工藝管線冬季試壓方法與良好施工實踐

王舉田

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島 266520）

1 引言

工藝管線設計、預制、安裝流程長，建造工藝復雜，成為海上石油平臺或LNG陸地模塊建造的關鍵路徑。受項目圖紙、材料、完工交付日期等因素制約影響，部分管線試壓工作將處于冬季施工期。尋找冬季管線建造和試壓各環節施工關鍵控制節點，采取有效措施提高冬季施工質量，保證試壓合格率，有利于提高模塊整體建造水平，保障項目調試及交付周期[1]。

2 工藝管線冬季施工與試壓方法

工藝管線從車間預制到最終交付調試，需經歷試壓、清潔、干燥、恢復等多道工序。為了提高冬季施工與試壓質量，管線建造過程需采取管線焊口預熱、試壓水易結冰處理、試壓后空氣露點測量監測的方式，控制各道工序嚴格按照施工規范進行，如圖1所示。

圖1 管線冬季試壓流程與質量控制保證

2.1 管線冬季預制安裝

管線預制是工藝管線建造過程中的首道工序，一般在預制車間內進行施工，在圖紙、材料、建造程序等輸入條件下可進行批量化的生產。預制過程需嚴格按照建造程序進行，預制精度和焊口質量對后續進行管線模塊總裝和試壓至關重要[2]。

管線預制噴涂后，可交接模塊建造場地進行安裝施工。安裝過程與預制過程參照相同的ISO圖紙，并且執行相同的焊口施工與檢驗流程。與車間預制不同的是，處于冬季施工期的管線安裝現場，受大風、低溫等環境因素影響更大，因此需制定更加完善的冬季施工保障措施。焊接工藝規程（WPS）中已明確管線焊口預熱溫度，現場施工中可使用烤把對焊口附近進行加熱，避免環境溫度過低造成焊口焊接缺陷。大風天氣下，為避免偏弧產生焊接氣孔，可在焊接區域周圍使用防火帆布進行擋風作業，如圖2所示。另外，使用保溫被采取焊后緩慢冷卻方式可提高焊口施工質量[3]。

圖2 管線預制擋風與溫度檢測

2.2 管線冬季試壓流程

管線安裝完成后，需對照試壓包進行查線，并進行尾項整改工作。銷項過程可分為實體性施工工作和文件的查閱準備工作。實體性銷項可對照試壓包查線遺留的尾項進行逐條施工，如管線不水平、在線儀表未按照試壓包要求移除等。以試壓包為單位，在實體性尾項施工完成后進行整體報檢銷項，為試壓工作做好準備。除了實體性銷項工作外，焊口的WTR（焊口檢驗報告）審核、試壓包內圖紙替換更新等屬于文件查閱準備工作。為了保證試壓質量和安全性，試壓前所有焊口的組對、外觀檢驗記錄必須齊全，需要進行無損檢測的焊口必須取得合格的檢驗報告。試壓前銷項完成后，即可進行管線水沖洗和試壓工作。

由于工藝管道試壓最常用的介質為水，冬季極易結冰，因此與其他季節相比，冬季試壓需克服試壓介質結冰等不利因素的影響。另外，試壓后需及時排放試壓水，避免水結冰后體積膨脹，對管道造成破壞，如圖3所示。

圖3 試壓水未排放干凈造成管道內結冰

試壓結束后，對管道進行清潔和干燥工作。管線干燥最常用的設備為干燥機，按照建造規格書要求，可使用露點儀對干燥后管道內的空氣露點進行測量，直至達到干燥要求。

管線恢復工作即重新安裝試壓階段拆除的在線儀表、閥門等，并拆除已加裝的試壓盲板等工裝。對于查線階段遺留的尾項也需進行逐一施工銷項，如導向、限位塊的安裝等。管線試壓的目的在于檢測管線母材或焊道的強度，對于部分重要系統，試壓包恢復完成后，需進行氣壓試驗或氦氮試驗，以檢測儀表或法蘭節點的密封性。管線節點使用法蘭管理緊固工藝可大幅提高密封性，提高密性試驗成功率。

3 管線冬季試壓良好實踐

工藝管線冬季試壓的難點集中在試壓水易結冰、試壓后清潔干燥時間長等不利因素上，因此本文從試壓介質替代、試壓介質凝固點改善、物理升溫、多包聯合試壓四方面出發，結合工程項目中的成功應用，給出以下管線冬季試壓的良好實踐。

3.1 使用氣壓代替傳統水壓

工藝管道工作介質以流體居多，試壓包設計中優先采用水壓試驗。但某些工藝系統，如儀表氣、公共用氣、放空系統等，管道內正常工作介質為氣體，冬季采用水壓試驗難度增大的前提下，當試驗壓力低于1.6MPa時，可采用氣壓試驗代替水壓試驗，提高試驗效率。氣壓試驗試壓介質通常采用清潔干燥的壓縮空氣或氮氣。采用此種替代方式需注意壓力換算值及氣壓試驗帶來的安全風險增加。對于壓力換算，采用氣壓試驗時，壓力應不高于設計壓力的1.1倍，這與水壓試驗最小應為設計壓力的1.5倍不同[4]。安全風險方面，氣壓試驗需考慮管道材料非延性斷裂、試壓氣體的存儲能量釋放、安全距離計算與隔離等風險[5]。其中氣壓試驗中壓縮空氣儲能E可使用以下公式進行計算：

E=2.5PabsV[1-(Pabs/atm)0.286]

公式中：

E—試壓管道內系統儲能，單位J;

V—試壓管道內容積，單位m3；

Pabs—絕對壓力，單位Pa；

atm—標準大氣壓，取值101.325kPa。

試壓包儲能值得出后，可根據試壓現場安全要求計算出相應的隔離距離，確保施工安全。

3.2 試壓介質凝固點改善

不同液體的凝固點不同，標準大氣壓下，水由液態轉換為固態的溫度為0°C。工程實踐中，可采用往試壓水中添加高凝固點液體的方式，改善試壓水的凝固點，使冬季環境溫度即使低于0°C，試壓水也不會凝固，增強試壓水的適用性。乙二醇是一種無色的液體，其水溶液冰點可降至-68°C，因此可用作防凍液作為試壓水的添加劑。防凍液與水的配比參照產品說明書，根據試壓環境溫度而選擇合適的比例。試壓前，需使用冰點儀等設備對試壓水進行冰點測量，以滿足項目需求。另外，為了提高防凍液的重復利用性，應對試壓水進行回收處理，碳鋼與有色金屬管線試壓水應分別存放，張貼標識，如圖4所示。在回收裝置的出口處，添加閥門和過濾網，去掉試壓水雜質，保證重復利用的清潔度要求。乙二醇屬于危險化學品類別，因此施工過程中應盡可能增加循環使用次數，減少處理和排放。

圖4 有色金屬管線試壓水回收罐

3.3 物理升溫法

如上所述，冬季試壓最突出的制約因素為試壓水結冰，因此采用試壓水物理升溫法，保證管道內水溫始終高于冰點，可有效解決這一矛盾點。物理升溫法最常用的方式為對試壓管線纏繞伴熱帶或伴熱保溫被，通電后采用熱傳導的方式，對試壓水進行加熱，保證即使環境溫度低于冰點，管道內試壓水也能以液體形式存在，如圖5所示。另外，對于容積小的試壓包系統或者單管試壓時，可僅對試壓管匯進行伴熱升溫，就可達到整個試壓包系統內試壓水不結冰的目的，極大提高了冬季試壓效率和試壓工裝的適用性，如圖6所示。

圖5 電伴熱進行試壓水加熱

圖6 伴熱式試壓管匯

3.4 多包聯合試壓

聯合試壓即在試壓包管線材質相同、試驗壓力值相同或相近的前提下，將不同的試壓包單體采用串聯或并聯的方式形成整體，使用同一套試壓工裝進行升壓、穩壓和泄壓。聯合試壓可在壓力包準備就緒的前提下，選取冬季適合的時間窗口期，如白天溫度超過0°C的環境下進行集中打壓，可有效減少伴熱帶或防凍液的使用，極大提高試壓效率。值得注意的是，聯合試壓包應盡量采用并聯而非串聯的方式進行試壓準備，這樣可避免在某一單包出現泄漏的情況下及時剔除，最大化保證試壓通過率。

4 總結

工藝管線冬季試壓是工程建造過程中不可避免的施工環節，本文從工藝管線的冬季建造和試壓流程出發，結合工程項目實踐經驗，給出冬季管線試壓的良好做法：

（1）采用氣壓替代水壓方式可從根本上解決試壓水結冰問題，但需充分分析安全性、做好隔離保障措施；

（2）通過添加乙二醇等防凍液可改變試壓水凝固點，提高試壓水的環境適應性，使用時需增加防凍液循環使用次數，減少危廢排放處理；

（3）使用電伴熱等進行試壓水的物理升溫，可保證在環境溫度低于冰點時不添加防凍液也可正常試壓；

（4）多試壓包聯合試壓方式，可在冬季溫度適合的窗口期下同時完成多個試壓包試壓工作，極大提高冬季試壓效率。