温度对海底管道试压过程影响规律探究

作者:未知

  摘 要:水压试验是管道投产前对管道强度和严密性进行校核的一个重要步骤。管道试压用水的温变对管线试压过程的压变有着很大的影响。本文根据弹性力学和水力学理论定量计算试压用水温降引起的压降,阐述了温度变化对管道试压过程的影响。为管道水压试验质量评定工作提供数据参考,为水压试验用水温度划定范围。
  关键词:水压试验;温度影响;试压压降;海底管道
  海底输油管道多为钢制双层管道,管道强度和管道严密性按照规范在管线安装后用清水进行试压。因为海底管道试压用水和环境之间总是存在温差,而规范并没有给出量化温度变换引起的压力变化的计算公式,这给试压结果的判定带来了很大的麻烦。本文根据弹性力学和水力学的基本理论,对新建Φ426×14.0海底输油管道试压过程进行估算,与现场实际情况进行对比,计算由温降引起的压降值,确定了试压用水与环境的允许温差范围。
  1 温度对管道试压过程的影响
  1.1 温变引起压变的过程分析
  水压试验过程中,海底管道为一个密闭的容器,当充入水量超过管线容积时,管线体积将会略微增大,水体积将略微缩小。当试压用水与环境温度相同时,稳压过程中,管线压力不会随时间发生变化;当试压用水与环境存在温差时,稳压过程中,试压用水温度随时间发生变化,将会影响水的体积膨胀系数、压缩系数,进而引起试压用水体积的变化。
  因为试压过程中,管线内充入试压用水体积已超过管线初始容积。在温度和压力的变化过程中,被压缩试压用水与被扩张管道之间的作用力相互平衡,管道内部始终保持充满状态,即试压用水体积与管道容积始终是相等的(),最终通过下面公式计算出管线压变与温变的管线:
  将dP理解为试压用水温度每降低1℃降低的数值,通过查取不同温度和相应压力下的试压用水的体积压缩系数βP和体积膨胀系数βt,对dP进行估算,进而计算试压过程的总压降:
  1.2 实际试压过程分析
  埕岛油田某海底管线采用双层保温管结构,内管采用25mm厚硬质聚氨酯泡沫塑料保温,材质为Φ426×14.0 API X56无缝钢管,外管材质为Φ508×12.7 API X56直缝埋弧焊钢管,长约8827m。
  1.2.1 试压用水温度核算
  根据管线各层材质及其导热系数计算得出管道的总传热系数K=1.075W/(m2·℃),根据管道停输温降公式计算试压过程中试压用水温度随时间的变化:①夏季18天以后每天温降<0.1℃,26天以后每天温降<0.01℃;②冬季19天以后每天温降<0.1℃,28天以后每天温降<0.01℃。
  1.2.2 试压过程压降核算
  新建海底管线设计压力4.0MPa,管道强度试验压力为4.6MPa。试压用水采用合格注水,管线起点水温60℃,终点水温55℃。每天将海底管线试压压力增至4.6MPa,在每天对应温度下,计算试压用水每下降1℃所能引起的压降,从而计算出每天由试压用水温降可以引起的压降。管线试压用水每天温度及将压力维持到4.6MPa所需补充水量计算如下:
  2 结果分析
  从计算结果可以看出,由于试压用水温度过高,试压初始阶段温降较大,引起较大的压降(远超过0.4%的试验压力)并超过规范要求,因此需要待其温度冷却后进行试压。从结果可以看出:
  2.1 管线达到试压条件所需要时间
  在夏季,当18天时,稳压24小时内压降值为0.02064MPa,达到规范要求的0.0256MPa(即0.4%的试验压力)范围内;在冬季,当15天时,稳压24小时内压降值为0.02066MPa,达到规范要求的0.0256MPa(即0.4%的试验压力)范围内。
  2.2 管线达到试压条件时所需要的补水量
  在夏季,当18天时达到试压条件,重新升压至6.4MPa需要补水20.8m3;在冬季,当15天时达到试压条件,重新升压至6.4MPa需要补水22.8m3。
  2.3 管线达到试压条件时试压用水与环境温差
  在夏季,当达到试压条件时试压用水温度15.3℃与环境温差为0.3℃;在冬季,当达到试压条件时试压用水温度5.9℃与环境温差为0.9℃。
  因此,海底输油管线进行试压时,首先需根据规范核算试压用水与环境温度的最小温差,确保试压用水温度在允许范围之内。当试压用水达不到规范要求时,需核算管线沿程温度随时间的变化,当试压用水与环境温差达到要求时再进行试压。
  参考文献:
  [1] SY/T 10037-2010,海底管道系统[S].北京:国家能源局,2010.
  [2] GB/T 16805-2009,液体石油管道压力试验[S].北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中國国家标准化管理委员会,2009.
  [3]曹伟立.水力学[M].北京:石油工业出版社,1989:5-6.
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