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1、1 0 石油工程建设 2 0 1 1年 l 0月 慧 蠹 黧 康一龙 ,张人公 ,王 ( 1 深f J l l 海油工程水下技术有限公司,广东深圳 怡 2 ,满新宝 ,王进成 5 1 8 0 5 2 ;2 中海石油深i J l 1分公司,广东深圳5 1 8 0 5 2 ) 摘 要 :海底 管道 系统最 终验 收 时间的 长短 直接 关 系到施 工资 源 的投 入 和 管道 的投 产 时 间 ,因此在 保 证 管道 建设 质 量 的前提 下 ,更快地 完成 海底 管道 的 验 收 工作 一 直是施 工方 与 油 田方 共 同追 求 的 目标 。 在最终验收的压力测试环节,随着我国海底管道工程向深
2、水方向发展 ,海底管道的压力测试施 工时间 呈现 出越 来越 长的趋 势 ,海底 双层 保 温管道 压 力测试 施 工的 时间增 加 尤为 显著 。 为缩 短 管道 的压 力测 试时间根据双层海管 内介质温度与压力的变化关系,结合 南海部分项 目的实际压 力测试情况,通过 分析、对比温降和压降的变化情况 ,对现行的最终压力测试接受标准进行 了探讨,提 出了新的压力测 试接 受标 准。 关键 词 :海底 管 道 :压力 测试 ;接 受标 准 ;探 讨 中图分类 号 :T E 9 7 3 6 文献标 识码 :A 文 章编号 :1 0 0 1 2 2 0 6 ( 2 0 1 1 )0 5 0 0 1
3、 0 0 4 0引言 海 底 双层保 温管 道 因其保 温效 果显 著 ,投用 后 内管受机械损伤概率小等特点 ,在南中国海的油 田 中已较 广 泛 的被 使 用 。该 管 道 一 般 由 内 管 、保 温 层 、外管和外防腐层等组成 ( 见图 1 ) 。 防腐 层 ( 钢管) ( 钢管 ) 保 温 层( 聚 氨 酯 泡 沫 ) 图 1 海底双层保温管道截面示意 由于海底管道建设 的投资费用高 ,施工难度 大 ,施工风险高 ,且其后期的检查和维护异 常困 难 ,故在施工和验收时的标准都高于陆地管道。在 最终压力测试验收方面。海底管道的压降接受标准 更是只有陆地管道的1 5 t 】 。然而 ,因
4、海底管道压 力测试一般采用表层海水充当管道 内介质 ,所以当 水深增加时,表层海水和底层海水 的温度差异会大 大增加,这直接影响海底管道的稳压时间,且对于 海底 双 层保温 管 道的影 响 尤为显 著 。 1 海底管道的最终压力测试接受标准 目前我 国的海底管道系统暂无 国家标准 规范 , 行业标准也是参照挪威船级社 ( D N V)标准进行编 制的。在实际工程验收过程中,海底管道的最终压 力测试接受标准一般采用 D N V的接受标准。 1 1 国 内行 业标 准 S Y T 1 0 0 3 7 2 0 0 2 海底管道系统规范 为最 新的海底管道接受标准 ,等同采用挪威船级社 海 底 管 道
5、 系 统 规 范 ( D N V ,R u l e s f o r s u b ma r i n e p i p e l i n e s y s t e m,1 9 9 6年版 ) ,本标准第 9章 第 1 5 节 “ 最终试验和运行设备”中描述了海底管道最终 压力 测试 的接 受方 法l l l 。 1 2 DNV标 准 DNV OS F1 01 SUBMARI NE P I P ELI NE S Y S T E MS ( 2 0 0 7版 )第 l O章 “ O F i n a l T e s t i n g a n d P r e p a r a t i o n f o r O p e
6、r a t i o n ” 中描 述 了海 底 管 道 最 终 压力 测试 的接 受方 法3 1 。 1 - 3 国内行业标准与 D N V标准的分析 国内行业标准与 D N V标准其实为 D N V标准的 旧新两 个版 本 ,除可 缩短 稳压 接收 周期 的容 积范 围 变 小 之 外 最 终 压 力 测 试 的接 受 方 法 基 本 没 有 变 化 。采 用 此 标 准进 行 验 收 ,如 果 管 道 建 设 质 量 合 ¥ ¥ ¥ ¥ 羊 ¥ 第 3 7卷第 5期 康一龙等 :海底双层保 温管道系统最终压力测试接受标准的探讨 格 ,最终肯定可以满足其标准。 对 于单层 管或 者浅水 处
7、管道 ,虽 然温差 对 验收 时间有一定影响。但是 由于施工准备耗时填补了一 部分热平衡时间,所 以其影响不是非常明显 。然而 随着水深增加 ,温差变大 ,海底双层保温管道压力 测试施工的时间增加却非常明显。现行的国内行业 标 准 或 D N V标 准 没有 对 此 时 的接 受 标 准有 一 个 指 导性的意见或建议。 目前南中国海的双层保温海底 管道工程 日渐增多 ,一项切实可行的压力管道接受 标准 ,无论是在经济上还是环境保护上都具有十分 积 极 的意义 。 2 南 中 国海近 期部分 海 底双层 保 温管道 压 力测试 随着我 国海 洋石 油工程 建设 不 断 向深 海方 向发 展 ,
8、南 中国海 的海底管 道施 工量 逐渐 增多 。现 对近 期南中国海的部分海底双层保温管道的压力测试情 况进 行 汇总 ,见 表 1 。 表 1 南 中国海近期部分双层海底管道压力测试情 况汇 总 压力测试 压力测 是 否采用温度 海底 管道 投 项 目名称 日期 试时间 d 一 压力计算 产运行状况 番 禺 4 2 5 1 2 0 0 9年 l O月 8O 否 正 常 海管更换项 目 西江合并项 目 2 0 1 0年 7月 7 5 是 正常 3 温 降、压降变化分析方法 管道内温降、压降的分析方法已经 比较成熟 现对 目前较常采用 的温降 、压 降的分 析方法进 行 介 绍 。 3 1 温
9、降分析 方 法 采用 P I P E F L O软件 中的模块对海底双层管道 内海水 的温度随时间变化的情况进行分析。该模块 的计算公式如下 : 一4 58 4 n - Dk r T o + ( T , - x P l 丽J 式中 停输 r小时后管 内介质温度 ; 一管道外围环境温度 ; 一开始停输时管 内介质温度 ; D 管道保温层外径 m: 管道总传热系数 ( W ( m - c I 二 ) ) ; 丁 停输时间 h : C 管内介质 比热容 ( J ( k g o C ) ) ; J D 厂管内介质密度 ( k g m ) ; d 厂内层钢管的内径 m; C 厂一 _第 i 层材料 的比
10、热容 ( J ( k g ) ) ; p 广第 层材 料 的密度 ( k g m ) ; d 第 i 层外 径 m; d 广_ 一第 i 层内径 m。 因压力测试用水一般直接采用平 台附近海水 , 故选择相同深度的取水 口处海水温度为管内的起始 温度 。整条管道的管外温度 一般直接取海底 管道路 由的海底平均温度 。 3 2 压 降分析 方 法 单位温度压力变化的计算公式为: A p =( 卢 一 3 0 ) 【 D ( 2 5 2 v ) ( 2 E ) + K 式中 单位温度的压力变化 ( 1 0 s P a ) ; 水 膨胀 系数fi G ; 钢 膨胀 系数 ; t P o i s s
11、0 n比 : 一杨氏模量 ,为 2 0 6 X 1 0 “P a : 卜管壁厚, m: K水压缩系数 1 0 P a 。 由该公式可知 ,一旦管道参数确定 。较小幅度 的温 度变 化对 单位 温度 的压力 变 化产生 的影 响微 乎 其 微 ,单位 温度 的压 力 变化 可 以视 为恒 定 。 4 理 论与 实 际数据对 比分析 相 对 于经 温度 变 化校 核 后 的接 受标 准“ -4 - 0 4 测试压力”而言 ,单位温度的压力变化一 般远远大于接受标准。根据温降一压降的变化关系 建立物理模型 ,采用 V B软件编写温降一压降数值 计算程序,通过数值计算 ,对压降的理论与实际数 据进行对
12、 比分析。 4 1 实际温降、压 降的影响 因素及应对方法 受环境变化 、设备能力 、仪表误差及施工方法 等因素影响 ,任何工程 的温降一压降过程都不可能 与理论分析时的条件完全一致。表 2 对主要影响因 素进 行 了归纳 ,并 提 出 了应 对方 法 。 4 2 番 禺4 _ 2 5 1 海底管道更换项 目压力测试分析 番 禺 4 2 5 1海底 管 道 更 换 项 目进 行 最 终 压 力测试施工时因突遇强台风 ,故海底管道内外温度 热平衡有足够的时间进行。该管道总长 1 8 2 7 0 m除 中间 5 3 m单层裸管外 ,其余管道直径为 3 0 4 8 mm 4 0 6 4 mm ( 1
13、 2 i n 1 6 i n ) 的双 层保 温 管 道 。 因裸 管 存 在 。管道 的总 传热 系 数 大 于正 常 双层 保 温 管道 , 具体分析结果见表 3 。 由表 3可知 ,理论稳压时间和实际稳压时间非 常接近 。 l 2 石油工程建设 2 0 1 1 年 l 0月 表 2 实际温降、压降的影响因素及应对 方法 实际温降、压降的影响因素 理论分析 时的应对方法 原因 大气温度变化 忽略大气 温度 大气温度对管道系统的温降、压 降影 响甚微 海表温度变化 取 整个清 管过程 的海表平均温度为管道 内的理论初始温度 减小温度变化 对理论分 析时的影响 取海底一段时间 的平均温度 为管
14、道外 温度 ,如无法测 量海 海底温度变化 最大限度地确保海底 温度的准确性 底温度时 ,采用经验海底温度 。 压力 、温度记录的人为误差 对 比分析 时剔除误差较大 的实际记录数据 误差较大数据不 可信 已在人为误差 中剔除误差较大数据 此处 的设备及仪 设备及仪表误差 假定设备、仪表完全准确 表误差 可忽略不计。 中途加 压实际是给管道再次注表层海水 ,这 会使 管道 内的温度变高 ,从而导致温降 曲线右 移。为拟合新的 中途加压 适 当降低海底温度 压 降曲线 ,此处采用降低海底温度 的方式 达到使 温降 曲线拟合 的目的。 表 3 番 禺4 - 2 5 - 1海底管道更换项 目压 力测
15、试 分析 实际稳压初 实际稳压终止 海水 表层 温度 海底 温度 项 目名称 水 深m 理论稳压时间, h 实际稳压时间 l 始压力, MP a 压力, MPa ( 约 1 5 m处), 番禺 4 2 5 一 l 海 管更换项 目 6 3 0 3 6 3 0 2 2 8 3 1 0 0 1 7 1 8 9 1 9 1 _ 2 5 4 3西江合并项 目压力测试分析 西江合并项 目海底管道总长 2 2 1 7 0 3 m,全程 均为直径 3 0 4 8 ra m 4 0 6 4 m m ( 1 2 i n 1 6 i n )的双层 保温管道。本项 目的压力测试参数见表 4 。其理论 温降与理论 压
16、降曲线见图 2和图 3 。 。因实际施工 中有多次升压与降压过程 ,现取外界影响最小的第 一次实际压降情况与理论 压降情 况进行 对 比和分 析 ,见 图 4和 图 5 。 表 4 西 江 合 并 项 目压 力 测 试 参 数 实际稳压 海水表层温度 水深 海底 项 目名称 初始压力 MP a ( 约 1 5 m处 ), m 温度, 西江合并项 目 5 - 2 4 3 O 1 9 8 1 7 5 赠 一、 、 时 间 h 图 2 西江合并项 目理论温降 曲线 根据分析结果可知 : ( 1 )管道温度变化逐渐变小 ,最终趋近于海底 温度 l 7 5 。 C 。 ( 2 )受管内温降变小影响,压力
17、变化逐渐变小。 ( 3 )2 4 h理论压降曲线与实际压降曲线几乎重 合 。 善 l 5_ 3 5 2 皇 5 1 奋 5 o 4 9 4 8 0 4 O3 0 2 0 1 -0 2 -0 - 3 一O 4 时间, h 图 3 西江合并项 目理论压降 曲线 、 理论压降曲线 I 、 实际压降 曲线 : 1 3 5 7 9 1 l1 31 51 71 92l 2 32 52 72 93 1 3 33 53 73 9 时间, 0 5 h 图 4 西江合并项 目第一次压降测试对比 , 。 。 。 , 。, , , , , , , 、 : ; 、 时 J 司 05 h 图 5西江合并项目第一次压 降比
18、例 ( 4 )2 4 h理论压降与实际压降之差始终保持在 “ 0 4 测 试压 力 ”范 围 内。 5接 受标 准探讨 存在漏点的管道 ,其温降一压降变化是不满足 第 3 7卷第 5期 康一龙等 :海底双层保温管道系统最终压 力测试接受标准 的探讨 1 3 理论压降变化规律的,故其实际压降曲线与理论压 降曲线不可能长时间的吻合。质量合格的海底双层 保温管道系统内的温降是有规律的,在其他条件不 变的情况下 单位温度下的压力变化是一定的。 根据温降一压降变化理论和理论、实际数据对 比分析 结果 ,在 不改 变原 标准 内容 的前提 下 ,对海 底 双层 保温 管道 系统最 终 压力测 试进 行接
19、受 时 建 议新 增 如下 两条 标准 : ( 1 )实际压降随管道内温降变化而呈规律性变 化 。 ( 2 )规 定 稳 压 时 间 内 ( 一般 为 2 4 h ) ,同一 时 间的理论压力与实际压力之差如果 始终保持在 “ 0 2 测 试 压 力 ” ,该 压 力 测 试 是 可 以接 受 的 : 如果差值始终保持 “ 0 4 测试压力” 但能用 文件解释清楚 由温度变化或其他因素造成其压力变 化的原因,该压力测试通常也是可以接受的。 6结束 语 本 文从海底双层保温管道 系统最终 压力测试 的实 际 出发 以现 有 的海 底 管 道 系统 验 收 规 范 为 基础 ,结合温降 、压降 的
20、变化关系 ,提 出了海底 双层保 温管道 系统最 终压力测试 的新验 收方法 。 该方 法在实 际工程验 收 中也 已有 过一定 的运用 实 践 结 果 证 明 ,验 收 后 的 管 道 符 合 原 规 范 和设 计 中 的各 项 指 标 ,新 的 验 收 方 法 在 实 际 应 用 中具 有 可行性和可操作性 。 参 考文 献 : 【 1 S Y T 1 0 0 3 7 2 0 0 2 , 海底管道系统规范 S 【 2 】S Y4 2 0 4 2 0 0 7, 油气 田集输管道工程 s 1 3 D N V O S F 1 0 1 - 2 0 0 7 , S U B MAR I NE P I
21、P E L I N E S YS T E MS S 4 】王红菊, 田丽 管道压力测 试过程稳压 时间的理论 研究 J 1 _ 油气储 运 , 2 0 0 9, 2 8 ( 2 ) :3 3 3 6 5 1 G r a y J C H o w T e mp e r a t u r e A f f e c t s P i p e l i n e Hy d r o t e s t i n g J P i p e l i n e G a s J o u rna l , 1 9 7 6 , ( 2 0 3 ) : 2 6 , 2 8 , 3 0 作 者 简介 :康 一 龙( 1 9 7 9 -) ,
22、男 ,湖 北人 ,工 程 师 ,2 0 0 2 年 毕业 于武汉理工 大学船舶与 海洋工程 专业 ,现 主要 从 事 海底 管道 工程的安装设计及项 目管理工作 。 收 稿 日期 :2 0 1 0 1 0 2 9:修 回 日期 :2 0 1 1 - 0 5 - 2 7 + 一 一 卜 ” 卜 - + 一一 + 一- 卜 - - + 一 - +- - 卜 ” 卜 - +- +- +- +- +- +一 +一 +一 +一 +- +- +- +- + 本期广告索引 彩色 广告 封面 :中原石油勘探局工程建设总公司管道技术服务 工程处 拉页:中国石油集 团海洋工程有 限公司 封 2 :汉胜工业设备 (
23、 上海 )有限公司 封 3 :长春高祥特种管道有限公司 封底 :中国石油集团海洋工程有限公司海工事业部 前插 1 :重 庆运 达科技 有 限公 司 前插 2 :上 海三一 科技 有 限公 司 前 插 3 :南京 奥特 电气 有 限公 司 前插 4:中国石油天然气管道局第三工程分公司 前插 5 :中国石油天然气管道局第四工程分公司 前插 6 :德莱赛有 限责任公司 前插 7 :辽河石油勘探局油 田建设工程一公司 前插 8 :第十二届中国国际石油石化技术装备展览会 前插 9 :天 华化 工机 械及 自动 化研 究设 计 院 前插 1 O:沈阳飞研石化设备有限公司 前插 1 1 :宁波信驰焊割设备有限公司 前插 1 2 :成都熊谷电器工业有限公司 中插 1 :西安天元化工有限责任公司 中插 2 :中国石油集团工程技术研究院 中插 3 :中国石油集团工程技术研究院 中插 4 :天津 中油渤星工程科技有限公司 中插 5 :天津 中油渤星工程科技有限公司 中插 6 :广东 同望科 技股 份有 限公 司 后插 1 :东光县国新液压机械制造有限公司 后插 2 : 石油工程建设网站开通 黑 白广告 D1 :浙江永嘉振华机械厂 D 2 :吴江市麒麟起重机械有限公司
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