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我國首次高強度試壓方案的設計與應用

管道的設計參數(shù)是權衡管道設計過程中管道安全可靠性和建設成本的關鍵參數(shù)，需綜合考慮管道鋪設環(huán)境（人文環(huán)境和地質結構）、鋼材質量性能和設計輸量。提高設計系數(shù)可以在管道壁厚不變的條件下提高輸氣壓力，從而增加輸量，提高輸送效益；也可以在輸氣量一定的條件下，減小管材壁厚，從而節(jié)約管材用鋼量，減少工程投資。

根據(jù)GB50251—2003《輸氣管道設計規(guī)范》，目前我國天然氣管道在人煙稀少的一級地區(qū)采用的是0.72的設計系數(shù)，在水壓試驗時試驗壓力產生的環(huán)向應力一般達到90%SMYS（管材最小屈服強度，下同）；在復雜山區(qū)地段等實際項目中，最高不超過95%SMYS。歐洲和北美等國家，早已在一級地區(qū)采用0.8的設計系數(shù)，如在著名的Alliance管道、RockiesExpress管道等工程的管道運行實踐證明提高設計系數(shù)是可行的。

隨著我國管線鋼的冶金技術、制管技術、管道施工技術以及質量控制水平的不斷提高，現(xiàn)已具備采用較高設計系數(shù)的條件。為了提高管道輸送效率，我國在西氣東輸三線西段一級地區(qū)的天然氣管道上第一次采用了0.8設計系數(shù)。西三線建成后，通過借鑒美國聯(lián)邦法律49CFR192、ASMEB31.8-2010和CSAZ662-2007等標準要求，首次完成0.8設計系數(shù)下的管道水壓試驗，并通過本次試驗確定了試壓介質、試驗壓力、試壓時間、試壓控制等具體試驗方案。

（1）試壓介質—水壓試驗采用水作為試壓介質；

（2）試驗壓力—水壓試驗采用最高點處的管道環(huán)向應力應不低于管材屈服強度的100%，且最低標高處管道的環(huán)向應力應不高于管材屈服強度的105%；

（3）試壓時間—強度試壓穩(wěn)壓不小于4h，嚴密性試壓穩(wěn)壓24h；

（4）試壓控制—試壓控制采用壓力-容積控制法，即P-V曲線控制。通過試壓時管道升壓與進水量之間的關系曲線的變化，反映管道的鼓脹變形情況，以便控制管道的試壓過程。如果試壓管段鋼管未發(fā)生屈服變形，則管道壓力將保持線性增長至最大試驗壓力；如果壓力上升到一定程度后，試壓管段鋼管發(fā)生了屈服變形，由于鼓脹變形的影響，進水量不斷增加，但壓力上升緩慢，呈現(xiàn)下擺趨勢。

（5）含氣量確定—管內含氣量過多會導致屈服點測量失準，試壓過程中通過雙減壓試驗檢測含氣量，在升壓到30%和60%試驗壓力時分別進行0.05MPa壓降的減壓試驗，以檢測試壓用水的含氣量，確保含氣量在允許范圍以內。

（6）管道允許膨脹變形量—CSAZ662-2007標準和NACERP0394-2002標準要求的應變極限為1.3%，我國首次進行高強度水壓試驗，保守取環(huán)向容許塑性應變值為1.0%。膨脹變形超過+1%的管段應進行開挖驗證，膨脹變形超過+1.5%的管段開挖確認后割管處理，并提供幾何變形檢測報告。

圖1 我國首次高強度試壓流程圖

水壓試驗的具體流程如圖1所示，試壓結果顯示，雙減壓試驗測得含氣量小于6%。P-V曲線顯示達到105%SYMS對應的最高試驗壓力（15.78MPa）附近時，管道壓力線性增長趨勢未發(fā)生明顯變化，即管道未發(fā)生明顯的屈服變形。監(jiān)測得到的管道最大應力為555MPa，對照相應鋼管出廠記錄中的管材強度記錄，該應力未超過管材的屈服強度，管材未發(fā)生明顯的屈服變形，仍處于彈性變形范圍內，管道未在最低點、熱煨彎頭等關鍵點發(fā)生明顯的屈服變形。此次高強度水壓試驗的順利完成，為我國一級地區(qū)采用0.8設計系數(shù)的水壓試驗積累了經驗。

祝愨智 編輯自《油氣儲運》2015年5期“我國首次高強度試壓方案的設計與應用”（原作者劉玉卿等）