基于長輸管道試壓的安全計算

張永

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，天津 300181）

基于長輸管道試壓的安全計算

張永

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，天津 300181）

長輸管道試壓是管道施工時期必須進(jìn)行的重要工序，經(jīng)過試壓之后可以檢測管道的實際強(qiáng)度及不良情況。文章從溫江區(qū)供水體系工程管網(wǎng)工程項目中的原水輸水管道試壓概況及試壓原理入手，概述選取合理的試壓設(shè)備及試壓的情況，為管道試壓及其試壓的安全性提供借鑒。

管道試壓；試壓原理；安全措施

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，這在一定程度上提高了供水管道工程施工的要求。在多數(shù)的供水管道施工中會出現(xiàn)一系列質(zhì)量問題，會對整個地區(qū)的供水造成較大影響。管道試壓強(qiáng)度及嚴(yán)密性是管道建設(shè)的一部分。只有做好管道的試壓試驗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能暴露管材缺陷及鋼管的殘余承接力，保障管道的安全運(yùn)行。

1 工程概況及試壓原理

1.1 管道試壓工程概況

溫江區(qū)供水體系工程管網(wǎng)工程項目中的原水輸水管道試壓。該管道線路總長約為10.75 km,采用雙管同槽的設(shè)計,計劃其最大輸水承載力為35萬t/d,管徑為DN1200 mm,管道整體線路采用球墨鑄鐵管,特殊地方選取鋼管進(jìn)行施工。該管道試壓的工作壓力設(shè)為0.02～0.092 MPa，管道試壓的分段長度不能超過1 km，管道主線路采用潔凈無泥沙的水作為試壓介質(zhì)。

1.2 管道試壓原理

溫江區(qū)供水體系工程管網(wǎng)管道試壓施工采用分段試壓，每段試壓的長度不能大于1 km。因此，可以把兩處閥門井間長度的1 km當(dāng)做一個試壓段開始試壓。依照管道試壓的設(shè)計要求，各個管道線之間的最大高差不能大于2 m。在試壓中把高差設(shè)為2 m，進(jìn)行加壓情況下水對盲板壓力F的計算。

本次試壓采用后坐墻為后靠背，在實際施工中，后坐墻的整體強(qiáng)度必須得到保證，確保不會出現(xiàn)滑移的情況。后坐墻的設(shè)計采用直立式砼墻的辦法，砼強(qiáng)度設(shè)置為C25，此次埋地的深度設(shè)置為1.5 m，墻體高度3 m，背后填土3 m。進(jìn)行澆筑采用原槽澆筑的辦法，其基礎(chǔ)不要設(shè)置在人工回填土之上，應(yīng)該設(shè)置在原狀土上面。工程的地下和地面同時進(jìn)行澆筑，地面的高度設(shè)置為1.5 m，采用支模澆筑的辦法。砼墻寬度為6 m,以便滿足兩根管道試壓的要求。砼墻頂?shù)暮穸燃暗缀穸榷荚O(shè)置為2 m。實際施工時根據(jù)上述情況，算出該工程砼墻所需的混凝土數(shù)值為V=2×3×6=36 m3。澆注完成后，墻背后進(jìn)行回填，隨后展開95%的壓實施工，濕密度不能小于20 kN/m3。背墻設(shè)計如圖1所示。

1.3 試壓過程中與墻體相關(guān)的驗算

1.3.1 驗算圓管與墻體接觸處墻體的抗剪強(qiáng)度

圖1 背墻尺寸的設(shè)計簡圖

圓管與墻體接觸處墻體的受剪面積S=3.14× 1.2×1.5=5.652 m2

剪應(yīng)力R=1 013 000 N/5.652 m2=31 710.753Pa= 0.31 MPa

小于墻體抗剪強(qiáng)度（C25砼為4.2 MPa），故結(jié)構(gòu)安全。

1.3.2 驗算墻體與地面線接觸處墻體截面抗剪強(qiáng)度

受剪面積S=6×1.5=9 m2

剪應(yīng)力R=1 013 000 N/9 m2=112 555.6 Pa= 1.1 MPa

小于墻體抗剪強(qiáng)度(4.2 MP)，故結(jié)構(gòu)安全。

1.3.3 抗傾覆驗算

（1）驗算后背填土過程后背墻的穩(wěn)定性（圖2）

在此過程中，后背墻受主動土壓力作用，根據(jù)朗金主動土壓力計算公式：

圖2 填土階段計算簡圖

故主動土壓力為30×6=180 kN

主動土壓力對墻趾的力矩：180×1=180 kN·m

后背墻自重對墻趾產(chǎn)生的力矩：36×2.3×9.8× 1=811.44 kN·m

故填土過程中后背墻安全穩(wěn)定。

（2）驗算試壓過程中后背墻的穩(wěn)定（圖3）

在試壓壓力的作用下，墻后填土受被動土壓力作用，根據(jù)郎金被動土壓力計算公式：

圖3 試壓階段計算簡圖

故被動土壓力Pp=270×6=1 620 kN

土壓力與墻體自重相對于墻趾的力矩：N1= 1 620×1+36×2.3×1=2 448 kN·m

管道試壓產(chǎn)生的壓力對墻趾的力矩：N2= 1 013 kN×1.95=1 975 kN·m

N1＞N2,故試壓過程中墻體不會發(fā)生傾覆。

2 選擇合理的試壓設(shè)備及試壓

2.1 注水設(shè)備

本次管道試壓試驗的介質(zhì)都是選擇從排水井中抽上來的潔凈水源，各段管道試壓的長度為1 km，每根管道的裝水量是1 150 m3單根進(jìn)行試壓的時間大于24 h,排水井抽出的水符合管道試壓的需求。配備1臺ISG80-160低揚(yáng)程注水泵，DN100 mm單級離心泵，其電機(jī)額定功率7.5 kW，揚(yáng)程13.9 m,流量50 m3/h，用來進(jìn)行排水井抽水工作。選取柱塞泵，型號為3DK-S柱塞泵，如果排出的壓力在70 MPa的時候，其額定排量為54 L/min。選取帶遠(yuǎn)傳數(shù)字輸出的流量計進(jìn)行計量流量的測試，準(zhǔn)確度在0.1%之上。選取過濾能力在1.0 MPa條件下為350 L/s。選取DN100 mm的進(jìn)水和排氣控制閥門。

2.2 試壓標(biāo)準(zhǔn)

依照工程設(shè)計的規(guī)定，試驗的壓力設(shè)定為0.8 MPa，最大的測試壓力不能大于管道的最小強(qiáng)度90%。在開始壓力試驗之前，必須檢查各個試管管段的最高點、最低點，各項達(dá)到測試高差標(biāo)準(zhǔn)之后，并對試壓段的壓力值進(jìn)行核算。

3 管道試壓

3.1 測試管道水壓強(qiáng)度

在管道試壓之前，必須對管道進(jìn)行注水養(yǎng)護(hù)，管道充水養(yǎng)護(hù)的時間為24 h。管道養(yǎng)護(hù)達(dá)到要求后，就可以展開管道水壓的測試工作。進(jìn)行管道試壓選擇DN50 mm多級離心泵對管道進(jìn)行加壓。升壓：先把管內(nèi)的空氣排除干凈，如果出現(xiàn)彈簧壓力計表針升壓很慢、擺動不穩(wěn)等情況時，必須再次對管道空氣進(jìn)行排除然后升壓。升壓時要進(jìn)行分段，其段值設(shè)置為0.6～0.7～0.8，每次升壓都要把管身、焊接縫及盲板進(jìn)行細(xì)致檢查，進(jìn)行升壓之前打開排氣閥。水壓上升到測試規(guī)定的范圍后，保持恒壓15 min,檢查焊接縫、管身沒有出現(xiàn)漏水的情況。壓力表的數(shù)值下落到0.03 MPa之內(nèi)，這時的管道測試強(qiáng)度滿足工程標(biāo)準(zhǔn)，視為合格。

3.2 檢測管道嚴(yán)密性

依照該工程的實際工作情況和鋼管口徑的要求，選用注水法進(jìn)行測試，規(guī)范的滲水量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為3.3 L/min·km。采用注水法測試的步驟：管道的水壓上升到測試規(guī)定的壓力標(biāo)準(zhǔn)之后，工程人員開始進(jìn)行記錄，如果出現(xiàn)壓力下降的情況，為保障管道測試壓力一直處于恒定狀態(tài)，要對管道內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)水，其壓降控制在0.03 MPa，時間不能小于2 h。在測量恒壓情況的時候補(bǔ)充測試期的總水量W,進(jìn)而直接從DN40水表上讀出來。測試滲水量的公式為：Q=W/（T*L）。其中用Q表示實測管道的滲水量L/min·km；W表示實測管道注入水量L；T表示從開始測量至保持恒壓結(jié)束時間min；L表示試驗管段長度km。嚴(yán)密性測試合格標(biāo)準(zhǔn)為：Q≦3.3 L/ min·km。

3.3 管道減壓

在試壓工作結(jié)束之后，試壓的過程獲得檢查員及工程監(jiān)理的合格驗收，根據(jù)每分鐘不大于300 kPa的速率進(jìn)行減壓，防止管道出現(xiàn)顫動。在進(jìn)行減壓的時候必須小心謹(jǐn)慎，避免出現(xiàn)水擊荷載損害組裝管道的情況,降壓的時候不要把閥門全部打開，要保持試壓段的水處于靜壓的狀態(tài)。

4 結(jié)語

管道試壓是管道安全運(yùn)行的重要前提，合理的試壓技術(shù)可以提升管道的質(zhì)量。管道的強(qiáng)度試壓機(jī)嚴(yán)密性試壓不僅可以消除管道的缺陷，增強(qiáng)安全性，而且可以確保管道的整體嚴(yán)密性。

[1]全海濤.長輸管道試壓安全性測算[J].油氣田地面工程，2013,(10):70-70.

[2]宋源,賀健，張影，等.淺析天然氣長輸管道試壓[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012,33(15):12.

[3]保延新,劉曉飛.大口徑PCCP管與鋼管混合管道試壓技術(shù)[J].中國給水排水,2011,27(4):1-4.

作者：張永(1973-)，男，本科，高級工程師，主要研究方向為項目管理。

江蘇省建材行業(yè)協(xié)會管樁分會會長辦公會議在蘇州召開

2014年7月29日，江蘇省建材行業(yè)協(xié)會管樁分會會長辦公會議在蘇州召開。分會副會長及單位代表40余人參加了會議。會議由省建材行業(yè)協(xié)會管樁分會會長楊余明主持，江蘇省建材行業(yè)協(xié)會理事長聶長蘭出席會議。會上，魯照寧副會長通報了江蘇省建材行業(yè)運(yùn)行情況，并作2013年分會工作總結(jié)和下一步工作意見；參會各單位就目前自身企業(yè)發(fā)展和2013年經(jīng)營情況進(jìn)行交流，商討如何開展管樁行業(yè)自律；會議還討論通過了分會工作人員調(diào)整名單、變更分會名稱的建議說明等。楊余明會長因工作地點變動，管樁分會會長改由建華集團(tuán)姚靜波總經(jīng)理擔(dān)任。

（黃燁）

Pipeline pressure test is important in the construction period.The actual strength and adverse conditions of pipelines after pressure test can be detected.From the pipeline pressure test profile and pressure test principle of the Wenjiang water supply pipe network engineering project,it expounds the suitable test equipment and pressure test to ensure the safety of pipelines.

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?清)（

2014-6-30）