随着武汉1+8城市圈建设的高速发展，天然气在城市能源结构中所占比重越来越大，全省各个城市长距离高压燃气管道的建设随之蓬勃发展。为了保证输气品质，清管试压成为施工中的重要环节。
城市长距离高压燃气管道的清管试压与城镇燃气管道的清管试压是不同的。长距离高压燃气管道通常设计在城市的外环，穿越农田、丘陵、山坡较多，管道起伏较大，为减少管道碰头工程量和水资源的浪费，提高清管试压工作效率和经济效益，城市长距离高压燃气管道分段一般为10km～25km；而在城镇燃气管道安装过程中，为避免占道时间过长，管线的最大分段不超过1km。这使城镇燃气管道清管试压相关规范及标准已不能满足城市长距离高压燃气管道的要求，因此，城市长距离高压燃气管道清管试压更多的引鉴了长输管线的标准。我参加了武汉市天然气高压外环工程和鄂州市杜山-葛店高压天然气管道工程施工，就城市长距离高压燃气管道的清管试压归结以下几项要点。
1 确定管道分段长度
在试压时，如果管道高差过大，最低点静水压力增加，可能会使此点的应力超过管材屈服强度而损坏；因此，清管试压前，应进一步踏勘现场，找出管线最高点与最低点位置。在管道起伏较大的地段，尽量缩短管段的试验长度，控制高差在30m以内；当无法避免高差超过了30m时，应核算管道最低点的环向应力。
城市长距离高压燃气管道大多设计在偏僻的地方，上、排水困难。因此，管道分段时，要充分考虑上水和排水条件。上水点的位置应选在取水方便、水质符合设计要求、足以满足清管试压用水、设备便于进出的地方。排水点则应选择在不影响交通、不影响周边环境，排除的水能顺利流向相关部门指定的位置。
管道的分段端点应尽量选择在地形较为平整，管道设计坡度较小的地段，减少碰头时难度，以保证碰死口焊接质量。
合理管道分段，有利于试验成功和施工效率的提高，有利于环境保护，更有利于安全防护工作，因此，要高度重视管道的分段工作。
2 清管、试压参数的确定
2.1 试压段强度核算
对于高差超过30m的试压段，应根据该段的纵断面图计算管道最低点的静水压力，并核算其环向应力。环向应力值不得大于管道最低屈服强度σs的0.9倍，同时最高点试验压力值不应低于设计压力。
管道最低点产生的环向应力为σh=(P×d)/(2δ)
这个环向应力是由试压时静水压力与试验压力的共同作用产生的，其管道最低点的压力值为P＝Ps+Pj
式中σh——由内压产生的环向应力；
P——管道在试压时的最大内应力；
d——管道的外直径；
δ——管道的公称壁厚；
Ps——水压试验的强度试压设计值；
Pj——试压段的最大静水压力。
应σh＜0.9σs
2.2 试验压力计算
我们要特别注意，管道试验压力应以最高点为准。管道安装中，管段两端并不一定是最高点，当两端的压力表读数升至设计试验压力时，并不等于整个管道各点均达到这个压力。管道两端试验压力还应考虑最高点与两端高差产生的静水压力对其作用。
即：P起=Ps+Pj起
P终=Ps+Pj终
2.3 注水时间的计算
注水时间的计算与选择的泵型、管径大小以及管道长度有关，注水上水率按95%计算，则本段管线注水需要时间为
本管段容积÷(注水泵组注水量×95%)
注水时间的计算便于试压工作时间的安排。
3 清管、试压设备选型
3.1 清管器的选择
城市长距离高压燃气管道清管、扫水均采用清管器清扫。清管器是由钢骨架主体和其上安装的各种清管工具组成。
管道清扫时，将具有一定过盈量的清管器置于管道中，使之外沿与管道内壁形成良好的弹性密封，然后输入介质(通常为压缩空气或水)，使清管器前后产生足够的压差，推动清管器在管内运行(如图1)。
常用的清管器有皮碗、直板和混合式清管器。
皮碗清管器，主体上配置碗状聚胺酯，其柔韧性能好，即使管道有变形现象，皮碗仍能具有良好的密封，从而顺利通过，清除管道污物。
直板清管器与皮碗清管器不同的是将聚氨酯做成圆盘状，具有双向运行特点。当直板清管器在运行中被卡时，可在反方向输入介质将球推回原处，提高了清管的安全性；同时，直板清管器清管对管道内壁具有良好的擦刮作用。
混合清管器是由皮碗和直板组合而成，即可保证清管时的密封性能，又可保证较好的清管效果。为了及时检测管道变形情况，还可在清管器上安装测径板。
3.2 空压机的选择
清管器是靠向管内输入介质产生的压差为动力运行的。在城市长距离高压燃气管道清管时，这个介质通常为压缩空气，因此，应合理选择空气压缩机。一般清管器的速度控制在每小时2km～4km，这样可根据管径计算出每分钟所需的压缩空气量，即：
Q=πd2T0PmV/4P0TZ
式中：Q——单位时间进气量
T——清管后管段内气体的平均温度
V——清管器运行速度
Pm——推清管器压力
P0——0.101325 TO——293.15K
Z——气体的压缩系数 d——管道内径
3.3 泵的选择
城市长距离高压燃气管道试压需水量大，试验压力高，而我们知道泵的特性是流量与压力成反比，这就是泵选型时要解决的矛盾。兼顾到注水和升压速度，所用的泵分为注水泵和升压泵。注水泵流量大、压力低，升压泵则压力高、流量低。注水泵和升压泵选择是否合适，对试压效率及工期有很大的影响。注水泵流量过大，会因压力太小而使后期的升压时间过长；注水泵压力太大，则会因流量过小使注水时间过长；这两种选型方式均不能达到高效的试压效果，而且电机功率大，需发电量大，随之配置的发电机功率大，增加了设备投资；设备庞大还会给运输及在施工现场的摆放带来困难。
为了平衡流量与压力关系，试压时，可分三级泵组升压。即首先用流量较大、压力较低的双吸离心泵给管道快速上水至满，此时水有比较大的压缩空间，再用多级离心泵注入具有一定压力能量的水对管道进行升压，随着压力的不断升高，水的压缩空间愈来愈小，而升压速度越来越快，当压力升至试验压力的60%，应及时改用带有电接点压力表的电动试压泵控制升压速度，一旦管道压力升至试验压力自动断电，进入保压状态。这种试压泵组可大大缩短试压工期，泵体积小，适用于野外作业，配置的发电机组比较经济，且试压安全可靠。
4 清管、试压装置的设计
清管、试压装置均属压力容器设备，设计及制作应严格遵循《特种设备安全技术》规则和《钢制压力容器》GB150标准。
4.1 清管装置
清管装置用于管道清扫，分为发射球装置和接收 球装置两部分(如图2)。
发射球装置的设计应考虑安装清管器的方便，制作成喇叭口型；接收球装置的设计则要考虑有足够的空气排放能力；而且当清管器到达终点，顶端排气口被封堵时，接收球装置应能继续通畅排气，因此，在接球装置上必须具有两个以上的排气口，且排气口的间距应大于清管器的长度。
虽然清管器的运行压力并不高，但如果遇到卡球，可能会使清管器的背压达到接近设计压力，故清管装置的承压能力不得低于管道的设计压力。
4.2 试压装置
试压装置用于管道的强度试验和严密性试验，连接着各种设备和测量仪表，它的设计压力不应低于管道强度试验压力。
因长距离高压燃气管道敷设起伏大，管道试压注水时，若管内空气不能顺利排除，很容易造成气堵，这样不仅升压速度缓慢，而且气体的压缩性影响了试压结果的稳定性和准确性。然而管道的最高点并不一定在管道的两端，而多在管道中部，此部位不适宜开孔排气。所以，试压前应预先在管内放置隔离清管器，进水时清管器自然将空气和水隔断。清管器在水的推动下运行，压缩前方空气，使之从管道末端的排气口排出，以达到排尽管内空气的目的。
试压完成后，对管道进行泄压。当管内压力与大气压平衡时，管道低处的水停止流动。为解决这一问题，同样，试压前预先在管内放置一个隔离清管器，待试压完成后，用压缩空气为动力推动隔离清管器运行，扫除管内存积水。
通过上述分析，为达到排尽管内空气或水的目的，试压装置的设计如图3、图4所示，应能放置至少两个清管器，并且要有足够的进口和出口，各阀门之间的距离大于清管器的长度，保证两个清管器在任何位置进排水、气畅通。
4.3 清管、试压装置技术要求
清管、试压装置简体可用与主管相同的材质也可用16Mn钢，其厚度应不小于主管壁厚。对筒体上的开孔应严格按 《补强圈》JB/T4736标准进行补强。
在使用清管、试压装置前，要完成清管、试压装置的各种部件的安装，然后对清管、试压装置进行压力试验，试验压力为管道最大试验压力的1.25倍，稳压1h合格后，方可与试压段管道连接。
5 清管操作要点
打开发射球装置盲板，将清管器送入其大小头处压紧以防串气，关闭盲板，关闭发球装置上的放空阀，打开首端压力表阀门，打开收球装置上的排污、排气阀。开启空压机出口阀门，通过发球装置上的进气口注入压缩空气，发送清管器。为了监测清管器的运行状态，发生卡堵时能迅速定位，在弯头等容易发生卡球的位置设置清管器通过指示仪，并派专人观察。
一般，清管器运行速度控制在每小时2km～4km，运行压力为0.05MPa～0.2MPa。
可根据以下公式计算出清管器运行距离和速度，判断出清管器所在位置和通球时间：
清管器的运行距离：L=4P0TZQ/πd2T0Pm
清管器运行速度：V=L/t
Q——发清管器后的累计进气量
L——清管器运行距离
t——清管时间
若清管器停止运行，并且清管器后面的压力持续上升，则判定为清管器遇卡，此时应及时对首末端进行卸压。因清管器装有电子发射器，根据运行速度、时间的计算和清管器通过指示仪确定清管器大概位置，然后用电子接受仪探测其具体位置，挖出管道断管，取出清管器，最后将此管段焊接，无损探伤合格后再次清管。
在进气量没有减小的情况下，若推球压力不增加，并且计算清管器运行距离远大于实际运行距离，可判定为清管器漏(串)气。其主要原因是清管器过盈量太小，与管道密封不严或首端进气量偏小。解决方法是再发射一个过盈量更大的清管器或增大管道的进气量。
6 试压操作要点
根据地理环境条件，确定上、排水位置，选择地形较高一端安装隔离球接收装置，防止排水倒灌。为了避免注水时管道的剧烈震动和环境温度对试压的影响，在试压前，沟槽回填应至管上方0.5m以上，且裸露在外的管子不宜太长。
为解决全线注水时排除空气和泄压时排除积水问题，试压装置与管道连接前预埋注水隔离清管器和扫水隔离清管器，注水清管器采用皮碗式，扫水清管器采用直板式获混合式，并装上电子发射机，通过接收装置随时跟踪清管器所在位置。试压装置与管道连接应按相应材质的焊接工艺评定及规程进行焊接，焊好后做100%射线拍片检验，合格后方能开始上水试压。
在试压过程中，要注意平稳升压和缓慢泄压，以避免巨大的冲击力将管道焊缝撕裂。
城市长距离高压燃气管道清管试压是否能一次性合格与管道安装质量有密切的关系。若管子组对错边量或借角过大、管子焊缝内壁焊瘤过高等现象均会造成清管器卡堵，甚至会造成严重的经济损失。因此，在管道的安装过程中，精心组织、精心施工，加强质量管理与监督是十分重要的。
(本文作者：郭汉军 武汉市燃气热力工程公司 430051)
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