專利名稱：一種高落差大口徑油氣管道試壓排水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鋪設(shè)于高落差地區(qū)的大口徑油氣管道在試壓試驗(yàn)之后的高落差大口徑油氣管道試壓排水方法。
背景技術(shù)：
隨著國內(nèi)油氣管道的增多，管道的長度、管徑、輸氣量也在增加，同時(shí)施工條件也越來越復(fù)雜。目前，鋪設(shè)于高落差地區(qū)的油氣管道在試壓后的排水過程中頻繁出現(xiàn)爆管問題，嚴(yán)重影響管道鋪設(shè)的進(jìn)程，威脅施工現(xiàn)場(chǎng)工人和附近居民的安全。試壓后掃水過程中出現(xiàn)爆管的現(xiàn)象在以前是不多見的，但隨著鋪設(shè)管道的地理?xiàng)l件復(fù)雜性的增加，我國的部分地區(qū)甚至出現(xiàn)超高落差的地勢(shì)，加之管道的口徑日益增大，導(dǎo)致爆管現(xiàn)象發(fā)生的可能性急劇增大?，F(xiàn)行的管道試壓排水實(shí)施方案中沒有相應(yīng)的防止試壓后排水過程中發(fā)生爆管的措施，使之成為高落差地區(qū)試壓排水施工中的一個(gè)操作盲點(diǎn)。因此迫切需要一種針對(duì)高落差大口徑的油氣管道試壓后的排水方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決高落差、大口徑的油氣管道試壓后在排水過程中由于水擊引發(fā)的管道爆裂的難題，特提出一種用于高落差大口徑油氣管道試壓排水方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種高落差大口徑油氣管道試壓排水方法，其特征是先根據(jù)鋪設(shè)管道的落差、管道直徑選擇空氣壓縮機(jī)的型號(hào)，空氣壓縮機(jī)所用的壓力和排量要大于計(jì)算得到的最低額定壓力和最小額定排量；其次進(jìn)行設(shè)備安裝，在主管線排水端的試壓封頭A上安裝壓力表，在試壓封頭A上焊接一個(gè)支管并安裝一個(gè)高壓閘閥A，在高壓閘閥A出口端安裝排水管；再在主管線的另一端試壓封頭B上焊接支管并安裝高壓閘閥B，將空氣壓縮機(jī)與高壓閘閥B聯(lián)接，此時(shí)清管器處于試壓封頭B內(nèi)；在上述設(shè)備和儀表聯(lián)接好后，開啟高壓閘閥A，開始自然排水，主管線內(nèi)的水通過高壓閘閥A從排水管排出，觀察并記錄壓力表的壓力值；當(dāng)壓力值降至預(yù)警壓力弋時(shí)，打開高壓閘閥B， 啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，清管器開始掃水，壓縮空氣通過高壓閘閥B進(jìn)入主管線，推動(dòng)清管器向前運(yùn)動(dòng)，清管器推動(dòng)水行進(jìn)，水壓升高，使壓力表的壓力值大于預(yù)警壓力弋；在清管器掃水的過程中，當(dāng)壓力表的壓力值再降至預(yù)警壓力弋時(shí)，立即關(guān)閉高壓閘閥A，排水管停止排水，待壓力表的壓力值升高到安全排水壓力P2時(shí)，再開啟高壓閘閥A，繼續(xù)排水，如此反復(fù)直至整個(gè)排水過程結(jié)束。
其中空氣壓縮機(jī)的額定壓力 P > 15(Pf + Pw + Pr PJ = 15PC，式中趕表示克服清管器與主管線之間摩擦力所需的壓力； 黑為管線中最大高程差引起的靜水柱壓力； Pw表示水在施工溫度條件下的汽化壓力；K為大氣壓力；Pc為空氣壓縮機(jī)所需提供的最低壓力。
按空氣壓縮機(jī)所需提供的最小壓力&下，清管器行走速度為0. 1 m/s計(jì)算所需排氣量認(rèn)每分鐘所需氣量殳=· ^i)3 X O-Ixm' /mk ),式中汐為主管線管道直徑，4IZl單位為m。
預(yù)警壓力巧=/^gAh+ Pr I iill Fi式中/ 表示水的密度； g表示重力加速度；Λ為出水口與主管線最高點(diǎn)的高程差； ^表示水在施工溫度條件下的汽化壓力； i*.為壓力裕量，取ii =O MfPa。
安全排水壓力P3 =巧+ Pai =巧+ OLWPa本發(fā)明具有以下有益效果(1)能夠有效地阻止在高落差、大口徑試壓排水過程中的爆管問題；(2)充分利用施工現(xiàn)場(chǎng)已有的設(shè)備，不需要額外的設(shè)備，節(jié)省投資；(3)結(jié)構(gòu)簡單，原理清晰，操作方便。
發(fā)明原理根據(jù)圖1、圖2所示，排水過程包括自然排水和掃水兩個(gè)階段，開啟高壓閘閥A7后，開始自然排水，隨后管內(nèi)壓力逐漸下降，當(dāng)主管線內(nèi)最高點(diǎn)的壓力值降至該水溫下的汽化壓力時(shí)，水在此處發(fā)生汽化并斷流，如果自然排水繼續(xù)進(jìn)行，則在最高點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一段真空段10 并隨著自然排水的進(jìn)行不斷增長，見圖2。開啟空氣壓縮機(jī)1后，清管器4推動(dòng)水前行，真空段10逐漸縮小，當(dāng)真空段10的上下游自由面發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力波，對(duì)管道的安全產(chǎn)生不利影響。
在清管器4的掃水過程中，由于空氣壓縮機(jī)1的排量和壓力限制，也會(huì)在主管線9 的最高點(diǎn)發(fā)生汽化引發(fā)斷流，此后如果清管器4上游的高壓氣體壓力升高推動(dòng)水柱前行， 在真空段10消失時(shí)同樣會(huì)引發(fā)彌合水擊，若水擊發(fā)生位置與出口較近，則會(huì)由于水擊波在試壓封頭A6處的反射引起瞬時(shí)高壓，當(dāng)水擊壓強(qiáng)峰值超過主管線9管道的爆破極限時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆管現(xiàn)象。為了避免爆管現(xiàn)象的發(fā)生，本發(fā)明給出壓力表5的預(yù)警壓力弋，當(dāng)壓力表 5的壓力值降至弋時(shí)，通過關(guān)閉高壓閘閥A，防止在主管線9的最高點(diǎn)發(fā)生汽化。從而有效避免爆管現(xiàn)象。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為排水過程中管內(nèi)水產(chǎn)生汽化斷流現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、空氣壓縮機(jī)；2、試壓封頭B ；3、高壓閘閥B ；4、清管器；5、壓力表；6、試壓封頭A;7、高壓閘閥A;8、排水管；9、主管線；10、真空段。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖1所示，管線鋪設(shè)于高落差地區(qū)，假設(shè)管線中最大高程差Hmax為100m，管道外徑々為1219mm，壁厚18. 4mm，施工現(xiàn)場(chǎng)溫度為20° C。在主管線9進(jìn)行試壓實(shí)驗(yàn)之前，在排水端的試壓封頭A6上安裝一個(gè)壓力表5，同時(shí)在試壓封頭A6上焊接支管并安裝一個(gè)高壓閘閥A7，在高壓閘閥A7出口端安裝排水管8，再在主管線9的另一端試壓封頭B2上焊接支管并安裝高壓閘閥B3，在試壓實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后排水之前，高壓閘閥A7和高壓閘閥B3處于關(guān)閉狀態(tài)。
選擇合適排量和額定排氣壓力的空氣壓縮機(jī)1，空氣壓縮機(jī)1的額定壓力廣不低于l_5-(Pf+_ Pw+ Pf-Pb)，其中&為克服清管器4與主管線9之間摩擦力所需的壓力，測(cè)量得到A為0. 3MPa,夂為主管線9中最大高程差引起的靜水柱壓力，由& 得/yiOOOkPa、/^為水在施工溫度20° C條件下的汽化壓力，=2. 34kPa，^為大氣壓力，取為101.325kPa。通過計(jì)算得到P =1. 8MPa，所選的空氣壓縮機(jī)的額定壓力應(yīng)該大于計(jì)算壓力，故選擇額定壓力為2MPa的空氣壓縮機(jī)；按空氣壓縮機(jī)所需提供的最小壓力&下，清管器行走速度為0. 1 m/s計(jì)算所需排氣量認(rèn)每分鐘所需氣量Q = X 0—J.5C 60x^^(m5 / :),其中汐為主管線直徑，代入廠值和管道內(nèi)徑汐內(nèi)，汐.a.^i=D-(2XIS. 4)=1182. 2mm，計(jì)算得到￠=78. 9 m3/min，故選取額定排量高于80 m3/min的即可，也可以將兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)并聯(lián)，達(dá)到SOm3Aiin的排量。將選好的空氣壓縮機(jī)1與高壓閘閥B3連接。
在排水之前先計(jì)算出預(yù)警壓力和安全排水壓力值。預(yù)警壓力弋依據(jù)下式確定 P1 = /^gAh + Pt + Pe P1 ,其中々水為水的密度、」力為出水口與主管線9最高點(diǎn)的高程差， 」力二7徹，g為重力加速度，取為lOm/s2，/^為壓力裕量(取&為0. IMPa)，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到 Λ=0· 70MPa ；安全排水壓力依據(jù)下式確定巧=0. 80MPa。
設(shè)備與儀表準(zhǔn)備就緒后開始自然排水，開啟高壓閘閥A7，控制高壓閘閥A7的開度緩慢泄放主管線9內(nèi)的壓力，主管線9內(nèi)的水開始通過高壓閘閥A7，從排水管8噴出。觀察并記錄壓力表5的壓力值4，隨著水的排放，壓力表5的壓力值&逐漸下降，當(dāng)降低到預(yù)警壓力弋=0. 70Mpa時(shí)，開啟空氣壓縮機(jī)1，打開高壓閘閥B3，閥的開度為全開?？諝鈮嚎s機(jī)1 開啟后，空氣通過高壓間閥B3進(jìn)入主管線9，推動(dòng)清管器4向前運(yùn)動(dòng)，水被清管器4壓縮，主管線9內(nèi)的壓力升高，壓力表5的壓力值&就會(huì)高于預(yù)警壓力弋。在高壓氣體推動(dòng)清管器 4掃水過程中，監(jiān)測(cè)壓力表5的讀數(shù)，在壓力值&降至預(yù)警壓力弋時(shí)，則迅速關(guān)閉高壓閘閥 A7，停止排水，空氣壓縮機(jī)1繼續(xù)向主管線9內(nèi)注入空氣，待壓力值&升高到安全排水壓力 P2 =0.80MI^時(shí)，再開啟高壓閘閥A7，繼續(xù)掃水，直至掃水過程結(jié)束。以此循環(huán)操作，可以有效防止爆管現(xiàn)象的發(fā)生，是安全、經(jīng)濟(jì)、簡單的排水方式。
權(quán)利要求
1.一種高落差大口徑油氣管道試壓排水方法，其特征是先根據(jù)鋪設(shè)管道的落差、管道直徑選擇空氣壓縮機(jī)的型號(hào)，空氣壓縮機(jī)所用的壓力和排量要大于計(jì)算的最低額定壓力和最小額定排量；其次進(jìn)行設(shè)備安裝，在主管線(9)排水端的試壓封頭A (6)上安裝壓力表(5)，在試壓封頭A (6)上焊接支管并安裝一個(gè)高壓閘閥A (7)，在高壓閘閥A (7)出口端安裝排水管(8);再在主管線(9)的另一端試壓封頭B (2)上焊接支管并安裝高壓閘閥B (3)，將空氣壓縮機(jī)(1)與高壓閘閥B (3)聯(lián)接，將清管器(4)置于試壓封頭B (2) 內(nèi)；在上述設(shè)備和儀表聯(lián)接好后，開啟高壓閘閥A (7)，開始自然排水，主管線(9)內(nèi)的水通過高壓閘閥A (7)從排水管(8)排出，觀察并記錄壓力表(5)的壓力值；當(dāng)壓力值降至預(yù)警壓力弋時(shí)，打開高壓閘閥B (3)，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)(1)，清管器(4)開始掃水，預(yù)警壓力 P1 = Ρ^ +Ρ, +Ρ· Pa，式中表示水的密度，g表示重力加速度，Ah為出水口與主管線最高點(diǎn)的高程差，芬表示水在施工溫度條件下的汽化壓力，《為壓力裕量，取之=O lMPa ；隨著清管器(4)的推動(dòng)，水被壓縮，主管線(9)內(nèi)的壓力升高，壓力表(5)的壓力值大于預(yù)警壓力Λ，水不斷排出； 在清管器(4)的掃水過程中，當(dāng)壓力表(5)的壓力值降至預(yù)警壓力Λ時(shí)，立即關(guān)閉高壓閘閥A (7)，排水管(8)停止排水，待壓力表(5)的壓力值升高到安全排水壓力P2時(shí)，即 P2 =^ + ^=^ + 0-1 時(shí)，再開啟高壓閘閥Α(7)，繼續(xù)排水，如此反復(fù)直至整個(gè)排水過程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣管道的試壓排水方法，其特征是上述空氣壓縮機(jī)的額定壓力/>1..5(；/〖+唇+巧-OlJPt7 ,式中趕表示克服清管器與主管線之間摩擦力所需的壓力，之為管線中最大高程差引起的靜水柱壓力，乓表示水在施工溫度條件下的汽化壓力，Pa為大氣壓力，A為空氣壓縮機(jī)所需提供的最低壓力；上述空氣壓縮機(jī)的額定排量·0 =,式中D為主管線管道直徑，單位為米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鋪設(shè)在高落差地區(qū)的大口徑油氣管道試壓后的排水方法。它解決油氣管道在排水過程中由于水擊引發(fā)的管道爆裂。其技術(shù)方案是先根據(jù)鋪設(shè)管道的落差、管道直徑選擇空氣壓縮機(jī)的型號(hào)；再在主管線排水端試壓封頭A上安裝高壓閘閥A及壓力表，高壓閘閥A聯(lián)接排水管；主管線另一端試壓封頭B接高壓閘閥B，再接空氣壓縮機(jī)，此時(shí)清管器處于試壓封頭B內(nèi)；開啟高壓閘閥A，開始自然排水，當(dāng)壓力降至預(yù)警壓力時(shí)，打開高壓閘閥B，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，清管器開始掃水；當(dāng)壓力降至預(yù)警壓力時(shí)關(guān)閉高壓閘閥A，停止排水，待壓力升高到安全排水壓力，再開啟高壓閘閥A，繼續(xù)掃水，如此反復(fù)直至結(jié)束。本發(fā)明能有效阻止爆管，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。
文檔編號(hào)G01N3/12GK102494952SQ20111039359
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者馮斌, 葉哲偉, 張梁, 梁政, 田家林, 肖仕紅, 蔣發(fā)光, 趙廣慧, 趙洪瑞, 鄧雄, 魏秦文 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)