【正文】 4 44 4降壓曲線 45 46 46第7章 管道干燥工藝的選取與應(yīng)用 48 輸氣管道干燥的必要性 48 48 49 51 51 干空氣的制取 51 52 小結(jié) 52第8章 管道清管、試壓、干燥施工的HSE管理 53 HSE管理措施 53 53第9章 結(jié)論與建議 55 55 55參考文獻(xiàn) 56致 謝 59碩士論文期間發(fā)表的論文和專利 60第1章 緒論鐵路、公路、航空、水運(yùn)與管道運(yùn)輸統(tǒng)稱為五大運(yùn)輸業(yè)。根據(jù)有關(guān)方面測(cè)算，從現(xiàn)在到2010年，世界能源需求量將以每年4%的速度遞增，108t/a，天然氣產(chǎn)量可達(dá)3300108m3/a。目前全世界石油、104km，并以每年3%的速度增加[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，采用高效、節(jié)能和清潔的天然氣作為能源是人們所希望的。如已經(jīng)建成的陜京輸氣管線、澀寧蘭輸氣管線和舉世矚目的西氣東輸管道工程、忠武輸氣管道工程等輸氣管道工程。這是我國(guó)繼三峽工程、西氣東輸、南水北調(diào)和青藏鐵路之后又一個(gè)重大工程建設(shè)建設(shè)項(xiàng)目，已被國(guó)家列為“十一五”期間的重點(diǎn)工程。由于該工程具有管道口徑大、鋼材級(jí)別高、地區(qū)落差大、質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，因此對(duì)管道安裝建設(shè)提出了更高的要求。高壓(壓力在10MPa以上) 輸氣管道的試壓技術(shù)，面臨著管材性能、試壓設(shè)備、試壓工藝方案、規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施等諸多技術(shù)難題。為了確保川氣東送管道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)階段的安全性，針對(duì)本工程所經(jīng)地區(qū)的復(fù)雜情況及創(chuàng)建國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程的總體目標(biāo)，開展川氣東送管道工程清管、測(cè)徑、試壓、干燥等方面的工藝技術(shù)研究就顯得十分必要，并將研究成果應(yīng)用于管道的施工建設(shè)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。清管、測(cè)徑、試壓工作能否順利進(jìn)行受諸多外界因素的影響，如:清管、測(cè)徑、試壓設(shè)備的選型、地形的起伏情況、試壓的介質(zhì)選擇、分段是否合理等等，如能結(jié)合施工時(shí)的具體情況，合理選擇，可保證清管、測(cè)徑、試壓工作安全經(jīng)濟(jì)地完成。、測(cè)徑技術(shù)近年來，隨著石油天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，長(zhǎng)輸管道的清管、測(cè)徑技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展較為成熟，是長(zhǎng)輸管道建設(shè)中不可或缺的重要工序。每道通球程序可根據(jù)實(shí)際情況增加通球清管次數(shù)，通球、測(cè)徑的主要步驟如下：第一步：使用直板雙向8片聚乙烯盤清管器，清除管內(nèi)大量的焊渣、焊瘤等固體物質(zhì)和碎屑。第二步：使用帶尼龍盤刷清管器，徹底清除管內(nèi)所有的固體物質(zhì)、灰塵和氧化皮。單向送氣發(fā)射，通球程序要求與前兩次通球基本相同。如果有更多的證據(jù)表明確實(shí)存在超標(biāo)缺陷，應(yīng)確定局部阻礙點(diǎn)的具體位置，并對(duì)該處進(jìn)行評(píng)估或進(jìn)行管道修補(bǔ)。第四步：使用泡沫清管器，清除管道內(nèi)部的水氣和氧化皮，同時(shí)檢查管內(nèi)清管的質(zhì)量。通球后檢查清管器，若泡沫清管器顏色無明顯變化，不潮濕， kg，視為清管合格。管道強(qiáng)度試壓的目的，一是驗(yàn)證管道的整體強(qiáng)度， 檢驗(yàn)其能否承受以后運(yùn)行的壓力；二是為提高管道輸量、增加管道輸送能力提供試驗(yàn)依據(jù)。管道強(qiáng)度試壓介質(zhì)分為空氣和水兩種。而采用壓縮空氣進(jìn)行分段強(qiáng)度試壓，在管道出現(xiàn)泄漏或破裂時(shí)，由于管道內(nèi)介質(zhì)的減壓速度小于管道的開裂擴(kuò)展速度，在管道止裂韌性不能滿足止裂要求時(shí)，會(huì)造成管道的大段破裂和嚴(yán)重的次生災(zāi)害，因此采用空氣試壓時(shí)鋼材必須滿足韌性要求，而且試壓強(qiáng)度較低。我國(guó)的GB50251 2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]和美國(guó)ASME 2003 標(biāo)準(zhǔn)[3]中，仍然保留了對(duì)一、二級(jí)地區(qū)允許采用空氣進(jìn)行強(qiáng)度試壓的規(guī)定； 同時(shí)對(duì)三、四級(jí)地區(qū)提出了可以采用空氣進(jìn)行強(qiáng)度試壓的相關(guān)條件和要求， 倍。 試壓強(qiáng)度在進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，首先要結(jié)合管道的線路特點(diǎn)，確定最高試驗(yàn)壓力和最低試驗(yàn)壓力，試驗(yàn)壓力的選取對(duì)山區(qū)管道更為重要。表11 輸氣管道水壓試驗(yàn)壓力值、穩(wěn)壓時(shí)間及合格標(biāo)準(zhǔn)近年來，隨著忠武線、西氣東輸?shù)却笮洼敋夤艿赖慕ㄔO(shè)，尤其是山區(qū)管道的試壓工作面臨的實(shí)際困難，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)試壓技術(shù)的進(jìn)步。2. 國(guó)外輸氣管道的試壓強(qiáng)度水平管道水壓試驗(yàn)過程能夠暴露和消除管道中的缺陷，從而保證管道運(yùn)行的安全， 管道水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度越高，能夠暴露出的管道缺陷越多，暴露出來的缺陷尺寸也越小。表12 不同應(yīng)力水平管道缺陷的排除[4]第Ⅰ組統(tǒng)計(jì)了近16093 km 的管道，其中各種等級(jí)的鋼材均有；第Ⅱ組統(tǒng)計(jì)了近2 900 km 的管道，鋼材為X60、X65 兩種；第Ⅲ組統(tǒng)計(jì)了近4800 km 的管道，各種等級(jí)的鋼材均有。嚴(yán)密性試驗(yàn)是驗(yàn)證新建的管道是否存在泄漏點(diǎn)。表13 　國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)最低試壓壓力的規(guī)定[3][5][7]國(guó)外的輸氣管道試壓規(guī)范對(duì)最低試壓壓力的規(guī)定大體相同，表13列出了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)采用水作試壓介質(zhì)時(shí)規(guī)定的最低試壓壓力。 當(dāng)用氣體作介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力為95% SMYS。事實(shí)上，國(guó)外大部分管道在試壓時(shí)的最大試壓壓力都在100% SMYS 左右,有的甚至超過了110% SMYS，稱為超強(qiáng)度試壓,經(jīng)過了高強(qiáng)度的試壓過程，管道中絕大部分固有缺陷都暴露出來。在給試壓管段增壓時(shí)，一般的做法是先緩慢地增加試驗(yàn)壓力，達(dá)到試壓段最高點(diǎn)處的最低試驗(yàn)壓力的30%,檢查所有的管件和連接段，看是否有泄漏情況。2. 國(guó)外做法國(guó)外大部分管道試壓的最高試壓強(qiáng)度達(dá)到了環(huán)向應(yīng)力等于管材規(guī)定的最低屈服極限SMYS，甚至大于100% SMYS。為此，水壓試驗(yàn)從以測(cè)試壓力改為以壓力容積曲線法測(cè)試管道的強(qiáng)度為依據(jù)( 見圖11)。繼續(xù)升壓進(jìn)入彈性和塑性應(yīng)變，壓力容積曲線不再是直線關(guān)系，形成曲線。%，從此處畫一條與壓力容積直線段平行的直線，此直線與壓力容積曲線的交點(diǎn)即為管段的最低屈服極限。壓力容積曲線與虛線的相交點(diǎn)應(yīng)視為水壓試驗(yàn)的最高強(qiáng)度，超越這一點(diǎn)將導(dǎo)致管道永久變形。如果升壓過程中管道中含有空氣，所測(cè)出的壓力容積曲線，在開始時(shí)即出現(xiàn)變形，不可能準(zhǔn)確地求得屈服點(diǎn)。如果發(fā)生破裂，這些能量都將在管道爆破時(shí)頓時(shí)釋放出來。試壓前排凈管中的空氣進(jìn)一步增加了水壓試驗(yàn)的難度，最好的排除空氣方法是真空法[4]。目前，國(guó)外天然氣長(zhǎng)輸管道常用的干燥方法有干燥劑法、流動(dòng)氣體蒸發(fā)法(包括干空氣干燥法，氮?dú)飧稍锓?，天然氣干燥?、真空法等[8]。殘留在管道中的干燥劑同時(shí)又是水合物抑制劑，能抑制水合物的形成。隨著工業(yè)生產(chǎn)重視環(huán)保程度的不斷提高，干燥劑干燥法在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用受到一定限制。在兩球法的基礎(chǔ)上，國(guó)外又發(fā)展了三球法。除了小口徑管道以外，甲醇干燥的優(yōu)點(diǎn)是干燥速度最快，可干燥管道的長(zhǎng)度僅受限于清管器的性能，可用于陸上和海底管道，在干燥的同時(shí)投產(chǎn)，低溫環(huán)境下同樣有效。由于甲醇和天然氣都容易燃燒，因此現(xiàn)場(chǎng)熱工設(shè)備的運(yùn)行安全將受到影響。同時(shí)，甲醇干燥需要天然氣或惰性氣體，在實(shí)際操作中需要?dú)饩虻獨(dú)庵苽湓O(shè)備，難度較大。這種氣體可以是干燥的空氣、氮?dú)饣蛱烊粴猓蚨鲃?dòng)氣體蒸發(fā)法又可以分為干空氣干燥法、氮?dú)飧稍锓ê吞烊粴飧稍锓?。尤其在吹掃過程中還可投放泡沫清管器來增大擾動(dòng)，進(jìn)一步使水膜攤開，提高干燥速率，縮短干燥時(shí)間。常用的做法是，用真空泵抽吸密閉容器內(nèi)的氣體，當(dāng)壓力降低到與環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣壓時(shí)，液態(tài)水就會(huì)在常溫下沸騰蒸發(fā)，水蒸氣被真空泵抽出，達(dá)到除水干燥的目的。對(duì)于海底管道和不能用其他方法干燥的多匯管管道非常有利，不會(huì)產(chǎn)生多余的廢物，干燥進(jìn)度容易掌握，易于氣體輸入完成投產(chǎn)。如果抽氣速度較快，則管內(nèi)水蒸發(fā)過快，熱損失較多，容易結(jié)冰；反之蒸發(fā)慢，效率低，能耗高。由于以往對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道內(nèi)液態(tài)水的水蒸氣危害認(rèn)識(shí)不夠，20世紀(jì)90年代以前建成的天然氣長(zhǎng)輸管道在投產(chǎn)之前是不直接進(jìn)行干燥的。1. 1992年建成的上海平湖海底輸氣管道，內(nèi)徑為334mm，長(zhǎng)為388km，全線采用了凝膠清管器夾帶三甘醇的干燥方法進(jìn)行干燥，干燥效果很好。3. 1997年建成的陜京輸氣管道，采用甲醇干燥法進(jìn)行了干燥，干燥不徹底，效果不太理想，導(dǎo)致后來發(fā)生水合物冰堵現(xiàn)象。5. 2001年建成的澀寧蘭輸氣管道，取得預(yù)期的效果。7. 2003年西氣東輸天然氣管道東段(靖邊上海)，管徑為l016mm，長(zhǎng)為1573km。干空氣干燥法是指將干燥空氣以低壓對(duì)管道進(jìn)行吹掃，利用露點(diǎn)空氣對(duì)水分的吸附能力達(dá)到干燥目的。但在實(shí)際操作中，干空氣不可能將吸附水分的濕空氣全部吹掃出管道。另一種檢測(cè)方法是，同時(shí)檢測(cè)管道出口和入口露點(diǎn)，當(dāng)兩者相等時(shí)表明已經(jīng)干燥。在一定程度上，增加空氣的流速可以縮短干燥所需的時(shí)間，但水的快速蒸發(fā)會(huì)使得吸熱量增加，從而降低了管內(nèi)的溫度，減緩了水的蒸發(fā)速度。目前國(guó)內(nèi)管道廣泛采用的是干空氣干燥法。在國(guó)內(nèi)，干空氣干燥法成功應(yīng)用于京石、澀寧蘭、滄淄、西氣東輸?shù)忍烊粴廨斔凸艿繹10]。1. 干燥效果均勻一致，露點(diǎn)可低于25℃，且干燥時(shí)間相對(duì)較短。工藝簡(jiǎn)單，容易控制，有完整的干燥檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，能保證管道在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)標(biāo)，對(duì)操作技術(shù)要求不高。3. 干燥的同時(shí)如果采用除塵工藝，可使管道達(dá)到很高的清潔水平。5. 易與管道建設(shè)和水壓試驗(yàn)相銜接。、意義和主要研究的內(nèi)容、意義目前，國(guó)際先進(jìn)管道運(yùn)輸業(yè)大都采用大口徑、高壓力、密閉輸送技術(shù)。管道強(qiáng)度試壓的目的， 一是驗(yàn)證管道的整體強(qiáng)度，檢驗(yàn)其能否承受以后運(yùn)行的壓力；二是為提高管道輸量、增加管道輸送能力提供試驗(yàn)依據(jù)。幾十年的實(shí)踐證明，管道壓力試驗(yàn)?zāi)軌蛱岣吖艿赖妮斄繚摿?，保證管道的安全運(yùn)行。本課題屬于國(guó)家重點(diǎn)工程川氣東送管道工程的研究?jī)?nèi)容，主要任務(wù)是針對(duì)川氣東送工程特點(diǎn)及技術(shù)要求，對(duì)管道的清管、試壓、干燥工藝進(jìn)行研究，制定出適合川氣東送工程要求的清管、試壓、干燥工藝，以適應(yīng)川氣東送管道工程特殊的地理環(huán)境和惡劣的氣候環(huán)境。1. 針對(duì)川氣東送工程特點(diǎn)及技術(shù)要求，清管、試壓、干燥設(shè)備及儀器儀表的選型研究。3. 管道水壓試驗(yàn)工藝研究。5. 管道干燥工藝研究。1. 本文研究?jī)?nèi)容具有良好的針對(duì)性與可實(shí)施性：本文開展的長(zhǎng)輸管道清管、試壓、干燥的工藝研究重點(diǎn)針對(duì)了川氣東送管道工程所處的特殊環(huán)境，具有良好的針對(duì)性和可實(shí)施性。第2章 川氣東送管道工程概況及特點(diǎn)川氣東送管道工程是中國(guó)石化集團(tuán)公司為落實(shí)國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略、加快天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展而投資興建的一個(gè)大型跨地區(qū)天然氣利用建設(shè)項(xiàng)目。川氣東送管道工程是我國(guó)又一條貫穿東西部地區(qū)的天然氣管道大動(dòng)脈，西起川東北普光首站，東至上海末站，川氣東送管道工程包括1條干線、4條支線和1條專線。川氣東送管道線路總長(zhǎng)約2203km。全線設(shè)工藝站場(chǎng)24座，閥室92座。2. 穿越多（1）管道沿線5次采用鉆爆、盾構(gòu)等方式穿越長(zhǎng)江，穿越點(diǎn)分別位于重慶忠縣、湖北宜昌、湖北武漢、湖北黃石以及安徽安慶，穿越總長(zhǎng)度約8767km。（3）穿越一二級(jí)公路54次，三級(jí)及以下公路105次，穿越高速公路及高速匝道38次；穿越鐵路24次；穿越山體隧道73處。（2）線路分為干線和支線，其管徑、管壁厚度及防腐等級(jí)不同，全線的清管