FPSO項(xiàng)目管線高壓密性試驗(yàn)通用做法研究

譚曉光

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

FPSO又稱浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油卸油裝置，可將從地層抽取的原油進(jìn)行初步加工后儲(chǔ)存在艙室內(nèi)，達(dá)到一定數(shù)量后，通過(guò)穿梭油輪運(yùn)輸?shù)疥懙?。FPSO內(nèi)的管線工藝復(fù)雜，材質(zhì)眾多，在預(yù)制安裝完成后，壓力試驗(yàn)可以檢測(cè)焊口的強(qiáng)度，但對(duì)于管線的完整性，特別是對(duì)管線上法蘭節(jié)點(diǎn)、螺紋連接處、人孔及閥門(mén)的嚴(yán)密性檢驗(yàn)，密性試驗(yàn)是必要的手段。隨著作業(yè)水深及油氣田開(kāi)采深度加大，工藝管線的承壓要求也不斷增加，相應(yīng)的管線高壓密性試驗(yàn)越來(lái)越多。以我公司承建的某FPSO項(xiàng)目為例，對(duì)其中涉及的高壓密性試驗(yàn)進(jìn)行研究，并對(duì)其中的通用做法進(jìn)行總結(jié)。

1 密性試驗(yàn)的介質(zhì)、壓力及溫度要求

密性試驗(yàn)的介質(zhì)通常包括淡水（氯離子含量不超過(guò)50ppm）、潔凈的壓縮空氣及氮?dú)狻Ｔ囼?yàn)介質(zhì)的選擇通常由被測(cè)管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)投產(chǎn)后運(yùn)行的介質(zhì)所決定，如被測(cè)管線設(shè)計(jì)運(yùn)行介質(zhì)為液體，則可用淡水作為密性試驗(yàn)介質(zhì)；如被測(cè)管線設(shè)計(jì)運(yùn)行介質(zhì)為氣體，則可選用壓縮空氣或氮?dú)庾鳛槊苄越橘|(zhì)。對(duì)于試驗(yàn)壓力大于0.6MPa的氣密包宜采用氮?dú)?，試?yàn)包要經(jīng)五級(jí)編校審批準(zhǔn)。

按照ASME規(guī)范、詳設(shè)規(guī)格書(shū)及管線數(shù)據(jù)表可確定試驗(yàn)壓力，通常試驗(yàn)壓力為系統(tǒng)內(nèi)管線操作壓力的1.1倍，小于設(shè)計(jì)壓力；當(dāng)操作壓力的1.1倍大于設(shè)計(jì)壓力時(shí)，試驗(yàn)壓力取設(shè)計(jì)壓力的0.95倍。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)有安全閥的，不能超過(guò)安全閥整定壓力的0.9倍。

試驗(yàn)應(yīng)在穩(wěn)定的溫度下進(jìn)行，溫差變化不能超過(guò)±5℃。環(huán)境溫度應(yīng)在10℃和50℃之間，并應(yīng)將溫度控制在金屬的延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度之上，如實(shí)際試驗(yàn)中接近該溫度時(shí)，應(yīng)采取加電熱毯或其他措施，避免低溫下金屬變脆，增加試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

2 密性試驗(yàn)的安全距離要求

密性試驗(yàn)前必須完成相應(yīng)管線、設(shè)備的壓力試驗(yàn)，保證焊口的強(qiáng)度滿足要求，并應(yīng)按照程序要求進(jìn)行法蘭管理，檢查螺栓扭矩值。

水密試驗(yàn)對(duì)于不大于10Bar的壓力，隔離區(qū)為距離系統(tǒng)管線每個(gè)點(diǎn)4m。且壓力每增加10Bar，隔離區(qū)向外增加1.5m（如試驗(yàn)壓力為50Bar，隔離區(qū)為10m）。

在我公司承建的某FPSO項(xiàng)目中，最高氣密壓力達(dá)到了573.89Bar，危險(xiǎn)性較大。因此氣密試驗(yàn)時(shí)，安全距離按照ASME PCC-2 Article 5.1公式（II-2）and（II-3）氣壓安全距離公式進(jìn)行計(jì)算，并參考其他項(xiàng)目選取適當(dāng)隔離范圍系數(shù)。公式如下：

其中：E -系統(tǒng)儲(chǔ)能，J；k -測(cè)試流體比例因子，當(dāng)測(cè)試氣體為壓縮空氣或氮?dú)鈺r(shí)，k取1.4；Pa -絕對(duì)大氣壓；101kPa；Pat -絕對(duì)測(cè)試壓力，Pa；V -測(cè)試系統(tǒng)容積；TNT -TNT當(dāng)量，kg；R -隔離距離；Rscaled -隔離范圍系數(shù)。根據(jù)上述公式，可計(jì)算出理論上的ZONE1、ZONE2，而ZONE3無(wú)相關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，通常項(xiàng)目的區(qū)域至少在ZONE2外圍。

ZONE1：禁區(qū)（升降壓時(shí)禁止任何人員進(jìn)入），是測(cè)試管線或設(shè)備可能產(chǎn)生碎片的區(qū)域，可造成人員傷亡。

ZONE2：限制區(qū)（非氣密作業(yè)人員不得進(jìn)入），此區(qū)域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為可造成人員肺部、耳膜傷害及設(shè)施損壞。

ZONE3：隔離區(qū)（無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入），此區(qū)域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為飛濺物飛行距離影響區(qū)域，有潛在砸傷人員設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)。

最后綜合考慮，E≤135.5MJ時(shí)，隔離距離為30m；E≤271MJ時(shí)，隔離距離為60m；E≥271MJ時(shí)，隔離距離按照上述公式計(jì)算Z O N E 1 及ZONE2。

3 密性試驗(yàn)的工裝要求

對(duì)于高壓氣密（85Bar-574Bar）工裝宜采用遠(yuǎn)程控制閥門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉，如圖1。

圖1 遠(yuǎn)程控制閥門(mén)操作面板

工裝材料應(yīng)有第三方認(rèn)證證書(shū)，工裝制作完成后應(yīng)整體進(jìn)行100%PT，并進(jìn)行15000Psi的水壓試驗(yàn)，然后再進(jìn)行至少9000Psi(620Bar)的氣壓試驗(yàn)（升降壓步驟以10%速率緩慢進(jìn)行，170kPa及600kPa處停泵檢查，最大的升壓速率不可超過(guò)每分鐘20%的試驗(yàn)壓力或0.5MPa/每分鐘，兩者取小值）。以確保工裝安全性。最高點(diǎn)穩(wěn)壓時(shí)間不少于30分鐘。

4 密性試驗(yàn)的升降壓要求

對(duì)于采用淡水作為試驗(yàn)介質(zhì)的密性包，升壓步驟如表1：

表1 水密包升降壓步驟

對(duì)于采用壓縮空氣或氮?dú)庾鳛樵囼?yàn)介質(zhì)的密性包，升壓步驟如表2：

表2 氣密包升降壓步驟

同時(shí)對(duì)于儲(chǔ)能大于1 0 0 M J 的氣密包，每步升壓調(diào)整為試驗(yàn)壓力的1 0%，降壓步驟為75%～50%～25%～170kPa～0kPa，如圖2。當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)壓力時(shí)，需穩(wěn)壓15分鐘或檢查所有連接點(diǎn)所需時(shí)間的較大值。

圖4 儲(chǔ)能大于100MJ的氣密包升降壓步驟

5 密性包編制及注意事項(xiàng)要求

（1）相同試驗(yàn)壓力的管線、儀表以及設(shè)備應(yīng)做在一個(gè)密性包文件中，密性包以閥門(mén)關(guān)閉或盲板封堵為邊界點(diǎn)，在PID中將試驗(yàn)范圍內(nèi)管線、設(shè)備標(biāo)記為紅色，并配說(shuō)明“Area under pressure承壓區(qū)域”；高壓密性包邊界閥門(mén)后要設(shè)置泄放路線，PID中標(biāo)記為綠色，在泄放路線中選定一個(gè)高低點(diǎn)閥門(mén)打開(kāi)，拆下盲法蘭或螺紋管帽。如閥門(mén)內(nèi)漏時(shí)，可通過(guò)泄放路線將氮?dú)馀欧诺桨踩攸c(diǎn)，避免非承壓區(qū)域憋壓或氮?dú)庠诜前踩攸c(diǎn)聚集，使人窒息。

（2）在密性試驗(yàn)開(kāi)始前，項(xiàng)目組應(yīng)組織相關(guān)操作人員、檢驗(yàn)人員、安全監(jiān)督、技術(shù)人員以及業(yè)主等進(jìn)行查線，保證待測(cè)密性包管線完整，證書(shū)齊全，相關(guān)一切準(zhǔn)備就緒。并對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行JSA分析，制定應(yīng)急預(yù)案。

（3）氣密試驗(yàn)應(yīng)在所有法蘭接口處纏上膠帶并在膠帶上開(kāi)小孔，當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)壓力后，可以使用泡沫溶劑（中性洗滌劑溶液或肥皂水）檢測(cè)泄漏。如果系統(tǒng)壓降超過(guò)10%，應(yīng)考慮重新增壓。

（4）當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)，標(biāo)記泄漏位置，必須徹底泄壓后再修復(fù)，修復(fù)完成后，按照程序重新試驗(yàn)。

（5）水密試驗(yàn)完成后，打開(kāi)高點(diǎn)放空，將水排凈，使用干燥空氣將系統(tǒng)內(nèi)吹干，直至露點(diǎn)達(dá)到0℃或規(guī)格書(shū)中要求的其他溫度。

6 結(jié)束語(yǔ)

在FPSO或其他海洋工程項(xiàng)目中，對(duì)于工作介質(zhì)為可燃、有毒流體的系統(tǒng)或其他需要保證嚴(yán)密性的系統(tǒng)，都應(yīng)進(jìn)行密性試驗(yàn)，以保證項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后的安全可靠。通過(guò)對(duì)密性試驗(yàn)通用做法的總結(jié)，可為其他項(xiàng)目提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。特別是對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)性較大的高壓氣密，應(yīng)多方面考慮，保證試驗(yàn)人員及設(shè)備的安全，順利完成對(duì)系統(tǒng)的密性試驗(yàn)。

◆參考文獻(xiàn)

[1] ASME PCC-2-2011，壓力設(shè)備和管道的維修[S].

[2] ASME B31.3-2018，工藝管道[S].

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