西气东输管道试压与干燥施工技术

西气东输管道试压与干燥施工技术
李献军（中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司，北京10024 ）摘要：西气东输管道沿线地形地貌复杂多变，且距离长，管径大，压力高，其管道试压与干燥施工具有一定的难度。

通过借鉴国际同类管道施工经验和做法，管道试压与干燥均达到了设计要求和施工规范的规定。

西气东输管道采用清洁水试压．干空气干燥，文章介绍了管道试压、干燥段落划分原则以及扫压、干燥程序和技术要求。

尤其干空气干燥技术，开创了我国大口径输气管道干燥施工的先例。

关键词：长输管道；天然气管道；试压；干燥；技术要求；施工方法
1 工程概况
西气东输天然气管道横贯我国东西，起点为新疆轮台县境内塔里木气田轮南首站，终点为上海市西郊的白鹤镇输气末站，自西向东沿途经过新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏和上海市等九个省（区）市，管道全长3900km，管径为10l6mm，材质为X70，设计工作压力为10MPa。

管道经过的地貌类型复杂多样，主要有：戈壁、荒漠、山间盆地、波状沙丘、黄土高原、黄土梁峁沟壑、中低山山地、丘陵、河谷川台、南部平原和水网地区。

管道沿线高程变化情况见表1 。

表1 管道沿线高程变化情况
2 管道试压与干燥段落划分原则
（1）鉴于管道沿线穿越己建设施段较多，为利于试压段落和试压等级的划分，本工程原则上以设计划分的地区等级进行管道试压段落划分，若某管段局部为安全考虑提高了设计系数，使管道壁厚增大，而不是地区等级的改变，则试压压力等级不予提高。

（2）西气东输管道沿线地形地貌复杂多变，对于地形起伏较大的地段，按以往做法需划分较多段落来满足施工规范“低点的管道环向应力不得超过钢管最低屈服强度的0.9倍”的要求。

为利于达到试压目的并减少段落划分，降低现场施工难度和强度，本工程借鉴国际同类管道施工经验和做法，对于地形起伏较大的地段，采取了“试验压力应以最高点压力为准（最低试验压力应符合规范规定），且低点的管道环向应力不得超过钢管最低屈服强度的0.95倍”的段落划分原则。

本工程试验压力及最大允许高差见表2、表3。

（3）管道干燥段落的划分应结合现场情况，原则上以站场、阀室的相对距离进行划分。

3 试压程序及技术要求
本工程选用清洁水做试压介质，要求水质清洁，无油污，PH值6～9，最大盐分2000 mg/ L，最大固态悬浮颗粒物不大于50mg/L，充入管道的水应通过40目过滤器过滤，严禁在水中加入化学试剂。

3.1 试压头准备与安装
在试压头安装前，要完成各接口和阀门的安装，然后对试压头进行1h的水压试验，压力达到最大试验压力的1.25倍。

重复使用前，应对该试压头做全面检查和维修，确保所有管件、阀门和组件使用安全。

试压头安装应按规范和焊接工艺规程的要求进行，并对其焊口进行射线检测。

3.2 计量仪表安装
在试压管段两端各安装1台24h压力记录仪和普通压力表。

在试压现场一端用引管安装压力天平l台、温度记录仪1台。

引管要安装阀门，每个仪表应分开安装。

温度检测装置应安装在距试压管段每端大约300m处以及管段的中部位置。

记录仪的安放应不受环境温度及注水温度变化的影响。

温度记录仪应配有管子和地面传感探测器，具有双笔，以便在一个图表上既记录管子温度又记录地面温度。

管子探测器要用合适的热传导材料直接粘贴在管子表面（防腐层已去除），隔热后回填到地面高度。

地温探测器要放置在管侧中部，距管道表面20 cm的位置，而后用原土回填。

环境温度感应器应放在不受阳光照射或者风寒影响的地方。

注水温度感应器应放在注水水源里。

3.3 清管、测径
在每个试验管段的端口安装临时发球筒和收球筒。

临时发球筒应预先试压合格。

在装入清管器时，不得使用黄油或者类似物质润滑清管器。

清管和测径步骤如下：
第一步：通直板双向8片聚酯盘清管器，清除固体物质和碎屑。

第二步：通带尼龙盘刷的清管器，清除灰尘和氧化皮。

如果清除不净，应增加清管次数继续清理。

第三步：通测径清管器（直板双向8片聚酯盘清管器）。

第四步：通泡沫清管器，清除水气和氧化皮。

要求至少使用两个泡沫清管器（发射间隔为1h）。

清管、测径的验收标准是：管道无灰尘排出，泡沫清管器抵达收球筒时，不潮湿，同时也无明显的变色，测径圆盘无损坏和弯曲。

清管和测径完成后，拆除临时接收器和发射清管器
用的发射头，并及时在管段两端安装试压头和封头，防止管内进入灰尘、水或异物，保证管段试压时内部清洁。

3.4 注水
（1）为了控制试压段的注水量，承包商应在其试压计划里写明以下计算结果：试压注水量、注水清管器实际推进速度、注水清管器推进时间估计值、管道加压理论P/V图。

（2）注水泵应安装在不漏润滑油或燃油的槽内，防止液体进入地表水域或污染土壤。

泵的吸入口放在带有过滤网的箱内，放置的深度要避免空气和水一起吸人泵内。

( 3 )在注水前，承包商要进行最后检查，确认：所有管子和螺栓接头不漏水；接管装配得当；泵和压缩机工况良好；水源供应充足；在试验管段的末端备有排水和放气点；仪表准备妥当待用（记录纸、墨汁、对时钟、校正仪器等）。

流量计安装在出水管内，同时安装止回阀；注水清管器安装正确；现场符合HSE要求。

( 4 )在第一个注水清管器前后的管道内注入300m长或250m3的冲洗水，并紧跟第二个注水清管器注入试压水，以防形成气穴。

在注水过程中，应准确记录注水压力、注水体积、环境温度、地表温度、管壁温度及入口水温度。

注水清管器前后应有一定的压差，其行走速度不应超过3km/h。

（5）注水完成后，要在所有的接口处（除了压力表，压力天平或高压泵的接口）安装盲法兰和封头。

3.5 强度及严密性试验
3.5.1 强度试验
缓慢加压到试压段最高点的最低试验压力的30%，检查所有的管件和连接段是否有泄漏；继续加压至试验压力的60%，检查泄漏和系统的完整性；然后根据试压计划，继续增压。

按不大于75kP/min的均匀速率加试验压力，达到试压段的最高点的最小试验压力的102%，维持这样的压力直到地面上管子和管件都检漏完毕．确认压力和温度稳定。

在低标高点，压力范围（开始）为最低试验压力加2%，而最高不能超过规定的最低屈服强度的95%。

压力稳定后，升压至强度试验压力，稳压4h，在稳压试验的前30min，每5min记录一次压力天平的读数。

下一个30min，每10min记录一次压力天平读数。

在下一个小时，每15min记录一次读数，以后每30 min记录一次。

此间，若管道无异常或者无需由于温度损失而增加水量，则强度试验就可验收通过。

3.5.2 严密性试脸
强度试验合格后降压至10.5MPa，压力稳定后，开始24h的严密性试验。

试验过程中，记录仪和压力天平应连续工作，每15min记录一次压力和时间。

每1h记录一次管壁温度和地温。

在稳压开始时，应关闭通向压力管道的阀门并切断与压力泵的连接。

定时检查管道和管件，发现漏泄，要停止试验，修补漏泄后，重新开始24h严密性试验。

如果没有出现最大为1% (105kPa )的压力降，则严密性试验合格。

如果压力降超过105kPa，必须说明原因加以证明，如温度降低或者轻微漏泄。

否则，承包商必须继续或重复进行严密性试验，直到达到满意的试验结果为止。

3.5.3 压力—容量图的绘制与判别
在试压阶段，如果管道环向应力超过最小屈服强度的70%，那么承包商要绘制所有的压力试验的压力—容量图。

压力—容量图从规定最小屈服强度的10%开始，按每100kPa或者足以显示直线偏差的压力间隔用手工绘制，选择适当比例，并使绘图线与水平方向成45°～75°。

在加压期间一定要保持泵的速率不变，要提供充足的水量保证在达到完全的试验压力之前不要中断水的供应，完成压力—容量曲线图。

根据实际压力—容量数据绘制P/V图，同理论P/V图进行比较。

当实际P/V曲线与理论P/V曲线不一致（偏离不超过0.2%（水体积增量））时，表明注水中有空气，影响压力增高。

如果检测出有大量空气，那么应在压力达到钢管最小屈服力
70%的时候停止试压，抽水降压，使压力降低200kPa，同时精确测量排出的水量，并与理论上加压200kPa需要的水量进行对比，如果排出的水量较理论排水量大6%，那么应在高点试压段采取安全措施。

当实际即V曲线与理论P/V曲线偏离0.2 %（水体积增量）时，应停止加压，直至承包商能够解释出是什么原因造成了管道屈服强度的增加。

承包商应给出造成P/V图偏差的所有可能原因，例如截留的空气、泄漏、钢管弯曲等；同时承包商还应说明解决问题的方法，包括可能采取试压管段排水和重新开始水压试验等手段。

3.6 卸压排水
压力试验合格后，管道卸压时，要缓慢开关放水阀，保持一定的速率减压，防止水击荷载损伤管道，最高排量以450m3/h为限。

管段高点压力不应降至300kPa以下，防止从高点排水。

地面排水点应安装排水缓冲设施，防止冲蚀地面或者损害排水点的植被。

3.7清管扫水
先使用皮碗清管器，再使用泡沫清管器，直到接收的泡沫清管器是干燥不变色的，且泡沫清管器增重小于1.5 kg时方为清扫合格。

3.8 管口封堵
管道试压、清扫合格后，应及时封堵管口。

4 管道干燥技术
本工程采用了干空气干燥技术，开创了我国大口径输气管道干燥施工的先例。

4.1 深度除水
水压试验除水完成后，还需用清管器或清管列车做一次深度除水，尤其是管段连头处。

清管列车由两枚直板清管器和一枚高密度（密度约120kg/m3）泡沫清管器组成，各清管器的间距为3km。

清管器的运行速度应控制在4～8km/h 。

4.2 干空气干燥
深度除水完成以后，用干燥单元产生的露点为-40℃的干空气（空气流量4500～14000m3/h）推动低密度（密度约16～20kg/m3）泡沫清管器，对管道进行微正压（0.01～0.05MPa）吹扫。

通过多次发射（一般间隔0.5～1h）泡沫清管器，利用泡沫清管器的机械效应和吸水作用，进一步摊开、吸收管道中的残留水，直至泡沫清管器增重不明显，管道出口处的空气露点达到-20℃时停止。

4.3 检验及密封
当管道出口露点达到-20℃以下时，关闭进出口阀门，保持管道内干空气压力为0 .05MPa，密闭6～8h后卸压，用干空气置换管道内的空气，测量出口露点，露点下降不超过5℃，且出口露点不小于-20℃时，管道干燥为合格。

若露点下降超过5℃，应继续用干空气吹扫，达到合格标准。

随后撤离临时收发球筒，立即安装已预制好的封头，并向管道内注人微正压（压力最少为70kPa）的干燥空气密封管道。

5 效果
西气东输靖边至上海段（线路全长1486km）管道试压与干燥工作于2003年3月开始，2003 年9月结束。

通过以上技术的应用和认真实施，其试压与干燥均达到了设计要求和施工规范的规定，施工质量检测结果真实可靠，管理水平普遍提高，效果显著，基本达到了国际同类管道施工水平。

6 几点建议
（1）应根据管径的大小、管段的长度和高差、管内壁清洁度以及清扫、上水和干燥要求速率合理选用清管、试压和干燥设备，应能满足规定的注水（空气）速率和克服试压段高差及防止气穴产生的需要。

计量设备的性能和功能应满足使用要求。

配用清管器时应根据规定和实际需要进行配置，一般包括清管、注水、测径、排水和除水清管器。

（2）为防止管道上水过程中产生气穴，应在注水水头前装设注水清管器，并应有背压控
制流速措施，特别在高差地段背压控制尤为重要。

（3）隔时序发清管器有利于提高清管工效，但超过一定数量易使通球受阻，造成卡球，一般一次放置6～8个清管器为宜。

为提高除水效果，除水清管器不应在同一工作段重复使用。

（4）上水和排水方案应符合环保和水土保持要求，应事先征得地方主管部门的同意，以免造成不良后果。

（5）采用干空气法干燥管道，具有空气来源广，不受地区限制；废气可任意排放，无毒、无味、不燃、不爆；成本低；工期短，易于与管道建设和水压试验相衔接；干燥效果均匀一致，露点可达到-25℃以下等优点。

通过西气东输的成功应用，为今后管道干燥施工积累了丰富而宝贵的经验，该方法可推广应用。

作者简介：李献军，男，1983年毕业于石油管道学院线路工程专业，工程师，一直从事油气管道工程、油气站场工程、储罐工程施工与技术管理工作。

通讯地址：北京朝阳区南银大厦。