长输管道施工中的常用公式

长输管道施工中的常用公式
郑海岩
【摘要】在几个长输管道项目的施工中,我总结分析了大量经验数据、通过理论计算及相关资料查阅,总结几条公式,供大家参考.
【期刊名称】《内蒙古石油化工》
【年(卷),期】2011(037)021
【总页数】2页(P59-60)
【关键词】叠加角度;热伸缩;上水;排水;气阻;强度核算;管沟开挖
【作者】郑海岩
【作者单位】大庆油田工程建设有限公司,黑龙江,大庆,161200
【正文语种】中文
【中图分类】TE973.9
在施工图纸上经常看见某个弯管或者是某个弯头是叠加的;沟上焊接时,我曾问管工
师傅这个叠加角度怎么对口,管工师傅说叠加也就是按照大概方向比划一下就行了;
管沟开挖时,我问过现场的技术员对叠加地段怎么进行开挖,他们有的说看看沟够深、够宽、大体方向对就行了,有的说是等着测量师傅来复测,还有的干脆说等焊接机组
组对的时候自己处理。

在平原段这样的施工勉强能过的去,但是在山区施工一旦方
向错了,或是深度不对,管道就不知道转向那里了;我们施工现场技术人员及操作人员必须懂得叠加角度的计算公式方法,为下步施工提供良好条件。

经过左图分析,实线部分OAB为管线走向,∠BAC就是我们常说的叠加角(一般是图
纸上的弯头、弯管角度),α1为水平转角(图纸上不能反应出来),α2为纵向转角(α2
通过图纸断面图可以计算),虚线部分为我们做出的2个辅助垂直平
面,AD⊥BDC,BD⊥ADC设BD为单位长度,经过在4个三角形内的三角函数换算得出COS∠BAC=cosα1× cosα2。

热伸缩,就是在环境温差变化大的情况下,裸露的钢制管线在热应力的影响下伸长或
者缩短;管材受热应力的作用发生热伸缩,有时候对我们施工有辅助作用。

热伸缩公式为:ΔL=W×L×ΔT,ΔL为管线伸长及缩短(mm)W 钢铁的线膨胀系数一
般取0. 0000118(mm/m℃)L为裸露的钢制管线(m)ΔT为环境温差(℃)。

举例分析:管道在太阳暴晒时表面温度可达50℃以上,而夜晚气温一般在20～30℃
之间,有20℃以上的温差。

钢铁的线膨胀系数为0.0000118 (mm/m℃)此值比较
保守,管道外露可自由膨胀收缩长度40m(一般都是3～4根管,12m一根),在温差30℃管时,管道的膨胀量为14.16mm,一定程度上可以弥补连头下料出现的误差;在夏季,东北和西北地区温差比较大,我们可以利用这种温差特性来辅助施工。

我单位曾在甘肃兰州地区施工,连头时50m裸管管道曾伸长30～50mm;在河南地区施工由于温差小,但是早晨下料组对,中午天气晴朗时50m裸管也可伸长20mm。

在长输管道试压过程中,尤其是山区施工,最令大家头痛的可能不是强度试压程序,一定是上水和排水程序;上水过程主要选好泵的型号、隔离球(器)的过盈量、合理的背压及合理的现场压力记录、及时的阀门控制基本就搞定了,这里主要介绍一下排水
程序。

排水扫线:在平原段起伏比较小,排水大多比较顺利,但是在丘陵山区起伏比较大的地段可能就会出现这种情况——始端压缩机压力持续升高,大多情况超出理论计算压
力值1倍多,而终端的排水阀门处还没有水流出的现象——产生气阻。

出现这种情况的因素有很多,在施工过程中要严格控制这种因素;一是在山区、丘陵
地段长输管道的试压上水过程中,隔离球(器)的过盈量选择不合适(最好选择规范的
上限8%,但是必须保证其曲率半径大于弯头的曲率半径-即弯头处可以通过),导致管内空气残存;二是上水系统的密封状况不好,试压水中混入空气;三是地形因素,上水过程中,由于隔离器密封的不绝对严密、管道上下坡及弯管、弯头处隔离球行走速度的不均匀性、气体可能会溢出积聚在高点,相对于L地形,M 地形管段内存在气体可能性更大。

排水经验公式:根据流体力学的基本原理,排水清管器在管内正常行走的正面压力(压缩空气压力,在此称为排水压力)P至少应大于以下5种阻力之和:试压段的最低点与排水口的静水压差P1(ρ水×g ×△H 1);试压段的沿程水头损失P2;试压管段的局部水头P3;推动清管器正常行走所需的压力(用克服清管器的重力与摩擦阻力)P4一般0.2～0.3M PA;排水口的压力 (背压)-大气压力P5;工程上为了便于应用,简化为
P=K(ρ水×g×△H+P4),其中△H为试压段沿线最大高程差(m)k为保险系数一般为2.0～2.5(起伏比较多的地段最好取上限)。

举例分析:我单位在某工程山区12km长管道(地形为M地形,高差在130m左右)推水施工中,压风机压力达到25kg左右,验证了此公式,K值最大时取2。

强度试压情况:我国试压规范对最高试压压力的规定较低,一方面不能完全发挥试压过程消除管道缺陷的作用,另一方面也不利于现场的施工,增加了山区管段试压的难度。

目前我国在强度试压时保证试压强度低于管材最小屈服强度的90%,虽然缺陷暴露率低,但不至于伤害到母材,保证了管道的安全运行,但是缺点是浪费管材,成本提高,而国外试压己经普遍将强度试验应力(产生的环向应力)提高至管材屈服强度的95%以上。

举例分析:我单位曾在某工程试压施工中,线路设计压力10M PA,全线多为一二级地区,全线起伏最大高差130m,管材X 80材质,管材型号为φ1219× 18.4管材,按规范强度试压公式为12.5M PA;按照上述情况将产生的环形应力计算得:
σ=PD/2TφP强度试压值+试压段的最低点与最高点的静水压差(M PA),D管道外
径(mm)T管道壁厚(mm)σ环向应力(M PA)φ焊缝系数(100%射线一般为1.0)
P=12.5+130×1000×10/106=13.8M PA,D =1219mm,T=18.4mm,可得
σ=457.125M PA, X 80的最小屈服强度值σ屈=551M PA,σ/σ屈=457.
125/551=82.96%远小于90%或95%形成材料成本浪费。

建议:对于平原地段强度试压时,产生环形应力小于管材最小屈服强度90%的情况、试压段落具备条件情况下或者水源紧张的情况下,可以延长管道试压长度,不受试压长度不宜超过30km的限制(国际上最长单段试压长度为60km),这样一来试压、连头次数减少,减少了安全隐患,也节省了成本和施工时间。

目前,管道在具备条件时都是沟上焊接,焊接一定数量后开始整体下沟作业,但是整体下沟作业有一个问题——弯管处下沟经常会出现卡管或者悬空过大现象。

我单位曾在某工程下沟施工中,这种现象曾多次发生,当时现场分析,天气原因管道热胀冷缩、沟上焊接(地形)相对沟下的不精确度,管沟成型不好等原因;后来经过查阅相关资料,的确和热胀冷缩、沟上焊接(地形)相对沟下的不精确度、管道沟上焊接的弯曲度(弯管数量)因素有一定联系,但是主要原因是下沟过程中吊管机一端相当于固定点,一端在移动,管道发生了弹性变形,所以管道不能按照预定弯管角度进行下沟,出现卡管。

举例分析:水平内弯弯管下沟弯点变化,管沟内弧线尽量多挖一些。

举例分析:水平外弯弯管下沟弯点变化,管沟外弧线尽量多挖一些。

以上几条公式,大家结合具体工程实际情况参考使用,希望能给施工带来方便。

[1] 安金龙.长输管道排水过程中的气阻现象和气阻定律[J].
[2] 郑明高.丘陵地区长输管道带弯管下沟技术研究[J].
[3] 张永红.管径埋地管道沟下连头施工技巧[J].
【相关文献】
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中图分类号:TE973.9 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2011)21—0059—02。