长输管道清管试压公式计算浅析

第 2 2 卷第 1 期 2 0 1 2年 3月 江 汉 石 油 科 技 J I ANGHAN P E T RO L EUM S C I ENC E AND T EC HNOL OG Y V0 1 2 2 No 1 Ma r 2 0 l 2 长输管道清管试压公式计算浅析 李 旭 ( 江汉石油管理局油 田建设 工程公司 ，湖北潜江4 3 3 1 2 3 ) 摘 要 ： 长输管道清管试压是一项重要的工作 ，在大口径管道 中，清管、试压所需时间比较长，文中 介绍了长输管道清管压力、注气量、清管速度、试压注水量、空气量及时间等的计算公式，并举例进行了 相关计算与分析；借助施工中的压力记录仪、流量计、温度记录仪等设备，可进行对比及校正。灵活运用 这些公式计算可为长输管道清管、试压的顺利进行提供重要的理论依据。 关键词 ： 长输管道；清管；试压；注水量；注气量；空气量；温度 长输管道清管试压是一项重要的工作 ，在大 口 径管道中，清管 、试压所需时间比较长 ，通过对注 气量 、注水量及所需 时间等进行 计算 ，为进度控 制 、设备选型提供依据。 1 清管计算 1 1清管压力计算 当管道经过水平直管并做匀速运动时 ，根据空 气压力 与大气压力及摩擦力 的平 衡关系可得公 式 ( 1)： = 1 0一 ( 1 ) 兀 ( -2f 厂 式 中： P 清管压力 ( 相对压力 )，MP a ； 清管皮碗与管壁的摩擦系数 ，取0 8 ； m 清管球重量 ，k g ； g 重力加速度 ，m ； 6清管皮碗过盈量 ，按实际测量计算 ( 规 范要求为5 8 )； l皮 清管皮碗弹性模量 ，N m： ； 清管皮碗与管壁摩擦面积，m 2 ； D 管道外径 ，m m； t管道壁厚 ，m m。 ( 1 )中清管皮碗弹性模量 可查工程手册 ， 也可根据清管压力进行计算 ，一般情况下，二皮碗 的清 管压力约为0 2 MP a ，三皮碗 的清管压力 约为 0 6 MP a ，计算 出的值更接近真实值。 1 - 2注气量计算 根据气体的物质性质，在常温低压时，空气满 足下面的状态方程 ： PV=nRT =Con st 长输管道清管一般都在常温低压 ( 1 0 MP a ) 下进行 ，所 以清管注气量可按公式 ( 2) 计算 ： Q 往= ( 2) 式 中： Q注注气量 ，m ； P 清 清管压力 ( 表压 )，MP a ； 管段几何容积 ，m3 ； 当地大气压 ，MP a 。 管段几何容积按下式计算： = (D - 2 t i) 一 般情况下 ，同一管段以一种管道壁厚为主 ， 管道容积可不考虑不同壁厚 的影响 ，上式可简化为 公式 ( 3)： = ( D- 2 t ) ( 3) 作者 简介 ：李 旭 ，男 ，大学本 科 ，工程 师 ，2 0 0 4 年毕 业于西南石油学院，一直从事技术管理工作。 5 6 江 汉 石 油 科 技 第 2 2 卷 式中： t i 第i 段管道壁厚 ，m m； t 管道壁厚 ，m m； 厶 第i 段管道长度 ，k m； 试验管段长度 ，k m。 则 ，注气量计算公式 ( 4)为 ： ( 。_ 2 t ) ( 4) 1 3 清管球平均运行速度计算 清管球平均运行速度可根据单位时间注气量来 计算公式 ( 5)： ：一 一 ( 5) 兀( D一 2 f ) P 式中： 清管器平均运行速度 ，k m h ； 空气压缩机排气量 ，m， mi n 。 1 4清管所需时间的计算 清管时间公式 ( 6)： ： ： 三： 里 二 ( 6 ) 6 0q 1 ， 24 00Po q 、 式 中： 清管时间 ，h 。 选用公式 ( 4)、 ( 5)、 ( 6)，可根据现有 设备注气能力计算出清管时间；根据进度要求计算 出所 需设 备排 气 量 ，进行 设备 选 型 ；通过 公式 ( 4) 来控制清管器 的行走速度。 2 水压试验计算 长输管道一般采用水为介质进行试压 ，根据水 的物理特性，水在常温、低压情况下看做不可压缩 流体，而长输管道强度试验压力最高为设计压力的 1 5 倍 ，试验压力较高 ，须考虑水的压缩 生及温度变 化的影响，同时还需考虑受压管道应变 的影响。流 体 的体积状态公式 ( 7)如下 ： 1 a l a =一 P+一 d T：一 P+ d T ( 7) V a P V T 式中： 1 a =一一 V P O ，等温压情况下压力综合影 ， 寸衄 1 日 I J 钥 、 口 移 响系数； 1 a =。 ，热膨胀系数。 当流体从状态 r ( P 1 、V 1 、T 1 )到状态 r ( P l 、V1 、T 1 )时，对公式 ( 7)积分得 ： h 1 一 I n = ( 一P 1 ) 一 ( 一 ) 2 1升压注水量及时间的计算 试压时，由于管道埋地 ，可不考虑温度变化的 影响，则 l n( + 注) 一I n = 即 ： = ( E 1 ) ( 8) 式中： 试压管段几何容积，m3 ； 升压所需注水体积，m， ； P 实 一 _ 式验压力 ，k P a ； 一一 压力综合 影响 系数 ，按公式 ( 9)计 算 ，k P a 。 压力综合影响系数 B需考虑管段受压膨胀及水 的压缩性的影响 ，计算公式 ( 9)如下 ： 卢= D ( 1 0 ) 2 ) + ( 9) 厶 式中： 钢材的泊松比，取0 - 3 ； E钢材的弹性模量 ，取2 X 1 0 。 k P a ； k 水的压缩系数 ，取5 1 0 k P a 。 以 设 计 压 力 1 0 MP a 、 1 2 1 9 X 1 8 4 ram、 长 2 0 k in、四级 地 区 的输 气管 道 为例 ，采 用 流量 为 q = 1 0 0 0 L h 的试压泵进行试压 ，计算结果如下 ： 口 =8 0 1 41 0 ( k P a ) =2 1 9 5 3 4( m ) V = 2 6 5 5( m ) 升压所用时间t ： ： ： 2 6 5 5 ( h ) q 1 0 001 0 第1 期 李 旭：长输管道清管试压公式计算浅析 5 7 计算结果表明 ，大容积管道升压所需注水量较 多 ，应考虑选用大流量泵或多泵组合进行升压，以 减少升压时间。 2 2 含气管段空气量、注水量的计算 当注水管道 内存在空气时 ，为简化计算 ，假设 空气与水分离 ，各 自改变至受压状态 ，计算公式 ( 1 0)、 ( 1 1 )如下 ： = ( 1 0) - ( e ， 工程条件同3 1 ，假设升压注水t = 3 0 h 后 ，压力 升至P 1 = 1 0 MP a ，则 ： _ 1) 一 尸 0 P 一 升至试验压ff J P, = 1 5 MP a 时，注水量为 ： P + 7 c 由于存在空气增加注水量为 ： 型 = 1 3 7 9 3 ( 汪 D 一 实 通过上两式的计算表 明，2 0 k m 管段 内混入 0 6 o 的空气 ，升压注水量及 时间增加约为5 2 ， 说明空气对升压影响较大 ，所以在管道上水过程中 应避免空气混入 ，特别是大容积管道上水时 ，必须 在前端采取隔离措施 ，防止排空不净。 2 。 3温度对压力的影响 在清管及埋地管段计算时未考虑温度的影响， 而在一些外露管段 ( 如穿越预制管段 ) 稳压时 ，需 考虑温度变化的影响，并按规范要求核算低点管道 的环向应力 。相关计算公式 ( 1 2 )如下 ： ( ( 1 一 ) +k ) d P=( 仅 l 一 2 a 2 ) ( 1 2 ) 式中： 水的热膨胀系数 ，按公式 ( 1 3)计算 ，IT I ， ； l =( - 6 4 2 6 +1 7 1 0 5 T一 0 2 0 3 T + 0 0 01 6 0 8 4 T 1 1 0 - 6 (1 3) 钢材的线性膨胀系数 ，取1 21 0 一 ； 试水温度 。 将公式 ( 1 3)带入 ( 1 2 )并积分即可求 出从 r ( P 、T )到 r ( P 2 、T )的压力变化 P，再用下 式 ( 1 4)核算管材强度 ： a： 0 9 ) 式中： AP温度变化引起的压力变化，M P a ； 管道环 向应力，M P a ； 管材最低屈服强度 ，MP a 。 以设计压力I O M P a 、 1 2 1 91 8 4 mm、材质为 X 8 0( o - = 5 5 5 MP a )、长8 0 0 m的定向钻穿越管段强 度水压试 验为 例 ，水 温从T l = 1 5 ，变化到T 2 = 2 5 ，计算结果如下： P= 1 1 7 3 MP a =4 4 8 1 MP a0 9 = 4 9 9 5 MP a 满足要求。 经 计 算 ， 当 温 度 升 至 2 5 8 C (或 表 压 为 1 8 0 3 MP a)时 ， 4 9 9 5 MP a ，温度仍有上 升趋势 时 ，应采取措施降低试验压力 ，保证试验管段的安 全 3 结束语 本文中的计算公式为近似计算公式， 其计算结 果与实际值存在一定差异，借助施工中的压力记录 仪 、流量计 、温度记录仪等设备 ，可进行对 比及校 正。灵活运用这些公式计算可为长输管道清管 、试 压的顺利进行提供重要的理论依据。 参考文献 【 1 1 刘建军，章宝华流体力学【 MJ 北京