油气管道弯管试压技术方案研究.pdf

2 0 1 3年第 4 2卷 第 5 期第 l 2页 石 油矿 场机 械 OI L F I EL D EQUI P MENT 文 章 编 号 1 O 0 1 - 3 4 8 2 2 O 1 3 0 5 一 O 0 1 2 0 4 油气管道弯管试压技术方案研究 刘 然 ， 王长 江 ， 张 连 宇 中国石油天然气管道科学研究 院 ， 河北 廊坊 0 6 5 0 0 0 摘要 针对现有油气管道弯管试压技术中存在 的工序繁 杂、 安全隐患大、 费工费时、 效率低 、 劳动强 度 大等 问题 ， 结合弯管生产的具体情况、 自身特点及钢管静水压力试验要求， 经现场调研及文献资 料分析研究， 拟定弯管连管试压、 单根 弯管试压 、 双根弯管同时试压 、 多根弯管同步试压等弯管试压 技 术方案 。对 比分析 不 同试 压技 术 方案 的优 缺 点 ， 为弯 管试压 技 术 的研 究及 试 压装 备 的研 制提 供 可参 考性依 据及技 术 支持 。 关键词 油气管道 ； 弯 管 ； 试压技 术 ； 方案 中图分类号 T E 9 7 3 文献 标识 码 A Te c h n i q u e Re s e a r c h o f El b o w Pr e s s u r e Te s t L I U Ra n， WANG C h a n g j i a n g， Z HANG Li a n y u C h i n a Pe t r o l e u m Pi p e l i n e S c i e n t i f i c Re s e a r c h I n s t i t u t e， La n g f a n g 0 6 5 0 0 0， Ch i n a Ab s t r a c t Ai m i n g a t t he e xi s t i n g c o mpl i c a t e d pr o c e s s i n g， s a f e t y， t i me c o n s u m i ng， l ow e f f i c i e n c y a n d l a b o r de ns i t y， a n d c o mbi n e d wi t h a c t u a l wo r ki ng c on di t i o n， t e s t r e q ui r e me n t ， t he t e c hn i c a l p r o g r a m o f p r e s s u r e t e s t o f c o nt i nui ng p i p e be nd i ng， s i ng l e pi pe a nd d u a l pi p e， a n d mul t i pi pe wa s s e t u p． Th e c o nt r a s t a n d a n a l y s i s we r e ma de f o r i t s f e a t u r e a n d s ho r t c omi n g， wh i c h pr o vi de s t h e r e f e r e n c e a nd t e c hni c a 1 a i d f o r t h i s t e s t de v i c e ． Ke y wo r d s oi l a n d g as pi pe l i ne ； pi p e be nd i ng； pr e s s ur e t e s t t e c h ni q u e； pr o g r a m 钢 管试压技 术 是 一种 管 道 在 出厂 前 ， 应 业 主要 求试验钢管的密封特性及耐压性是否达到所要求级 别 的水 压试 验技 术口 ] 。每 根 钢 管应 进 行 静 水 压试 验 ， 试验过程中整个焊缝及管体无泄漏 ， 试验后钢管 局部管 壁无 明显 的突起 ] 。国 内外水压 加压试 验 的 钢管按 制造工 艺 可分为无 缝钢 管 、 焊 管 ； 按 用途分 为 套管、 油管、 管线管 、 机械管等 ] 。 随着我 国油气 管道建 设事业 的 突飞猛进 和长输 油气管线勘察、 设计技术的不断进步， 管道建设速度 逐年加快。但随着长输油气管 网的不断完善 ， 管线 设计难度也不断加大。为满足高效施工的技术要求 及适 应复 杂 的地 形 地貌 特 点 ， 弯 管 的应 用 在 管线 设 计中的地位越来越重要 。因此， 弯管的设计 、 生产及 弯管质量直接影响着管道施工建设 。弯管在管道建 设 中应用量的逐年增加， 在一定程度上考验着弯管 生产厂家的生产能力 。弯管试压是弯管生产中的关 键环节 ， 亦是决定弯管生产能力的主要因素。在弯 管出厂前， 应业主的要求需要对全部或部分的弯管 进行水 压试 验 ， 以保 证弯 管的质 量及强 度 。 l 技术现状 目前 ， 国 内外 均 没有 专 用 于 弯 管 试 压 的装 备 。 国内现有弯管试压技术分为单根弯管试压和多根弯 管试 压 。 1 ． 1 单 根弯 管试压 将待试压的弯管两端用盲板焊接封堵， 一端 的 收稿 日期 2 0 1 2 1 1 1 2 基金项 目 中国石油天然气管道科学研究院科研基金项 目 2 0 1 1 - 1 6 作者简介 刘然 1 9 8 5 一 ， 女 ， 河北廊坊人 ， 硕士 ， 主要从事管道施工装备研究及数据库开发工作。 第 4 2卷第 5期 刘然 ， 等 油气 管道弯管试 压技术方案研究 盲板 上设 有 注 液 孔 ， 另 一 端 的 盲 板 上 设 有 排 气 孔 。 弯管试压时 ， 由注液孔注入水或者乳化液 ， 弯管 内的 空气从排气孔排出。待弯管内的空气完全排 出， 使 用增压 泵 给弯 管增 压 ， 并 保压 一定 时 间 时 问根 据弯 管的管径 、 壁厚决定 ， 最后卸压 、 空水 。在弯管试压 结束后， 对符合规定 的弯管需进行两端盲板 的切除。 由于热影 响 区钢管 的金 相 组 织 及 力 学性 能 改 变 ， 抗 压能 力相 对 降低 ， 在 钢管 使 用 过 程 中易 出现 断裂 的 现象 ， 所 以切 割过 程 中应 将 焊 接 时 的热 影 响 区一 并 切除。而后对弯管进行重新坡 口， 以满足出厂要求。 整个 试压 过 程 工 序 繁 杂 、 工 人 劳 动 强 度 大 、 费 工 费 时、 安全隐患大， 严重影响了管厂的生产效率及经济 效益 。 1 ． 2多根弯 管试 压 试压前 ， 先将多根弯管焊接起来 ， 并在多根弯管 连焊 后 的两端 焊接 封堵 盲板 。一 端盲 板上 开有 注水 孔 ， 另一端盲板上开有排气孑 L 。其试压过程 与单根 弯管试压相同。在试压结束后 ， 需将两端盲板及接 头焊 缝切 除 ， 且 接 头 处 的焊 接 热 影 响 区 也需 一并 切 除 ， 而后再 重新 完 成 两 端 坡 口的 加 工 。多 根 弯 管 同 时试 压 ， 生产 效率 似乎 提高 了很 多 ， 但 试压 工序 依然 繁 杂 ， 并 未 给厂家 带来 应有 的经 济效 益 。 2 技术方 案 B ／ T 9 7 1 1 ． 1 1 9 9 7 标准规定 ， 钢管除进行较高 压力 的试 验外 ， 未 列入 钢级 、 外径 和壁 厚 的钢管 最低 试验 压力 应按 下式 计算 I 8 。 ， 即 P一2 S t ／ D 式 中 P 为 静 水 压 试 验 压 力 ， MP a ； t 为 钢 管 壁 厚 ， mm； D 为 钢 管 外 径 ， mm； S 为 管 线 钢 的 屈 服 强 度 ， MPa 。 2 ． 1 弯 管连 管试 压技 术 弯管 连 管试压 技术 是将 试 压 的 2根 或多根 弯管 用可拆卸连接装置连接起来 ， 并在连接后 的弯管组 两端 分别 用可 拆卸 连接 装置 连上 注水 端封 头和 排气 端封 头 或者 直接 将弯 管与 封头 焊接 ， 如 图 1所示 。 然后 由注水 口向弯管组 内注入水或其他可用于试压 的液体 ， 管 内的 空 气 从 排 气 口排 出 ， 直 至 管 内注 满 水。待一切准备结束后 ， 用压力泵 向弯管内的液体 加压 ， 待 压力 达到 试压设 定值 后保 压 一定 时间 ， 然后 卸压 ， 弯管空水 。打开可拆卸连接装置， 取下弯管和 封头 ， 试 压结束 。 2 ． 2 单 根弯 管试 压装 置 单根弯管试压装置由注水端试压头、 夹持机构、 平衡机构 、 排气端试压头 、 弧形轨道、 直线 轨道等组 成 ， 如 图 2所示 。 1 一 注水 口； 2 一 注水 端封头 ； 3 一可拆卸连接装置 ； 4 一密封 圈； 5 弯管与封头接 口 I； 6 ～试压弯管 I； 7 弯管接 口； 8 试压弯管 I I； 9 弯管与封头接 E l l I ； 1 0 一排气端封 头； 1 1 一 排气 口 图 1 弯管连管试压示意 1 一 注水端试压头 ； 2 一 注水端密封 圈； 3 一夹持机构 ； 4 试压弯管 ； 5 平衡机构 ； 6 一排气端密封圈 ； 7 一排气端试压头 ； 8 一 弧线轨道 ； 9 排气 口； 1 0 、 1 1 、 1 3 一螺栓 ； l 2 一试压平 台； 1 4 一液 压缸 ； 1 5 一直线轨道 ； 1 6 一注水 口 图 2 单根弯管试压装置 注水端试压头用于封堵弯管的一端 ， 其上设有 注水 口及不同直径的密封圈。注水 口用于弯管试压 时 向弯管 内注水 ； 密 封 圈的材质 为橡 胶 ， 用 于实 现对 不同管径弯管的管端密封 。 夹持 机 构 为两 瓣 式 液压 开 合 结构 ， 通 过 螺栓 及 液压缸 与试 压平 台连 接 ， 如 图 3所 示 。可 用 于对 试 压弯管进行稳 固， 确保 弯管在试压过程 中不移动。 夹持机构与弯管的接触面为弧面 ， 且其上设有弹性 层， 以实现与弯管表面的紧密贴合， 同时保护试压弯 管外表 面 不受损 坏 。 石油 矿场 机 械 2 0 1 3年 5月 1 - --橡胶层 ； 2 、 4 、 6 一螺栓 ； 3 - - 液压缸 ； 5 ～试压平 台 图 3夹持机构 平衡 机构 通 过 螺 钉 固定 于工 作 平 台 上 如 图 4 所示 ， 用于消除试压头在试压过程中作用于弯管上 的力， 保证弯管试压过程中力 的平衡及试压的平稳 性 。平衡 机构 与弯 管 的接 触 面 为 弧 面 ， 弧 面上设 有 弹性层 ， 以实现与弯管表面的紧密贴合及对作用力 的缓冲， 保护弯管不受损坏 ； 平衡机构上设有旋转 轴 ， 用于 实现平衡 机构 的旋 转 ， 以适 应弯 管 的不 同状 态 ， 保证与弯管的最佳接触 。 1平衡装 置； 2 一螺钉 ； 3 一橡胶层 图 4 平衡机构 排气 端试 压头 用 于 封堵 弯 管 的 另一 端 ， 其 上设 有排气 口及 不 同直 径 的密封 圈 。排气 口用 于注水 时 弯管内空气的顺利排出； 密封圈的材质为橡胶 ， 用于 实现对不同管径弯管的管端密封。 弧形轨道用于实现排气端试压头的弧线移动， 以满 足不 同角度 弯 管 的试 压要 求 ； 其 上 刻 有 角度 指 示线 ， 以快 速、 准 确地实 现排气端试 压头 的移动。 直线轨道用于 实现注水端 试压头 的水平 移动 ， 以 满足不 同角度 、 不同长度 弯管 的试压要求 ； 其上刻 有 尺度 线 ， 以快 速 、 准 确 地 实 现 注 水 端 试 压 头 的 水 平 位移 。 2 ． 3双根弯 管试压 装置 双根弯管试压装置由注水端试压头 、 夹持机构 、 平衡机构、 可拆卸连接装置、 排气端试压头、 直线轨 道等组成 ， 可实 现 2根弯 管 的 同时 试 压， 如 图 5 所 示 。 B ◎ ， l 3 l 7 l 4 1 一注水端试压 头； 2 一注水端密封圈 ； 3 -- 一 夹持装置 ； 4 试压弯管 I； 5 一平衡装置 ； 6 一 可拆 卸连接装置 ； 7 一密封圈 ； 8 试压弯管 Ⅱ； 9 排气端密封 圈； 1 O 一 排气端试压头 ； 1 1 一排气 口； 1 2 排气端直线轨道 l 3试压 平台； 1 4 一 液压缸 ； 1 5 、 1 6 、 1 7 ～螺栓 ； 1 8 一注水端直线轨道 ； l 9注水 口 图 5 双根弯管试压装置 与单根弯管试压装置不 同的是 ， 双根弯管试压 装置上设有用于连接 2根弯管 的可拆卸连接装置 。 可拆卸连接装置为两瓣式开合结构， 其内镶嵌密封 圈 ， 通 过螺栓 与试压 平 台相连 ， 由液压缸 实现 自由开 合 ， 如图 6 所示。当其闭合时 ， 其内的密封圈可实现 对 2根 弯 管 接 口处 的 密 封 ， 有 效 防 止 管 内 试 压 水 外溢 。 2 ． 4多根 弯管试 压 系统 多根弯管试压系统 由注水端试压头、 夹持机构、 平衡 机构 、 可拆卸 连 接装 置 、 排 气 端 试压 头 、 横 向直 线导 轨 、 纵 向直线 导 轨 、 弧 形导 轨 等 组成 ， 可实 现 多 根弯 管 的同时试 压 ， 如 图 7所 示 。 与单根、 双根弯管试压装置不同的是 ， 多根弯管 试压 系统 上不仅 设有前 2种试 压装 置所需 的基本 构 件 ， 而且设有由横向直线导轨 、 纵 向直线导轨 、 弧形 导轨组成的综合性导轨系统 。该综合性导轨系统以 横 向直 线导轨 为基 础 ， 纵 向直 线 导 轨 和弧 形 导轨 可 在 横 向直线导 轨上滑 动 、 定 位 ， 用 于实现 多根弯 管试 第 4 2 卷第 5 期 刘然 ， 等 油气管道弯管试压技术方案研究 1 5 压 时排气 端试 压 头 的移 动 与 夹 紧 ， 以满 足 不 同角 度 的多根 奇 数 根 或 者 偶 数 根 弯管 试 压 时 弯 管 的对 接 、 定 位 、 夹 紧 ， 确保 试压 过程 平顺 。 1 一 可拆 卸连接装置 ； 2 一密封圈 ； 3 液压缸 4 试压平台 ； 5 一 螺栓 图 6可拆 卸连 接装 置 1 一 注水 端试 压头 ； 2 一 注水 端密封圈 ； 3 一 夹持机构 ； 4 一试压 弯管 I； 5 一平 衡机构 ； 6可拆卸连接装置 ； 7 一 密封圈 ； 8 一弯管接 口； 9 一试压弯管 Ⅱ； 1 O 一试压 弯管 1] I ； 1 1 一排气端密封 圈 ； 1 2 一排气端试压头 ； 1 3 一横 向直 线导轨 ； 1 4 一弧形导轨 ； 1 5 一纵 向直线导轨 ； 1 6 排气 口； 1 7 、 1 8 、 1 9 一螺栓 ； 2 O 一液压缸 ； 2 1 一试压平 台； 2 2 一直线导轨 ； 2 3 一注水 口 图 7 多根 弯管试压 系统 2 ． 5 技 术方 案对 比分 析 弯管连管试压技术 可在空间不受限制 的情况 下 ， 进行多根弯管的同时试压， 可拆卸连接装置的应 用可使弯管试压时装卸方便 ， 效率较高， 但存在 比较 大的安全隐患 。 单 根弯 管 试压 装 置 占地 面积 小 ， 可 快 速完 成 单 根弯 管 的试 压 过程 ， 相对 于传统 试压 技术 而言 ， 试 压 速度 快 ， 效 率较 高 ， 安 全性 高 。 双根弯管试压装置 可同时进行 2根弯管的试 压 ， 且可拆卸连接装置的应用可使弯管装卡便捷 ， 且 试 压 速度快 ， 效 率高 ， 安全 性高 。 多根 弯 管试 压 系 统 相对 于 单根 弯 管试 压 装 置 、 双根 弯管试 压装 置 而言 ， 其 结构 相对 复杂 ， 尤其是 导 轨系 统 ， 且 占地 面 积 较 大 。但 多根 弯 管 试 压 系统 可 同时 进行 多根 弯管 的试压 ， 效率 高 。 3 结 语 本文结合钢管静水压力试验要求及弯管 自身特 点 ， 本着提高弯管试压效率 、 降低工人劳动强度 、 节 约生 产成 本 的原则 ， 经现 场调研 和 文献资 料分 析 ， 拟 定几 种 弯管试 压技 术 方 案 ， 并 对 比分 析 各 自的优 劣 势 ， 为弯管试压技术的研究及试压装备 的研制提供 可参考性依据 ， 为弯管试压技术 的发展提供方 向。 为满足弯管试压高效率的需求 、 有效降低工人劳动 强度 、 大 幅提 高生产 效益 ， 今后 的 弯管试压 技术 及设 备应 朝着 机械 化 、 专业化 、 智 能化 的方 向发展 。 参考文献 E l i 王红菊 ， 钱成文 ， 王玉梅 ， 等． 国内外输气管道试压 技术 现状综 述[ J ] ． 石油工程建设 ， 2 0 0 7 2 8 - 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