溫度對海底管道試壓過程影響規律探究
來源:用戶上傳
作者:
摘 要：水壓試驗是管道投產前對管道強度和嚴密性進行校核的一個重要步驟。管道試壓用水的溫變對管線試壓過程的壓變有著很大的影響。本文根據彈性力學和水力學理論定量計算試壓用水溫降引起的壓降，闡述了溫度變化對管道試壓過程的影響。為管道水壓試驗質量評定工作提供數據參考，為水壓試驗用水溫度劃定范圍。
關鍵詞：水壓試驗；溫度影響；試壓壓降；海底管道
海底輸油管道多為鋼制雙層管道，管道強度和管道嚴密性按照規范在管線安裝后用清水進行試壓。因為海底管道試壓用水和環境之間總是存在溫差，而規范并沒有給出量化溫度變換引起的壓力變化的計算公式，這給試壓結果的判定帶來了很大的麻煩。本文根據彈性力學和水力學的基本理論，對新建Φ426×14.0海底輸油管道試壓過程進行估算，與現場實際情況進行對比，計算由溫降引起的壓降值，確定了試壓用水與環境的允許溫差范圍。
1 溫度對管道試壓過程的影響
1.1 溫變引起壓變的過程分析
水壓試驗過程中，海底管道為一個密閉的容器，當充入水量超過管線容積時，管線體積將會略微增大，水體積將略微縮小。當試壓用水與環境溫度相同時，穩壓過程中，管線壓力不會隨時間發生變化；當試壓用水與環境存在溫差時，穩壓過程中，試壓用水溫度隨時間發生變化，將會影響水的體積膨脹系數、壓縮系數，進而引起試壓用水體積的變化。
因為試壓過程中，管線內充入試壓用水體積已超過管線初始容積。在溫度和壓力的變化過程中，被壓縮試壓用水與被擴張管道之間的作用力相互平衡，管道內部始終保持充滿狀態，即試壓用水體積與管道容積始終是相等的（），最終通過下面公式計算出管線壓變與溫變的管線：
將dP理解為試壓用水溫度每降低1℃降低的數值，通過查取不同溫度和相應壓力下的試壓用水的體積壓縮系數βP和體積膨脹系數βt，對dP進行估算，進而計算試壓過程的總壓降：
1.2 實際試壓過程分析
埕島油田某海底管線采用雙層保溫管結構，內管采用25mm厚硬質聚氨酯泡沫塑料保溫，材質為Φ426×14.0 API X56無縫鋼管，外管材質為Φ508×12.7 API X56直縫埋弧焊鋼管，長約8827m。
1.2.1 試壓用水溫度核算
根據管線各層材質及其導熱系數計算得出管道的總傳熱系數K=1.075W/（m2·℃），根據管道停輸溫降公式計算試壓過程中試壓用水溫度隨時間的變化：①夏季18天以后每天溫降<0.1℃，26天以后每天溫降<0.01℃；②冬季19天以后每天溫降<0.1℃，28天以后每天溫降<0.01℃。
1.2.2 試壓過程壓降核算
新建海底管線設計壓力4.0MPa，管道強度試驗壓力為4.6MPa。試壓用水采用合格注水，管線起點水溫60℃，終點水溫55℃。每天將海底管線試壓壓力增至4.6MPa，在每天對應溫度下，計算試壓用水每下降1℃所能引起的壓降，從而計算出每天由試壓用水溫降可以引起的壓降。管線試壓用水每天溫度及將壓力維持到4.6MPa所需補充水量計算如下：
2 結果分析
從計算結果可以看出，由于試壓用水溫度過高，試壓初始階段溫降較大，引起較大的壓降（遠超過0.4%的試驗壓力）并超過規范要求，因此需要待其溫度冷卻后進行試壓。從結果可以看出：
2.1 管線達到試壓條件所需要時間
在夏季，當18天時，穩壓24小時內壓降值為0.02064MPa，達到規范要求的0.0256MPa（即0.4%的試驗壓力）范圍內；在冬季，當15天時，穩壓24小時內壓降值為0.02066MPa，達到規范要求的0.0256MPa（即0.4%的試驗壓力）范圍內。
2.2 管線達到試壓條件時所需要的補水量
在夏季，當18天時達到試壓條件，重新升壓至6.4MPa需要補水20.8m3；在冬季，當15天時達到試壓條件，重新升壓至6.4MPa需要補水22.8m3。
2.3 管線達到試壓條件時試壓用水與環境溫差
在夏季，當達到試壓條件時試壓用水溫度15.3℃與環境溫差為0.3℃；在冬季，當達到試壓條件時試壓用水溫度5.9℃與環境溫差為0.9℃。
因此，海底輸油管線進行試壓時，首先需根據規范核算試壓用水與環境溫度的最小溫差，確保試壓用水溫度在允許范圍之內。當試壓用水達不到規范要求時，需核算管線沿程溫度隨時間的變化，當試壓用水與環境溫差達到要求時再進行試壓。
參考文獻：
[1] SY/T 10037-2010，海底管道系統[S].北京：國家能源局，2010.
[2] GB/T 16805-2009，液體石油管道壓力試驗[S].北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2009.
[3]曹偉立.水力學[M].北京：石油工業出版社，1989：5-6.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14849206.htm
