CN103323333B - 一种高落差油气管道扫水过程防止水击的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高落差地区的新建油气管道在扫水中避免断流弥合水击的高落差油气管道扫水过程防止水击的方法。它能解决在扫水过程中由于汽化断流导致的水击问题。其技术方案：先将管线划分为若干试压管段，每一段试压管段最高点的高程h₁和最低点的高程h₂的差值应小于最大允许自然高差H_max；每一段试压管段长度为H_max～35000m；每一段试压管段结束端的分段点应在该试压管段的最高点附近，结束端的高程需介于h₁～(h₁-10)m之间；选用空压机和排水管；试压结束后将空压机与阀门B联接，排水管焊接在阀门A上；最后开启阀门A泄压，再打开阀门B，开启空压机进行扫水，直至扫水结束。本方法能有效地防止断流弥合水击，其结构简单，操作方便。

Description

一种高落差油气管道扫水过程防止水击的方法

技术领域

本发明涉及一种用于高落差地区的新建油气管道在试压后扫水过程中可避免断流弥合水击的高落差油气管道扫水过程防止水击的方法。

背景技术

国内某高落差管段在试压后的扫水过程中接连发生爆管事故，经调研分析结果表明爆管原因是管道内发生汽化断流而引起弥合水击，产生瞬时高压，击破钢管。工程中常通过关闭末端排气阀产生背压，控制清管器的运行速度，防止清管器速度过快而使管道内局部产生真空，并在预计清管器即将到达试压封头时，开启阀门来增大排水口径及时泄压，从而避免水击导致的爆管，常见的额外水击保护措施包括安装泄压阀、管道电动阀调节压力和全线超前水击保护等，以上方法施工复杂、不易操作，对于高落差管道不能从根本上避免水击爆管的危险，因此迫切需要一种高落差油气管道扫水过程防止水击的方法。

发明内容

本发明的目的是：为了解决高落差油气管道试压后在扫水过程中由于汽化断流引发的弥合水击的难题，特提出一种高落差油气管道扫水过程防止水击的方法。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高落差油气管道扫水过程防止水击的方法，其特征是先将铺设管线的地形图划分为若干试压管段，分段过程中按照以下三个分段准则：每一段试压管段最高点的高程h₁和最低点的高程h₂的差值应小于最大允许自然高差H_max；每一段试压管段长度为H_max～35000m；每一段试压管段结束端的分段点应在该试压管段的最高点附近，结束端的高程需介于h₁～(h₁-10)m之间，另一个分段点为起始端；选择管线两端的任一端开始分段，在满足三个分段准则的前提下，使试压管段的长度接近35000m，减少整个管线的分段数，依照此准则将整个管线分段；然后选用空压机，空压机的额定压力和额定排气量需大于最小压力P和最小排气量Q，选择直径为10～30cm的管道作为排水管；当清管和测径施工完成之后，将排水管运到试压管段的结束端，空压机安置在起始端待用；再将试压头A与试压管段的结束端焊接在一起，阀门A焊接在试压头A上，试压头B与试压管段的起始端焊接在一起，阀门B焊接在试压头B上，然后注水升压，进行强度试验和严密性试验，试验结束后将空压机与阀门B联接，排水管焊接在阀门A上，作为排水口，缓慢开启阀门A，开始泄压排水，当水流由喷射状转为溢流状时，再打开阀门B，开启空压机，高压空气推动清管器进行扫水，在整个扫水过程中，清管器下游各断面处管内压力都不会大于汽化压力，防止了断流弥合水击现象的发生，直至扫水施工安全结束。

其中管线分段试压的最大允许自然高差

式中：ρ_水为水的密度；

P₁表示试压试验的压力值；

g为重力加速度；

σ_s为管材最低屈服强度；

t为管道壁厚；

D为管道外径。

其中空压机的最小压力P＝ρ_水g(h₁-h₂)+P_f+P_c

式中：ρ_水为水的密度；

g为重力加速度；

h₁为试压管段最高点的高程；

h₂为试压管段最低点的高程；

P_f为克服清管器与管道之间摩擦力所需的压力；

P_c为压力裕量，取P_c＝0.1MPa。

按空压机最小压力P下，清管器行走速度为0.25km/h计算所需最小排气量 $Q=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}_n^2\×0.25\×\frac{60}{3.6}\×\frac{P+P_A}{P_A}$ (m³/min)

式中：P_A为大气压力；

P为空压机最小压力；

D_n为管道内径。

本发明具有以下有益效果：(1)能够有效地阻止在高落差管道扫水过程中的汽化断流导致的水击问题；(2)充分利用施工现场已有的设备，不需要额外的设备，节省投资；(3)结构简单，原理清晰，操作方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明防止水击方法实例的管线地形分段图。

图2为5段试压管段在扫水过程中出现汽化现象的示意图。

图3为4段试压管段在扫水过程中某一时刻的示意图。

图中：1、起始端A；2、结束端A；3、起始端B；4、结束端C；5、结束端B；6、起始端C；7、排水管；8、水柱A；9、真空段；10、水柱B；11、清管器；12、空压机；13、试压头A；14、阀门A；15、阀门B；16、试压头B；17、沟底。

具体实施方式

根据图1和图3所示，国内某高落差地区的新建油气管道，管道材质为X70，管道外径为1.016m，壁厚为0.0175m，试压试验的压力值为12.5MPa，施工现场温度为15℃。先根据分段准则将地形图划分为若干试压管段，管线分段试压的最大允许自然高差h_max由确定，其中P₁为试压试验的压力值，ρ_水为水的密度，ρ_水＝1000kg/m³，g为重力加速度，g＝9.8m/s²，σ_s为管材最低屈服强度，σ_s＝482MPa，t为管道壁厚，D为管道外径。通过计算得到h_max＝249.38m，选择管线左端开始分段，将起始端A1作为1段试压管段的起始端，选择管段最高点附近的结束端A2为分段点，结束端A2的高程为950.0m，1段试压管段最高点的高程h₁＝951.5m，结束端A2的高程介于h₁～(h₁-10)m之间，该试压管段最低点的高程h₂＝823.5m，h₁-h₂＝128m，即试压管段最高点高程和最低点高程的差值小于最大允许自然高差，1段试压管段的长度为11.253km，介于分段准则要求的试压管段长度范围249.38～35000m之间，即结束端A2满足所有分段准则，故将结束端A2作为1段试压管段的结束端，同时结束端A2也是2段试压管段的结束端，按照准则要求找到起始端B3作为2段试压管段起始端，完成2段试压管段的划分，如此将整个管线划分为1段、2段、3段和4段试压管段；然后选用空压机12，空压机12的最小压力P＝ρ_水g(h₁-h₂)+P_f+P_c，其中P_f为克服清管器11与管道之间摩擦力所需的压力，取P_f＝0.3MPa，P_c为压力裕量，取P_c＝0.1MPa，计算得到P＝1.65MPa，所选空压机12的额定压力应大于最小压力，故选取额定压力为1.8MPa的空压机12，按空压机12最小压力P下，清管器11行走速度为0.25km/h计算所需最小排气量其中D_n为管道内径，D_n＝D-(2×0.0175)＝0.981m；P_A为大气压力，取为101.325kPa，计算得到Q＝54.4m³/min，故选取额定排气量为55m³/min的空压机12即可，若没有该排气量的空压机12，可将两台空压机12并联达到55m³/min的排气量，选择直径为20cm的管道作为排水管7；以4段试压管段为例，当清管和测径施工完成之后，将排水管7运到4段试压管段的结束端B5，空压机12安置在起始端C6待用；再将试压头A13与试压管段的结束端B5焊接在一起，阀门A14焊接在试压头A13上；再将试压头B16与试压管段的起始端C6焊接在一起，阀门B15焊接在试压头B16上；然后注水升压，进行强度试验和严密性试验，试验结束后将空压机12联接阀门B15，排水管7焊接在阀门A14上；最后缓慢开启阀门A14开始泄压排水，当水流由喷射状转为溢流状时，再打开阀门B15，开启空压机12，高压空气推动清管器11进行扫水，在整个扫水过程中，清管器11下游各断面处管内压力都不会大于汽化压力，15℃水的汽化压力为1705.6Pa(此压力为绝对压力)，所以就不会出现汽化断流现象，进而防止了断流弥合水击现象的发生。根据图2所示，如果按照非本防护方法划分管线，按照5段试压管段进行划分，该试压管段的起始端是起始端C6，结束端是结束端C4，在扫水的过程中由于空压机12额定排气量和额定压力的限制，当清管器11运行在试压管段高程较低的位置时，在5段试压管段最高点处的管内压力会低于汽化压力，出现汽化断流现象，形成一段真空段9，随着扫水施工的进行，真空段9的长度会不断增长，直到水柱A8高度降为H₁，H₁为克服大气压力的水柱高度，标准大气压力下H₁为10.34m，这样在清管器11越过沟底17向上运行的过程中，水柱B10在清管器11的推动下继续前行，水柱B10两端的压差逐渐减小，清管器11和水柱B10的运行速度迅速增加，真空段9随之迅速消失，并与水柱A8发生碰撞进而导致断流弥合水击的发生，水击压力若超过管道屈服极限就很可能发生爆管事故，对施工安全造成威胁。故本发明防止水击的方法可以防止弥合水击现象，使扫水过程安全有效地完成。

Claims (1)

1.一种高落差油气管道扫水过程防止水击的方法，其特征在于：先将铺设管线的地形图划分为若干试压管段，分段过程中按照以下三个分段准则：每一段试压管段最高点的高程h₁和最低点的高程h₂的差值应小于最大允许自然高差H_max；上述最大允许自然高差H_max，根据公式计算得出，式中P₁表示试压试验的压力值，ρ_水为水的密度，.g为重力加速度，σ_s为管材最低屈服强度，t为管道壁厚，D为管道外径；每一段试压管段长度为H_max～35000m；每一段试压管段结束端的分段点应在该试压管段的最高点附近，结束端的高程需介于h₁～(h₁-10)m之间，另一个分段点为起始端；选择管线两端的任一端开始分段，在满足三个分段准则的前提下，使试压管段的长度接近35000m，减少整个管线的分段数，依照此准则将整个管线分段；然后选用空压机(12)，空压机(12)的额定压力和额定排气量需大于最小压力P和最小排气量Q，选择直径为10～30cm的管道作为排水管(7)；上述空压机(12)的额定压力需大于最小压力P＝ρ_水g(h₁-h₂)+P_f+P_c，式中：ρ_水为水的密度，g为重力加速度，h₁为试压管段最高点的高程，h₂为试压管段最低点的高程，P_f为克服清管器与管道之间摩擦力所需的压力，P_c为压力裕量，取P_c＝0.1MPa；按空压机最小压力P下，清管器行走速度为0.25km/h计算所需最小排气量式中：P为空压机最小压力，P_A为大气压力；D_n为管道内径；当清管和测径施工完成之后，将排水管(7)运到试压管段的结束端B(5)，空压机(12)安置在起始端C(6)待用；再将试压头A(13)与试压管段的结束端B(5)焊接在一起，阀门A(14)焊接在试压头A(13)上；再将试压头B(16)与试压管段的起始端C(6)焊接在一起，阀门B(15)焊接在试压头B(16)上；然后注水升压，进行强度试验和严密性试验，试验结束后将空压机(12)联接阀门B(15)，排水管(7)焊接在阀门A(14)上；最后缓慢开启阀门A(14)开始泄压排水，当水流由喷射状转为溢流状时，再打开阀门B(15)，开启空压机(12)，高压空气推动清管器(11)进行扫水，在整个扫水过程中，清管器(11)下游各断面处管内压力都不会大于汽化压力，防止了断流弥合水击的发生，直至扫水过程结束。