚管道的
土的温度进行监测。管道中的水凝结时, 应立刻给试 压管段额外加入一些热水 , 或者立即排出试压管段中 的水。 另外 , 还应控制排放到 地表层的热水 温度, 应根
第 4期
王玉梅等 : 阿拉斯加高寒冻土区管道水压试验技术 填充、 压力稳定和保压阶段的试压压力。 3 结束语
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据管道通过地区水质标准的相关规定进行调整 , 以满 足其要求, 并制定特殊的程序来控制热水排放所造成 的热冲蚀作用。 2 5 试压后的除水干燥 成功试压后 , 必需用压缩空气推动皮碗式清管器 运行多次清扫, 扫除管内积水, 保证扫净管壁上的积 水。由于气候寒冷 , 特别是在山区的管段 , 若有积水 流往低处, 会形成冰堵, 胀裂管道。因此, 试压后应立 即开始扫除积水的通球作业。 为了消除遗留在管道中的少量水结冰的可能性, 最后一次通球时要求在两 个清管列车之间加上少量 的液体干燥剂。干燥通球结束之后, 要把所有这些液 体干燥剂进行回收再利用或者统一处置。 2 6 试压所用设备及数据记录 试压设备较多, 包括大批的车载式大功率燃气轮 机驱动的给水泵、 较高压力的空气压缩机以及与其配 套的用于水源连接的各种 大小管道和试压用工艺管 道 , 还有较完备的试压测试仪器, 如应力测试仪、 压力 记录仪、 环境温度记录仪、 水温记录仪和净重压 ( dead w e ig ht) 测试等。 选择由大功率燃气轮机驱动的给水泵给水 , 其优 点是功率大、 轻便 , 更适应寒冷地区起动, 车载式更便 于沿线移动。 记录的数据应包 括水温、 地 温、 环境 温度以及水 ( 上接第 2 页 ) 远值越大 ; 最大应力 发生在回 拖受力 端。 ( 2) 图 3 中, 得到回拖管道变形规律 : 管道 y 方向 变形沿着轴向逐渐增大。 ( 3) 图 4 中, 看出随着穿越半径的增大, 回拖力逐 渐变大 , 变化规律可用 6阶多项式描述。 ( 4) 图 5 中, 看出随着穿越半径的增大, 接触压力 逐渐变小, 变化规律可用 6 阶多项式描述。
H ydrostatic T est T echnique U sed for A laska P ipeline in Severely Cold and F rozen Earth Areas
WANG Yu -m ei , WANG H ong - ju , Q IAN Cheng-w en , H E M iao , YANG Zhong-m ing
收稿日期 : 2008 - 05- 29 收修改稿日期 : 2009- 02- 25
依据。管道试压过程能暴露和消除管道中的缺陷 , 以 保证管道的运行安全。 管道水压试验的强度越高 , 暴露出的管道缺陷就 越多
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, 缺陷尺寸也就越小。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现 象时 , 水具有不可压缩的特性 , 且其在管道内的减压 速度大于管道的开裂延伸速度, 故管道能迅速止裂 , 不会造成管道的大面积破裂和严重的次生灾害 标准中采用的证明新建管道完整性的介质。 2 高寒冻土环境下的管道试压 虽然水压试验技术在国外 , 特别是发达国家已很成 [ 3- 4] 熟, 也均有专门的标准规定管道 ( 特别是输气管道 ) 应采用水介质进行管道试压, 且明确规定了不同等级地 区的最低试压压力和强度, 但是, 考虑到在高寒、 冻土地 区实施水压试验的特殊困难, 特别是阿拉斯加管道不仅
( 1. R& D Cen ter of Pe troCh ina P ipelin e Company, Langfang 065000, Ch ina ; 2 . North Ch ina Lubr ican t D istribution Company, B eijing 100101 , Ch ina) 3. L iaon in g Un iversity of Petroleum & Ch e m ical T echnology , Fushun 113001, Ch ina) Abstrac t : H ydrostatic testing is a re liab le m ethod to ensure the in teg rity of ne w ly -constructed pipe lines. A laska pipe line goes though severely co ld and fro zen earth areas and is the first pipe line in the wor ld to comp le te hydrostatic testing under such an adverse c li m ate and unfavorab le circumstances. T his paper addresses the preparation fo r hydrostatic testing , the testing streng th
2009 年 第 4期
P ipe line T echn ique and Equipm ent
2009 No 4
阿拉斯加高寒冻土区管道水压试验技术
王玉梅 , 王红菊 , 钱成文 , 何
( 1. 中国石油管道研究中心 , 河北廊坊 3 . 辽宁石油化工大学 , 辽宁抚顺
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淼 , 杨忠明
113001 )
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2 3 山区试压及水问题 山区管道进行水压 试验的关键问 题是缺水。特 别是 1219 的管道试压需要大量的水 , 因此缺水是山 区水压试验的难点, 故在缺水地段 , 试压用水需要重 复使用。阿拉 斯加 管道就 是在试 完一段 后, 将水过 滤、 加温 ( 需要时 )后再顶入到下一段试压管道中重复 利用。 这种方法在 实施过 程中 难度 及限制 条件 很多。 首先 , 管段的长度必须基本相等或逐段的缩短 , 在较 平坦地 区常 规试压 管道的 每段长 度一 般是 10 ~ 25 km, 但在起伏较大的山区, 试压段的长度受到高程差 的限制。在高差较大的管段试压时 , 高点的试压压力 不得小于管材最低屈服极限的 90 % ; 最低点的试压压 力不得大于管材的最低屈服极限的 90 % , 这样就限制 了山区的试压长度。 2 4 用预热的水试压 为了避免试压水结冰, 要求某些管段试压一定要 使用预热水 , 但水温要有所限制 , 应尽量减小对周围 回填土的热平衡影响。对这些管段的最终确认要根 据对回填土 的温度和试压时试压水的温度进行分析 而定。 需要时, 在进水口处 , 将水预热 到预先计算确定 的最小温度 , 并保证水温在充填、 试压和排水操作整 个过程中保持在凝点以上。对需要使用热水试压的 每段管道都要进行热分析 , 以确定对试压操作的时间 限制。同时, 要在整个热水试压期间对试压水和回填
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,所
以水是国外油气管道试压的首选介质 , 也是管道设计