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【摘要】文章以国外某大型矿业项目的矿浆管道工程为载体,以低成本、高效率的方法对长输矿浆管道进行水压试验,通过试压分段、设备选型、注水、试压、排水等方案设计和施工全过程进行论证,取得非常好的效果,拓展了该领域水压试验的技术方法。
【关键词】长输矿浆管道;试压段划分;试压头制作;注水;排气
Hydraulic test practice of long-distance slurry pipeline technology research
Jin Feng1, Yu Chuan-dong 2
(1. China 22nd Metallurgical Group Municipal CorporationTangshanHebei063000;
2. Beijing Tianrun Construction Engineering Co., Ltd Beijing100000
)
【Abstract】A large-scale mining projects with foreign slurry pipeline project as the carrier, low-cost, efficient method of long-distance slurry pipeline pressure test, through the pressure test section, equipment selection, water, pressure, drainage the design and construction of such programs to demonstrate the whole process and achieved very good results, expanding pressure test in the field of technical methods.
【Key words】Long distance slurry pipeline; Pressure test segment division; Test pressure head production; Water input; Exhaust
长输矿浆管道的水压试验作为矿浆管道施工过程中的重要工序,与传统的长距离输送管道相比较,无论是试压方法、试压过程、还是试压设备均有着很大的区别。传统2的试压方式试压段距离短,注水排气效果差,效率低、效果差。采用此法可以增大试压段长度(最长试压段可达到35km),管道注水排气效果好,试压成功率高,试压效果显著,进而大大降低了试压成本。
下面我结合巴布亚新几内亚瑞目镍钴项目矿浆管道工程,简要阐述一下长输矿浆管道的水压试验技术。
1. 工程概况
巴布亚新几内亚瑞目镍钴项目矿浆管道工程,全长155km,我单位承担的标段为Mupu河至冶炼厂约68Km,管道选用材料为API5LX60,管径为632×11.1。管道设计工作压力10MPa,管沟深度约1.6米,过河时管沟深度2米。
2. 试压工艺及方法
试压流程:
试压准备注水排气管道强度试验管道严密性试验排气吹扫
2.1试压准备
2.1.1试压段的划分。试压分段主要考虑的问题是管道环向应力的校核计算,应做到技术上可行,经济上节省。
(1)试验压力的要求。X60632.3×11.1的管道最低试验压力为12.64MPa;由公式计算钢管的最小屈服强度为14.5MPa,按95%最低屈服强度计算的最高强度试验压力为13.78MPa;试压时,最低标高点的实际压力必须保持低于达到95%最低屈服强度时的压力,最高标高点的实际压力必须保持高于最低试验压力。
(2)试压段的长度确定。根据管线的走向,最低点与最高点相差约70米,管道标高起伏较大,因此我们按管线总长度均匀分配试压段长度,每个试压段长度在22Km左右,试压位置选择在靠近河流水源丰富的地方。
2.1.2试压头的制作。根据划分的试压段,每段设两个试压头,共需6个试压头,试压头形式如图1所示:
试压头制作要求:
(1)试压头采用与试压管道相同材质的管线钢,试压封头材质采用16MnR。封头厚度计算为:δ=Pc×Di/(2[σ]tθ-0.5Pc)=20×610/(2×163×0.9-0.5×20)=43mm;
(2)试压头采用工厂化制作,其焊接工艺严格按管道焊接工艺操作,管接头开口处须设补强板加固,补强板材质为Q235B,所有管接头均采用材质为20#的无缝钢管;
(3)所有焊口焊接完毕后,均须进行无损探伤检验,检验合格后,两个试压头组对在一起,将各管接头封堵,以与试压管道相同的试验压力进行水压试验,以满足工作压力安全要求。图1试压头制作示意图
2.1.3试压设备的准备
(1)注水设备:清管器、注水泵、压力泵、潜水泵、流量计、过滤器
(2)监视测量设备:压力图表记录仪、温度记录仪、电子温度测量仪表、压力天平、弹簧压力表
(3)其他辅助设备:蓄水罐、运水车、临时排水管、管件及阀门
2.1.4水源的准备
(1)根据规范规定,试压用水的水质必须符合以下要求:PH值6～9;盐分含量:最大2000mg/L;总悬浮物:50mg/L
(2)水源的位置:试压设施应尽量靠近河流,远离居住区。
2.1.5试压设备的配管安装
(1)试压头的配管,按图2进行配管连接。
(2)相邻试压段连接流程(见图3)。
(3)电源配置。两台注水泵功率为75KW,采用2台100KW的发电机供电;试压泵功率为35KW,采用两台50KW发电机供电。每台离心泵配置变频启动控制柜1个,并配置可移动式配电房一个,电路控制操作板及启动柜均放置在配电房内。由于上水系统为连续上水,为防止离心泵抽空,注水系统设置1套自动控制系统。
(4)监视仪表的安装。在试压管段每端各安装一台24小时压力记录仪和1块弹簧管型压力表;在试压现场,在首端用引管连接1台压力天平、1台温度记录仪;在距离试压管段每端大约300m处以及该管段的中部位置各放置1台温度记录器。
(5)清管器的安装。采用自制的推进装置并配合16吨吊车,将两台清管器安放在试压头端部的预定位置,然后将试压头焊接到试压管段上;三个试压段的所有试压头配管应同时安装完毕,然后在第一试压段头部连接好注水系统和试压系统设备准备进行注水试压。
图2试压头配管示意图
图3相邻试压段连接式示意图
2.2管道注水和排气
(1)各试压段注水量统计如下:
第一试压段(0+00-25+00):注水量7302.475m3
第二试压段(25+020-47+200):注水量6478.76m3
第三试压段(47+230-68+050):注水量6166.21m3
(2)在注水前的最后检查工作,需确认以下内容:
所有管子和螺栓接头不漏水;泵和压缩机工况良好;按注水速度注水时,水源供应充足;注水作业时,在试验管段的末端要备有排水和放气点,仪表准确妥当待用;清管器安装正确。
(3)注水时要做好试验管段的注水压力记录,记录环境和水的温度。
(4)最初,向第一个注水清管器前面的管道内注入300m长或250m3的冲洗水,然后通过改变阀门操作顺序依次向管内注水,注水时,两个清管器之间保持有300m的满水段,以防形成气穴。持续注水推动清管器和冲洗水,直至试压段注水完成。
(5)保持清管器和接收头之间有充足的备压,以便控制行走速度。
根据注水泵的排量和管道内截面积计算,清管器的行走速度为:V=Q/A=55/0.292=188m/h
各段注水时间的理论计算值如下:
第一试压段(0+00-25+00):注水时间133小时;第二试压段(25+020-47+200):注水时间118小时;第三试压段(47+230-68+050):注水时间112.3小时。
(6)注水完成后,进行24小时的稳定。检查管段两端的压差,并计算比较,证实该段特定的试验压力。注水过程中,在试压末端设排气阀进行排气。
(7)停止注水后,初步估算试验管道内的空气含量;同时,注水稳定后管道内的水和空气有时间分离,得到稳定的气团,如果可能,在试验首末端进行排气。
2.3管道试压。注水排气完成后,将所有的接口处(除压力表、压力天平、试压泵接口)安装盲法兰和封头,关闭与试验段相连的除测量机记录仪器之外的所有附属设备的阀门。
试压开始前,按照要求将相关测试仪器安装好。试压场地照明、通讯联络设施准备妥当,警示标识、警戒配合人员均要到位。
2.3.1强度试验
(1)缓慢地增加试验压力,达到试压段最高点试验压力的30%,检查所有的管件和连接段,看是否有漏水情况;继续增大压力至试验压力的60%,检查漏水情况和系统的完整性,然后根据试压计划继续增加压力。
(2)达到试压段的最高点的最小试验压力的102%。在低标高点,压力范围为最低试验压力加2%,而最高不能超过规定的最低屈服强度的95%。
(3)压力稳定后,在稳压试验的第一个30分钟,每5分钟记录一次压力天平的读数;第二个30分钟,每10分钟记录一次压力天平读数;再一个小时,每15分钟记录一次读数,以后每30分钟记录一次。
(4)在4小时稳压期内,必须至少有1小时的压力稳定期,否则需要延长试压期,直至出现1小时稳定期为止。在确定试验压力的变化时,需要综合考虑温度-压力变化的相互关系。如果强度试验在规定的最低测试压力下保持了4个小时,没有发生裂管、明显的压降或者由于温度损失要增加水量,则强度试验合格。
2.3.2严密性试验
(1)操作试压头(接收端)的阀门,将水注入下一试压段内,将试压管段最高标高点的压力降至10.0MPa的严密性试验压力。
(2)在规定的最低压力下,严密性试验维持24小时,如果没有出现最大为1%(100KPa)的压力降,则严密性试验合格。如果压力降超过100KPa,需要说明原因加以证明,如温度减低或者轻微泄漏。如果不能找出其他原因证明,则必须继续或重复进行严密性试验,直到达到满意的试验结果为止。
(3)严密性试验合格后,试验段准备排水,拆卸所有的现场接头,将试压设施移至下一试验段处。排水时本着节能的原则,利用试压段管道内压力和管道高差向下一试压段注水,同时通过流量计观察管道内的存水量。减压时要按照一定的速率减压,防止引起颤动,要缓慢开关泄压阀,防止水击荷载损伤组装管道。在试压段的高点位置,压力不要降低到300KPa以下,防止从高点排水。
(4)试压段内存水不多或地点存水无法排出时,可利用空压机产生压缩空气推动清管器在试压段内行走,将管道内存水清除干净。
3. 结语
长输矿浆管道的水压试验,其关键的工序在于试压前的各项准备和注水排气工作。而采用注水清管器技术很好的解决了长距里高压管道的排气问题,为强度试验的顺利进行提供了可靠的保证,同时大量的先进测量设备也为强度试验提供了有力的支持,使我们的试验更加有的放矢,更加科学,更便于控制试验过程,最终使长输矿浆管道的水压试验能够顺利完成,收到事半功倍的效果,提高施工效率,减低了施工成本。
参考文献
[1]《输油输气管道工程设计与施工技术及验收规范》
[2]《钢制压力容器》GB50-1998
[3]《长输管道水压试验中几个重要公式计算》作者赵传海
[4]《长输管道的清管、测径、试压技术》作者周玲
[5]《西气东输长距离大落差管道水压试验》作者李林、林金河
[6]《长输管道的水压试验的排空问题》作者安金龙
[文章编号]1006-7619(2010)03-01-117
【关键词】长输矿浆管道;试压段划分;试压头制作;注水;排气
Hydraulic test practice of long-distance slurry pipeline technology research
Jin Feng1, Yu Chuan-dong 2
(1. China 22nd Metallurgical Group Municipal CorporationTangshanHebei063000;
2. Beijing Tianrun Construction Engineering Co., Ltd Beijing100000
)
【Abstract】A large-scale mining projects with foreign slurry pipeline project as the carrier, low-cost, efficient method of long-distance slurry pipeline pressure test, through the pressure test section, equipment selection, water, pressure, drainage the design and construction of such programs to demonstrate the whole process and achieved very good results, expanding pressure test in the field of technical methods.
【Key words】Long distance slurry pipeline; Pressure test segment division; Test pressure head production; Water input; Exhaust
长输矿浆管道的水压试验作为矿浆管道施工过程中的重要工序,与传统的长距离输送管道相比较,无论是试压方法、试压过程、还是试压设备均有着很大的区别。传统2的试压方式试压段距离短,注水排气效果差,效率低、效果差。采用此法可以增大试压段长度(最长试压段可达到35km),管道注水排气效果好,试压成功率高,试压效果显著,进而大大降低了试压成本。
下面我结合巴布亚新几内亚瑞目镍钴项目矿浆管道工程,简要阐述一下长输矿浆管道的水压试验技术。
1. 工程概况
巴布亚新几内亚瑞目镍钴项目矿浆管道工程,全长155km,我单位承担的标段为Mupu河至冶炼厂约68Km,管道选用材料为API5LX60,管径为632×11.1。管道设计工作压力10MPa,管沟深度约1.6米,过河时管沟深度2米。
2. 试压工艺及方法
试压流程:
试压准备注水排气管道强度试验管道严密性试验排气吹扫
2.1试压准备
2.1.1试压段的划分。试压分段主要考虑的问题是管道环向应力的校核计算,应做到技术上可行,经济上节省。
(1)试验压力的要求。X60632.3×11.1的管道最低试验压力为12.64MPa;由公式计算钢管的最小屈服强度为14.5MPa,按95%最低屈服强度计算的最高强度试验压力为13.78MPa;试压时,最低标高点的实际压力必须保持低于达到95%最低屈服强度时的压力,最高标高点的实际压力必须保持高于最低试验压力。
(2)试压段的长度确定。根据管线的走向,最低点与最高点相差约70米,管道标高起伏较大,因此我们按管线总长度均匀分配试压段长度,每个试压段长度在22Km左右,试压位置选择在靠近河流水源丰富的地方。
2.1.2试压头的制作。根据划分的试压段,每段设两个试压头,共需6个试压头,试压头形式如图1所示:
试压头制作要求:
(1)试压头采用与试压管道相同材质的管线钢,试压封头材质采用16MnR。封头厚度计算为:δ=Pc×Di/(2[σ]tθ-0.5Pc)=20×610/(2×163×0.9-0.5×20)=43mm;
(2)试压头采用工厂化制作,其焊接工艺严格按管道焊接工艺操作,管接头开口处须设补强板加固,补强板材质为Q235B,所有管接头均采用材质为20#的无缝钢管;
(3)所有焊口焊接完毕后,均须进行无损探伤检验,检验合格后,两个试压头组对在一起,将各管接头封堵,以与试压管道相同的试验压力进行水压试验,以满足工作压力安全要求。图1试压头制作示意图
2.1.3试压设备的准备
(1)注水设备:清管器、注水泵、压力泵、潜水泵、流量计、过滤器
(2)监视测量设备:压力图表记录仪、温度记录仪、电子温度测量仪表、压力天平、弹簧压力表
(3)其他辅助设备:蓄水罐、运水车、临时排水管、管件及阀门
2.1.4水源的准备
(1)根据规范规定,试压用水的水质必须符合以下要求:PH值6～9;盐分含量:最大2000mg/L;总悬浮物:50mg/L
(2)水源的位置:试压设施应尽量靠近河流,远离居住区。
2.1.5试压设备的配管安装
(1)试压头的配管,按图2进行配管连接。
(2)相邻试压段连接流程(见图3)。
(3)电源配置。两台注水泵功率为75KW,采用2台100KW的发电机供电;试压泵功率为35KW,采用两台50KW发电机供电。每台离心泵配置变频启动控制柜1个,并配置可移动式配电房一个,电路控制操作板及启动柜均放置在配电房内。由于上水系统为连续上水,为防止离心泵抽空,注水系统设置1套自动控制系统。
(4)监视仪表的安装。在试压管段每端各安装一台24小时压力记录仪和1块弹簧管型压力表;在试压现场,在首端用引管连接1台压力天平、1台温度记录仪;在距离试压管段每端大约300m处以及该管段的中部位置各放置1台温度记录器。
(5)清管器的安装。采用自制的推进装置并配合16吨吊车,将两台清管器安放在试压头端部的预定位置,然后将试压头焊接到试压管段上;三个试压段的所有试压头配管应同时安装完毕,然后在第一试压段头部连接好注水系统和试压系统设备准备进行注水试压。
图2试压头配管示意图
图3相邻试压段连接式示意图
2.2管道注水和排气
(1)各试压段注水量统计如下:
第一试压段(0+00-25+00):注水量7302.475m3
第二试压段(25+020-47+200):注水量6478.76m3
第三试压段(47+230-68+050):注水量6166.21m3
(2)在注水前的最后检查工作,需确认以下内容:
所有管子和螺栓接头不漏水;泵和压缩机工况良好;按注水速度注水时,水源供应充足;注水作业时,在试验管段的末端要备有排水和放气点,仪表准确妥当待用;清管器安装正确。
(3)注水时要做好试验管段的注水压力记录,记录环境和水的温度。
(4)最初,向第一个注水清管器前面的管道内注入300m长或250m3的冲洗水,然后通过改变阀门操作顺序依次向管内注水,注水时,两个清管器之间保持有300m的满水段,以防形成气穴。持续注水推动清管器和冲洗水,直至试压段注水完成。
(5)保持清管器和接收头之间有充足的备压,以便控制行走速度。
根据注水泵的排量和管道内截面积计算,清管器的行走速度为:V=Q/A=55/0.292=188m/h
各段注水时间的理论计算值如下:
第一试压段(0+00-25+00):注水时间133小时;第二试压段(25+020-47+200):注水时间118小时;第三试压段(47+230-68+050):注水时间112.3小时。
(6)注水完成后,进行24小时的稳定。检查管段两端的压差,并计算比较,证实该段特定的试验压力。注水过程中,在试压末端设排气阀进行排气。
(7)停止注水后,初步估算试验管道内的空气含量;同时,注水稳定后管道内的水和空气有时间分离,得到稳定的气团,如果可能,在试验首末端进行排气。
2.3管道试压。注水排气完成后,将所有的接口处(除压力表、压力天平、试压泵接口)安装盲法兰和封头,关闭与试验段相连的除测量机记录仪器之外的所有附属设备的阀门。
试压开始前,按照要求将相关测试仪器安装好。试压场地照明、通讯联络设施准备妥当,警示标识、警戒配合人员均要到位。
2.3.1强度试验
(1)缓慢地增加试验压力,达到试压段最高点试验压力的30%,检查所有的管件和连接段,看是否有漏水情况;继续增大压力至试验压力的60%,检查漏水情况和系统的完整性,然后根据试压计划继续增加压力。
(2)达到试压段的最高点的最小试验压力的102%。在低标高点,压力范围为最低试验压力加2%,而最高不能超过规定的最低屈服强度的95%。
(3)压力稳定后,在稳压试验的第一个30分钟,每5分钟记录一次压力天平的读数;第二个30分钟,每10分钟记录一次压力天平读数;再一个小时,每15分钟记录一次读数,以后每30分钟记录一次。
(4)在4小时稳压期内,必须至少有1小时的压力稳定期,否则需要延长试压期,直至出现1小时稳定期为止。在确定试验压力的变化时,需要综合考虑温度-压力变化的相互关系。如果强度试验在规定的最低测试压力下保持了4个小时,没有发生裂管、明显的压降或者由于温度损失要增加水量,则强度试验合格。
2.3.2严密性试验
(1)操作试压头(接收端)的阀门,将水注入下一试压段内,将试压管段最高标高点的压力降至10.0MPa的严密性试验压力。
(2)在规定的最低压力下,严密性试验维持24小时,如果没有出现最大为1%(100KPa)的压力降,则严密性试验合格。如果压力降超过100KPa,需要说明原因加以证明,如温度减低或者轻微泄漏。如果不能找出其他原因证明,则必须继续或重复进行严密性试验,直到达到满意的试验结果为止。
(3)严密性试验合格后,试验段准备排水,拆卸所有的现场接头,将试压设施移至下一试验段处。排水时本着节能的原则,利用试压段管道内压力和管道高差向下一试压段注水,同时通过流量计观察管道内的存水量。减压时要按照一定的速率减压,防止引起颤动,要缓慢开关泄压阀,防止水击荷载损伤组装管道。在试压段的高点位置,压力不要降低到300KPa以下,防止从高点排水。
(4)试压段内存水不多或地点存水无法排出时,可利用空压机产生压缩空气推动清管器在试压段内行走,将管道内存水清除干净。
3. 结语
长输矿浆管道的水压试验,其关键的工序在于试压前的各项准备和注水排气工作。而采用注水清管器技术很好的解决了长距里高压管道的排气问题,为强度试验的顺利进行提供了可靠的保证,同时大量的先进测量设备也为强度试验提供了有力的支持,使我们的试验更加有的放矢,更加科学,更便于控制试验过程,最终使长输矿浆管道的水压试验能够顺利完成,收到事半功倍的效果,提高施工效率,减低了施工成本。
参考文献
[1]《输油输气管道工程设计与施工技术及验收规范》
[2]《钢制压力容器》GB50-1998
[3]《长输管道水压试验中几个重要公式计算》作者赵传海
[4]《长输管道的清管、测径、试压技术》作者周玲
[5]《西气东输长距离大落差管道水压试验》作者李林、林金河
[6]《长输管道的水压试验的排空问题》作者安金龙
[文章编号]1006-7619(2010)03-01-117