国内外输气管道试压技术现状综述

一、试压的目的 输气管道在建成后必须经过强度试压和严密性试压，方可投产。管道强度试压的目的一是验证管道的整体强度，能否承受管道以后运行的压力。二是为提高管道输量和管道输送能力提供试验依据。 管道水压试验过程能够暴露和消除管道中的缺陷，从而保证管道运行的安全，管道水压试验的强度越高，能够暴露出的管道缺陷越多，暴露出的缺陷尺寸也越小。国外曾对各种等级的管道进行了大量的数据统计，表1是国外的统计值，Ⅰ组统计了近16 093km的管道，其中包括各种等级钢材；Ⅱ组统计了近2 900 km的管道，钢材为X60、X65两种；Ⅲ组统计了近4 800 km的管道，各种等级的钢材均有。结果证明，暴露缺陷集中的试压强度在90%~110%之间，而试压强度再高也无意义。严密性试验是为了验证新建的管道是否存在泄漏点。 表1 不同应力水平管道缺陷的排除 压力水平 （SMYS的百分比%） 排除缺陷总数的百分比 % Ⅰ组 Ⅱ组 Ⅲ组 <80 18.1 9.5 8.3 80.0~90.0 16.5 5.4 10.4 90.1~100.0 18.4 47.3 25.0 100.1~110.0 47.0 36.9 37.5 >110.0 —— 1.1 18.7 总计 100 100 100 国外应用范围最广的ASME B31.8《输气和配气系统》中规定，最高试验压力除以1.25即为最高允许操作压力，因此试压强度越高，管道的操作压力也越高。 二、试压介质 管道强度试压介质分为空气和水两种。采用水进行管道分段强度试压，在管道存在缺陷而在试压中出现泄漏或破裂时，由于水具有不可压缩的特性，管道内试压介质的减压速度大于管道的开裂扩展速度，管道能够迅速止裂，不会造成大段破裂和严重的次生灾害，因此把水作为目前进行管道试压的首选试压介质。而采用压缩空气进行分段强度试压，在管道出现泄漏或破裂时，由于管道内介质的减压速度小于管道的开裂扩展速度，在管道止裂韧性不能满足止裂要求时会造成管道的大段破裂和严重的次生灾害，因此采用空气试压时钢材必须要满足韧性要求，而且试压强度较低。 国内外输气管道的相关设计、施工、安全标准规范在试压介质的选择上，从保证试压安全的角度，要求强度试压优选考虑水作为试压介质；在试压工作受到水源供应、环境及自然条件限制情况下，对一、二级地区的管道允许采用空气进行强度试压；三、四级地区由于人口密集，一般要求采用水进行强度试压。 我国的《输气管道设计规范》和美国《输气管道设计系统》（ASME B31.8）标准中，仍然保留了对一、二级地区允许采用空气进行强度试压的规定；同时对三、四级地区提出了可以采用空气进行强度试压的相关条件和要求，规定试验压力为设计压力的1.1倍。《美国联邦管道安全法规》中对三、四级地区的管道气压试验，要求管道的试验压力不超过管材屈服强度的0.4～0.5倍。 三、试压强度 在进行强度试验时，首先要结合管道的线路特点，确定最高试验压力和最低试验压力，试验压力的选取对山区管道更为重要。 1、我国输气管道的试压强度水平 目前国内输气管道的试压标准遵循的是SYJ 4001-90《长输管道线路工程施工及验收规范》，规范要求的水压试验最低强度见表2，即一、二、三、四地区等级分别采用1.1、1.25、1.4、1.5倍的设计压力，相应的环向应力分别达到0.792、0.75、0.7、0.6倍SMYS。规范还规定最高试压压力所造成的管壁所承受的环向应力不大于管材最低屈服强度的90%。 表2 试验压力值、稳压时间及允许压降值表 分类 强度试压 严密性试验 一级 压力值（MPa） 1.1倍设计压力 设计压力 稳压时间（h） 4 24 二级 压力值（MPa） 1.25倍设计压力 设计压力 稳压时间（h） 4 24 三级 压力值（MPa） 1.4倍设计压力 设计压力 稳压时间（h） 4 24 四级 压力值（MPa） 1.5倍设计压力 设计压力 稳压时间（h） 4 24 允许压降值（MPa） 1%试验压力值，且不大于0.1 1%试验压力值，且不大于0.1。 近年来，随着忠武、西气东输等大型输气管道的建设，尤其是山区管道的试压工作面临的实际困难，推动了国内试压技术的进步。由于这些管道沿线地形地貌复杂多变，对于地形起伏较大的地段，为利于达到试压目的并减少段落划分，降低现场施工难度和工作量，借鉴了国际同类管道的施工经验和做法，提高了对最高试压压力的限制，采取了“低点的管道环向应力不得超过钢管最低屈服强度的0.95倍”的段落划分原则，在一定程度上提高了试压压力。 2、国外输气管道的试压强度水平 国外的输气管道试压规范对最低试压压力的规定大体相同，表3列出了国外几个标准中采用水作试压介质时规定的最低试压压力。 表3 国外标准中对最低试压压力的规定 国外标准 不同地区等级的试压压力 一级 二级 三级 四级 ASME B31.8 1.1倍最大操作压力 1.25倍最大操作压力 1.4倍最大操作压力 1.4倍最大操作压力 49CFR192 1.1倍最大操作压力 1.25倍最大操作压力 1.5倍最大操作压力 1.5倍最大操作压力 ISO13623:2000(E) 1.25倍最大操作压力 1.25倍最大操作压力 1.25倍最大操作压力 1.25倍最大操作压力 CSA-Z662-99 1.25倍最大操作压力 1.25倍最大操作压力 1.4倍最大操作压力 1.4倍最大操作压力 对于最高试压强度，只有加拿大的CSA-Z662-99标准中规定了最大强度试验压力以水作介质时产生的环向应力为110%SYMS，以气体作介质时产生的环向应力为95%SYMS，其他标准中都没有对此做出明确规定，而是让业主根据将来管道运行的可能自行确定。事实上，国外大部分管道在试压时的最大试压压力都在100%SYMS左右，有的甚至超过了110%SYMS，称为超强度试压，经过了高强度的试压过程，管道中绝大部分的固有缺陷都会暴露出来。