专利名称：一种高落差大口径油气管道试压排水方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铺设于高落差地区的大口径油气管道在试压试验之后的高落差大口径油气管道试压排水方法。
背景技术：
随着国内油气管道的增多，管道的长度、管径、输气量也在增加，同时施工条件也越来越复杂。目前，铺设于高落差地区的油气管道在试压后的排水过程中频繁出现爆管问题，严重影响管道铺设的进程，威胁施工现场工人和附近居民的安全。试压后扫水过程中出现爆管的现象在以前是不多见的，但随着铺设管道的地理条件复杂性的增加，我国的部分地区甚至出现超高落差的地势，加之管道的口径日益增大，导致爆管现象发生的可能性急剧增大。现行的管道试压排水实施方案中没有相应的防止试压后排水过程中发生爆管的措施，使之成为高落差地区试压排水施工中的一个操作盲点。因此迫切需要一种针对高落差大口径的油气管道试压后的排水方法。发明内容
本发明的目的是为了解决高落差、大口径的油气管道试压后在排水过程中由于水击引发的管道爆裂的难题，特提出一种用于高落差大口径油气管道试压排水方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种高落差大口径油气管道试压排水方法，其特征是先根据铺设管道的落差、管道直径选择空气压缩机的型号，空气压缩机所用的压力和排量要大于计算得到的最低额定压力和最小额定排量；其次进行设备安装，在主管线排水端的试压封头A上安装压力表，在试压封头A上焊接一个支管并安装一个高压闸阀A，在高压闸阀A出口端安装排水管；再在主管线的另一端试压封头B上焊接支管并安装高压闸阀B，将空气压缩机与高压闸阀B联接，此时清管器处于试压封头B内；在上述设备和仪表联接好后，开启高压闸阀A，开始自然排水，主管线内的水通过高压闸阀A从排水管排出，观察并记录压力表的压力值；当压力值降至预警压力弋时，打开高压闸阀B， 启动空气压缩机，清管器开始扫水，压缩空气通过高压闸阀B进入主管线，推动清管器向前运动，清管器推动水行进，水压升高，使压力表的压力值大于预警压力弋；在清管器扫水的过程中，当压力表的压力值再降至预警压力弋时，立即关闭高压闸阀A，排水管停止排水，待压力表的压力值升高到安全排水压力P2时，再开启高压闸阀A，继续排水，如此反复直至整个排水过程结束。
其中空气压缩机的额定压力 P > 15(Pf + Pw + Pr PJ = 15PC，式中趕表示克服清管器与主管线之间摩擦力所需的压力； 黑为管线中最大高程差引起的静水柱压力； Pw表示水在施工温度条件下的汽化压力；K为大气压力；Pc为空气压缩机所需提供的最低压力。
按空气压缩机所需提供的最小压力&下，清管器行走速度为0. 1 m/s计算所需排气量认每分钟所需气量殳=· ^i)3 X O-Ixm' /mk ),式中汐为主管线管道直径，4IZl单位为m。
预警压力巧=/^gAh+ Pr I iill Fi式中/ 表示水的密度； g表示重力加速度；Λ为出水口与主管线最高点的高程差； ^表示水在施工温度条件下的汽化压力； i*.为压力裕量，取ii =O MfPa。
安全排水压力P3 =巧+ Pai =巧+ OLWPa本发明具有以下有益效果(1)能够有效地阻止在高落差、大口径试压排水过程中的爆管问题；(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。
发明原理根据图1、图2所示，排水过程包括自然排水和扫水两个阶段，开启高压闸阀A7后，开始自然排水，随后管内压力逐渐下降，当主管线内最高点的压力值降至该水温下的汽化压力时，水在此处发生汽化并断流，如果自然排水继续进行，则在最高点会出现一段真空段10 并随着自然排水的进行不断增长，见图2。开启空气压缩机1后，清管器4推动水前行，真空段10逐渐缩小，当真空段10的上下游自由面发生碰撞时会产生压力波，对管道的安全产生不利影响。
在清管器4的扫水过程中，由于空气压缩机1的排量和压力限制，也会在主管线9 的最高点发生汽化引发断流，此后如果清管器4上游的高压气体压力升高推动水柱前行， 在真空段10消失时同样会引发弥合水击，若水击发生位置与出口较近，则会由于水击波在试压封头A6处的反射引起瞬时高压，当水击压强峰值超过主管线9管道的爆破极限时，就会发生爆管现象。为了避免爆管现象的发生，本发明给出压力表5的预警压力弋，当压力表 5的压力值降至弋时，通过关闭高压闸阀A，防止在主管线9的最高点发生汽化。从而有效避免爆管现象。


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为本发明的一种具体实施方式
的结构示意图。
图2为排水过程中管内水产生汽化断流现象的结构示意图。
图中1、空气压缩机；2、试压封头B ；3、高压闸阀B ；4、清管器；5、压力表；6、试压封头A;7、高压闸阀A;8、排水管；9、主管线；10、真空段。
具体实施方式
根据图1所示，管线铺设于高落差地区，假设管线中最大高程差Hmax为100m，管道外径々为1219mm，壁厚18. 4mm，施工现场温度为20° C。在主管线9进行试压实验之前，在排水端的试压封头A6上安装一个压力表5，同时在试压封头A6上焊接支管并安装一个高压闸阀A7，在高压闸阀A7出口端安装排水管8，再在主管线9的另一端试压封头B2上焊接支管并安装高压闸阀B3，在试压实验结束之后排水之前，高压闸阀A7和高压闸阀B3处于关闭状态。
选择合适排量和额定排气压力的空气压缩机1，空气压缩机1的额定压力广不低于l_5-(Pf+_ Pw+ Pf-Pb)，其中&为克服清管器4与主管线9之间摩擦力所需的压力，测量得到A为0. 3MPa,夂为主管线9中最大高程差引起的静水柱压力，由& 得/yiOOOkPa、/^为水在施工温度20° C条件下的汽化压力，=2. 34kPa，^为大气压力，取为101.325kPa。通过计算得到P =1. 8MPa，所选的空气压缩机的额定压力应该大于计算压力，故选择额定压力为2MPa的空气压缩机；按空气压缩机所需提供的最小压力&下，清管器行走速度为0. 1 m/s计算所需排气量认每分钟所需气量Q = X 0—J.5C 60x^^(m5 / :),其中汐为主管线直径，代入厂值和管道内径汐内，汐.a.^i=D-(2XIS. 4)=1182. 2mm，计算得到￠=78. 9 m3/min，故选取额定排量高于80 m3/min的即可，也可以将两台空气压缩机并联，达到SOm3Aiin的排量。将选好的空气压缩机1与高压闸阀B3连接。
在排水之前先计算出预警压力和安全排水压力值。预警压力弋依据下式确定 P1 = /^gAh + Pt + Pe P1 ,其中々水为水的密度、」力为出水口与主管线9最高点的高程差， 」力二7彻，g为重力加速度，取为lOm/s2，/^为压力裕量(取&为0. IMPa)，代入数据计算得到 Λ=0· 70MPa ；安全排水压力依据下式确定巧=0. 80MPa。
设备与仪表准备就绪后开始自然排水，开启高压闸阀A7，控制高压闸阀A7的开度缓慢泄放主管线9内的压力，主管线9内的水开始通过高压闸阀A7，从排水管8喷出。观察并记录压力表5的压力值4，随着水的排放，压力表5的压力值&逐渐下降，当降低到预警压力弋=0. 70Mpa时，开启空气压缩机1，打开高压闸阀B3，阀的开度为全开。空气压缩机1 开启后，空气通过高压间阀B3进入主管线9，推动清管器4向前运动，水被清管器4压缩，主管线9内的压力升高，压力表5的压力值&就会高于预警压力弋。在高压气体推动清管器 4扫水过程中，监测压力表5的读数，在压力值&降至预警压力弋时，则迅速关闭高压闸阀 A7，停止排水，空气压缩机1继续向主管线9内注入空气，待压力值&升高到安全排水压力 P2 =0.80MI^时，再开启高压闸阀A7，继续扫水，直至扫水过程结束。以此循环操作，可以有效防止爆管现象的发生，是安全、经济、简单的排水方式。
权利要求
1.一种高落差大口径油气管道试压排水方法，其特征是先根据铺设管道的落差、管道直径选择空气压缩机的型号，空气压缩机所用的压力和排量要大于计算的最低额定压力和最小额定排量；其次进行设备安装，在主管线(9)排水端的试压封头A (6)上安装压力表(5)，在试压封头A (6)上焊接支管并安装一个高压闸阀A (7)，在高压闸阀A (7)出口端安装排水管(8);再在主管线(9)的另一端试压封头B (2)上焊接支管并安装高压闸阀B (3)，将空气压缩机(1)与高压闸阀B (3)联接，将清管器(4)置于试压封头B (2) 内；在上述设备和仪表联接好后，开启高压闸阀A (7)，开始自然排水，主管线(9)内的水通过高压闸阀A (7)从排水管(8)排出，观察并记录压力表(5)的压力值；当压力值降至预警压力弋时，打开高压闸阀B (3)，启动空气压缩机(1)，清管器(4)开始扫水，预警压力 P1 = Ρ^ +Ρ, +Ρ· Pa，式中表示水的密度，g表示重力加速度，Ah为出水口与主管线最高点的高程差，芬表示水在施工温度条件下的汽化压力，《为压力裕量，取之=O lMPa ；随着清管器(4)的推动，水被压缩，主管线(9)内的压力升高，压力表(5)的压力值大于预警压力Λ，水不断排出； 在清管器(4)的扫水过程中，当压力表(5)的压力值降至预警压力Λ时，立即关闭高压闸阀A (7)，排水管(8)停止排水，待压力表(5)的压力值升高到安全排水压力P2时，即 P2 =^ + ^=^ + 0-1 时，再开启高压闸阀Α(7)，继续排水，如此反复直至整个排水过程结束。
2.根据权利要求1所述的油气管道的试压排水方法，其特征是上述空气压缩机的额定压力/>1..5(；/〖+唇+巧-OlJPt7 ,式中趕表示克服清管器与主管线之间摩擦力所需的压力，之为管线中最大高程差引起的静水柱压力，乓表示水在施工温度条件下的汽化压力，Pa为大气压力，A为空气压缩机所需提供的最低压力；上述空气压缩机的额定排量·0 =,式中D为主管线管道直径，单位为米。
全文摘要
本发明涉及一种用于铺设在高落差地区的大口径油气管道试压后的排水方法。它解决油气管道在排水过程中由于水击引发的管道爆裂。其技术方案是先根据铺设管道的落差、管道直径选择空气压缩机的型号；再在主管线排水端试压封头A上安装高压闸阀A及压力表，高压闸阀A联接排水管；主管线另一端试压封头B接高压闸阀B，再接空气压缩机，此时清管器处于试压封头B内；开启高压闸阀A，开始自然排水，当压力降至预警压力时，打开高压闸阀B，启动空气压缩机，清管器开始扫水；当压力降至预警压力时关闭高压闸阀A，停止排水，待压力升高到安全排水压力，再开启高压闸阀A，继续扫水，如此反复直至结束。本发明能有效阻止爆管，结构简单、操作方便。
文档编号G01N3/12GK102494952SQ20111039359
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者冯斌, 叶哲伟, 张梁, 梁政, 田家林, 肖仕红, 蒋发光, 赵广慧, 赵洪瑞, 邓雄, 魏秦文 申请人:西南石油大学