高海拔山地長輸蒸汽輸送管道水壓試驗技術(shù)研究

賀圣波

（貴州西能電力建設(shè)有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引言

在長輸蒸汽管道的施工過程中，管道試壓是一件非常重要的工序，通過試壓可以了解到管道的施工質(zhì)量、管材性能以及管道整體的完整性。通過長輸管道試壓，可以保證管道在正常的運行壓力之下不會出現(xiàn)泄漏的情況，可以對管道的強度以及連接處的應(yīng)力進行測試。在高海拔地區(qū)的山區(qū)進行長輸蒸汽管道敷設(shè)的時候，往往會遭遇地形不平整，高低落差較大的情況，這在管道試壓中就對管材的性能、管段劃分、試壓工藝等提出了挑戰(zhàn)。在高海拔山地進行管道試壓技術(shù)研究對于保障長輸管道的長期安全運行有著積極的影響。

1 研究意義

在長輸蒸汽輸送管道建成之后，必須對其進行強度試壓和氣密性測試，測試通過方可投入生產(chǎn)，管道投產(chǎn)前試壓是保證管道能夠安全可靠運行的一道重要保障。我國西南地區(qū)基本沒有集中供熱，企業(yè)為了滿足生產(chǎn)工藝要求，大部分安裝小鍋爐，其容量小、參數(shù)低，鍋爐熱效率低，燃煤、燃油燃燒不完全，對環(huán)境污染嚴重。由燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機組長距離輸送蒸汽的項目將越來越多，而此地為高海拔山地，地勢復(fù)雜多變，致使管道施工難度極大。對于高海拔山區(qū)的長輸蒸汽管道試壓方式，國內(nèi)外都還沒有標準的施工方式，因此在進行試壓的過程中需要充分結(jié)合以往的經(jīng)驗、分析各種施工工藝，在施工前制定出完整的施工技術(shù)方案以及施工流程，以便在檢查過程中降低問題的出現(xiàn)的可能。

管道強度試壓通常采用的試壓壓力較大，通過壓力檢測，可以消除管道內(nèi)部的缺陷，讓管道的安全度能夠得到提升。同時通過管道試壓，可以讓尖端存在的小缺陷產(chǎn)生塑性變形，讓尖端處鈍化，降低缺陷發(fā)生概率。按照屈服強度進行試壓能夠消除管道焊接過程中存在的殘存應(yīng)力，如果焊接位置存在著殘余應(yīng)力，就會讓焊接接頭腐蝕情況加重。雖然理論上較高的試壓壓力能夠更好地確定管道的質(zhì)量，對管道內(nèi)部的缺陷進行排查，但是考慮山地長輸管道的情況，如果采用的壓力過高就會讓管道發(fā)生屈服，只有在合理的壓力范圍內(nèi)進行試壓才能切實提高管道的使用壽命。

對管道進行嚴密性試壓能夠起到檢查管道整體嚴密性的效果，由于國際上沒有通用的管道試壓標準，因此各國對穩(wěn)壓的時間的規(guī)定存在一些爭議。誠然，穩(wěn)壓時間越長，就會讓施工中投入的費用越高，讓施工工期延長，但是如果穩(wěn)壓時間太短，就無法對管道進行充分的檢查，為未來管道的運行埋下了安全隱患。在高海拔的山地地區(qū)進行管道嚴密性試壓的時候，設(shè)定好合理的穩(wěn)壓時間具有非常重要的工程價值。對于我國高海拔山區(qū)長輸蒸汽輸送管線來說，進行試壓技術(shù)的優(yōu)化，能夠確保管線可以順利的投入生產(chǎn)中，保障了管線運行的安全，同時降低了管道試壓的施工難度和工作量，因此優(yōu)化管線試壓技術(shù)有著非常重要的意義。

2 管道試壓壓力的研究現(xiàn)狀

根據(jù)多年的研究和實踐，得出了以下結(jié)論：長輸管道想要在設(shè)計壓力下無故障地進行安全運行，必須要保證試壓壓力的合理，對于高海拔的山地地區(qū)，管道高低落差較大，選擇適當?shù)脑噳簤毫惋@得更加非常重要，只有管道的試壓時的壓力足夠大，才能讓管道中的各種缺陷暴露出來，以便施工人員采取相應(yīng)的維護措施，讓管道運行的安全性得到保障。

很多國內(nèi)外的學(xué)者都對長輸管道進行了較高壓力的試壓試驗，都得出了自己的結(jié)論。學(xué)者潘家華提出了這樣的觀點，在長輸管道進行試壓時，如果壓力過高，就能可能讓管道承壓能力發(fā)生逆轉(zhuǎn)，對于管道承壓來說是不利的[1]。學(xué)者趙嘉偉在輸水工程中發(fā)現(xiàn)大口徑管道功能性試驗,經(jīng)常采用單口水壓試驗的方式進行。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，在實際試驗操作中，存在進水口設(shè)置有缺陷、試驗壓力及穩(wěn)壓時間不合理、試驗壓降不符合實際情況等問題，面對這些情況，合管道功能性試驗的基本原則，對大口徑管道單口水壓試驗進行改良優(yōu)化，就可以大幅度提升整體試驗方案[2]。另外還有相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)較高壓力雖然會讓管道的承壓能力逆轉(zhuǎn)，但是管道承壓能力不會出現(xiàn)大幅度的下降；還有試驗表明，用水試壓能夠讓管道內(nèi)裂紋的擴展速度降低。

在國際上，很多國家都在工程實踐中傾向使用高強水壓對長輸管道進行試壓試驗，也取得一定的成效。在我國西氣東輸工程中，對長輸管道進行試壓試驗時規(guī)定以95%SMYS作為最高試驗壓力[3]。

3 國內(nèi)常用的試壓方法以及缺點

3.1 水壓試驗流程

水壓試驗臨時系統(tǒng)安裝→水壓試驗系統(tǒng)檢查→系統(tǒng)注水→初次升壓至1/2設(shè)計壓力→系統(tǒng)全面檢查→繼續(xù)升壓至設(shè)計壓力→系統(tǒng)全面檢查→升壓至水壓試驗壓力（穩(wěn)壓10分鐘）→系統(tǒng)全面檢查→降壓至設(shè)計壓力→系統(tǒng)全面檢查→結(jié)束試驗，排除管道存水系統(tǒng)恢復(fù)。

3.2 臨時系統(tǒng)安裝

用厚度為12mm以上的鋼板將試驗段兩端的管口封住，在管線最高處和最低處裝設(shè)壓力表，在中間高點加裝一套排氣閥。

3.3 水壓試驗前系統(tǒng)檢查

試驗管道管托全部安裝到位、疏水閥安裝完畢、所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)、臨時系統(tǒng)安裝完畢。

3.4 系統(tǒng)注水

系統(tǒng)排氣閥打開，注水至排氣閥開始冒水。

3.5 水壓試驗

保持升壓速率≤0.3MPa/min，直至系統(tǒng)壓力升至1/2設(shè)計壓力0.8MPa，停止升壓泵動作。系統(tǒng)全面檢查是否有泄漏（重點是焊縫），如有缺陷，泄壓消缺。

保持升壓速率≤0.3MPa/min，繼續(xù)升壓至設(shè)計壓力1.6MPa，停泵檢查，及時消缺。

保持升壓速率≤0.3MPa/min，繼續(xù)升壓至水壓試驗壓力2.4MPa，穩(wěn)壓10分鐘，檢查。

開始降壓，保持降壓速率≤0.5MPa/min，降至設(shè)計壓力穩(wěn)壓30min，全面檢查。

上述操作焊縫如有滲水或泄漏痕跡，重新水壓。

3.6 試驗結(jié)束

水壓試驗結(jié)束后打開所有疏水閥放水，排除系統(tǒng)存水。拆除臨時系統(tǒng)，開始后續(xù)安裝工作。

3.7 試驗注意事項

（1）嚴禁敲打帶壓管道、設(shè)備；（2）嚴禁帶壓進行管道、設(shè)備消缺工作；（3）升壓及超壓過程中嚴禁站在堵板的對面或閥門法蘭的側(cè)面；（4）系統(tǒng)升壓、降壓過程中應(yīng)停止檢查；（5）水壓試驗時嚴禁操作閥門。

3.8 質(zhì)量控制

要求：達到水壓試驗壓力穩(wěn)壓10分鐘無泄漏。所有參加水壓試驗的設(shè)備（增壓泵、壓力表等）必須是檢驗合格設(shè)備。傳統(tǒng)的試壓方案未考慮管道落差對壓力的影響，當管道落差過大時，管道最低點和最高點將由于水自身的壓強造成很大的壓差，管道上安裝的壓力表的讀數(shù)會產(chǎn)生很大的偏差，要想保證最高點的壓力，必然會造成最低點超壓。

4 對管道試壓技術(shù)方案的優(yōu)化改進

由于傳統(tǒng)的管道試壓技術(shù)存在一定的缺陷，為施工帶來了不可預(yù)料的風(fēng)險，因此需要對傳統(tǒng)長輸管道試壓的方式進行一定的改進，讓其能夠保證最佳試壓效果的同時，提高施工的安全性，使長輸管道可以更好更穩(wěn)定的工作。

在對長輸管道進行試壓的時候，應(yīng)該對管道所處的地形地勢進行考察，研究高海拔山區(qū)地勢的復(fù)雜情況，在試壓之前制定試壓方案，并召開專項會議，召集工作和技術(shù)人員進行共同討論，確保認方案無誤、可執(zhí)行性高。

在試壓之前要對管段進行合理劃分，分段進行注水試壓，注水過程應(yīng)該全部使用背壓的方式。對于長距離下坡段的管道和垂直落差較大的管道，應(yīng)計算因落差造成的壓差，通過計算，在合適的位置安裝隔離閥門。在試壓過程中當?shù)吞幍墓艿缐毫_到試驗壓力后關(guān)閉隔離閥門，然后繼續(xù)升壓，低處管道的壓力維持不變，高處的管道壓力升到試驗壓力，這樣就避免了低處管道超壓，讓長輸管道的試壓質(zhì)量得到充足保障。試壓完成后進行排水的時候，為了防止水土流失和水資源浪費，降低管道排水帶來的噪音，可以選用二級過濾系統(tǒng)和降噪系統(tǒng)[4]。

5 高海拔山區(qū)長輸管道清管測徑水壓試驗準備階段的技術(shù)要點

對于高海拔長輸管道的試壓工作來說，十分管理，六分在試壓之前，三分在試壓中，一分在試壓后。只要嚴格對試壓前的管理工作進行劃分安排，準備好必要的技術(shù)方案以及設(shè)備，就能很大程度上保證試壓工作能順利的高質(zhì)量開展。

在進行試壓工作之前，要對工作內(nèi)容以及試壓介質(zhì)進行危害識別，制定詳細可行的試壓方案以及應(yīng)急預(yù)案，對實施方案的技術(shù)人員和施工人員進行專項交底，保證接受交底的人員都能夠掌握方案內(nèi)容，同時要檢查裝置的安全措施，確保在試壓管段內(nèi)的管道、容器以及設(shè)備都能按照技術(shù)方案以及圖紙的要求完成施工。

在管段試壓中，試壓頭是需要承受所有的管內(nèi)壓力以及清管器的推進壓力的，因此必須對試壓頭進行嚴格的測試，保證其能夠達到水壓試驗最大壓力值的1.5倍以上，這樣才能保證穩(wěn)壓階段試壓頭不會出現(xiàn)意外。每一個試壓頭都應(yīng)該進行標注，將序列號、試壓日期、試壓壓力大小進行標注。試壓前要對試壓頭進行嚴格檢查，保證試壓頭內(nèi)部的墊片、O型環(huán)、管件、閥門等構(gòu)件完整、試壓頭不會漏水，能夠滿足技術(shù)方案的所有安全方面的要求。在焊接試壓頭完成之后，要對焊縫進行全射線檢查[5]。

在長輸管道建設(shè)期間會帶來很多的施工垃圾，并且進行清管測徑和管壓試驗之后，可能會排出大量的臟物和廢水，因此應(yīng)該做好廢料處理工作，在測試段的末端提前設(shè)置排污點，保證排污場地設(shè)置面積足夠大，排污坑的容積足夠容納管道內(nèi)的水。同時如果測試管段周圍具有較多居民居住的村落或者較多居民居住，一定要注意好降噪施工，特別是在清管排氣的過程中要降低噪音的產(chǎn)生，同時要對管道進行加固，防止排污管抖動過大，提高測試的安全性。

6 結(jié)語

在長輸蒸汽輸送管道中，對管道進行試壓是一項非常重要的工序。目前國內(nèi)外對高海拔山地地區(qū)管道試壓的研究相對較少，國際上也沒有統(tǒng)一管道試壓的標準，但是實踐表明我國在進行管道試壓時采用的壓力系數(shù)相較于發(fā)達國家更為保守，而更高的管道試壓壓力能夠讓管道內(nèi)部的細小尖端缺陷發(fā)生鈍化，使缺陷對管道壽命的影響更低。因此我國應(yīng)該積極向國際尖端企業(yè)的試壓標準看齊，在保證管道安全的情況下，逐漸加大管道試壓壓力，讓我國高海拔山地長輸蒸汽輸送管道的質(zhì)量和壽命都得到提升。