海底双层保温管道系统最终压力测试接受标准的探讨

康一龙，张人公，王 怡，满新宝，王进成

（1.深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518052；2.中海石油深圳分公司，广东深圳 518052）

海底双层保温管道系统最终压力测试接受标准的探讨

康一龙1，张人公1，王 怡2，满新宝1，王进成1

（1.深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518052；2.中海石油深圳分公司，广东深圳 518052）

海底管道系统最终验收时间的长短直接关系到施工资源的投入和管道的投产时间，因此在保证管道建设质量的前提下，更快地完成海底管道的验收工作一直是施工方与油田方共同追求的目标。在最终验收的压力测试环节，随着我国海底管道工程向深水方向发展，海底管道的压力测试施工时间呈现出越来越长的趋势，海底双层保温管道压力测试施工的时间增加尤为显著。为缩短管道的压力测试时间，根据双层海管内介质温度与压力的变化关系，结合南海部分项目的实际压力测试情况，通过分析、对比温降和压降的变化情况，对现行的最终压力测试接受标准进行了探讨，提出了新的压力测试接受标准。

海底管道；压力测试；接受标准；探讨

0 引言

海底双层保温管道因其保温效果显著，投用后内管受机械损伤概率小等特点，在南中国海的油田中已较广泛的被使用。该管道一般由内管、保温层、外管和外防腐层等组成 （见图1）。

由于海底管道建设的投资费用高，施工难度大，施工风险高，且其后期的检查和维护异常困难，故在施工和验收时的标准都高于陆地管道。在最终压力测试验收方面，海底管道的压降接受标准更是只有陆地管道的1/5[1-3]。然而，因海底管道压力测试一般采用表层海水充当管道内介质，所以当水深增加时，表层海水和底层海水的温度差异会大大增加，这直接影响海底管道的稳压时间，且对于海底双层保温管道的影响尤为显著。

1 海底管道的最终压力测试接受标准

目前我国的海底管道系统暂无国家标准/规范，行业标准也是参照挪威船级社 （DNV）标准进行编制的。在实际工程验收过程中，海底管道的最终压力测试接受标准一般采用DNV的接受标准。

1.1 国内行业标准

SY/T 10037-2002《海底管道系统规范》为最新的海底管道接受标准，等同采用挪威船级社 《海底管道系统规范》 （DNV,Rules for submarine pipeline system，1996年版），本标准第9章第15节 “最终试验和运行设备”中描述了海底管道最终压力测试的接受方法[1]。

1.2 DNV标准

DNV-OS-F101，SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS（2007版） 第10章 “O.Final Testing and Preparation for Operation” 中描述了海底管道最终压力测试的接受方法[3]。

1.3 国内行业标准与DNV标准的分析

国内行业标准与DNV标准其实为DNV标准的旧新两个版本，除可缩短稳压接收周期的容积范围变小之外，最终压力测试的接受方法基本没有变化。采用此标准进行验收，如果管道建设质量合格，最终肯定可以满足其标准。

对于单层管或者浅水处管道，虽然温差对验收时间有一定影响，但是由于施工准备耗时填补了一部分热平衡时间，所以其影响不是非常明显。然而随着水深增加，温差变大，海底双层保温管道压力测试施工的时间增加却非常明显。现行的国内行业标准或DNV标准没有对此时的接受标准有一个指导性的意见或建议。目前南中国海的双层保温海底管道工程日渐增多，一项切实可行的压力管道接受标准，无论是在经济上还是环境保护上都具有十分积极的意义。

2 南中国海近期部分海底双层保温管道压力测试

随着我国海洋石油工程建设不断向深海方向发展，南中国海的海底管道施工量逐渐增多。现对近期南中国海的部分海底双层保温管道的压力测试情况进行汇总，见表1。

表1 南中国海近期部分双层海底管道压力测试情况汇总

3 温降、压降变化分析方法

管道内温降、压降的分析方法已经比较成熟，现对目前较常采用的温降、压降的分析方法进行介绍。

3.1 温降分析方法

采用PIPEFLO软件中的模块对海底双层管道内海水的温度随时间变化的情况进行分析。该模块的计算公式如下：

式中Tτ——停输τ小时后管内介质温度/℃；

Te——管道外围环境温度/℃；

Ts——开始停输时管内介质温度/℃；

D——管道保温层外径/m；

k——管道总传热系数/（W/（m2·℃））；

τ——停输时间/h；

C0——管内介质比热容/（J/（kg·℃））；

ρ0——管内介质密度/（kg/m3）；

d0——内层钢管的内径/m；

Ci——第i层材料的比热容/（J/（kg·℃））；

ρi——第i层材料的密度/（kg/m3）；

d0i——第i层外径/m；

dii——第i层内径/m。

因压力测试用水一般直接采用平台附近海水，故选择相同深度的取水口处海水温度为管内的起始温度Ts。整条管道的管外温度Te一般直接取海底管道路由的海底平均温度。

3.2 压降分析方法

单位温度压力变化的计算公式为：

式中ΔP——单位温度的压力变化/（105Pa/℃）；

β——水膨胀系数/℃；

α——钢膨胀系数/℃；

υ——Poisson比；

E——杨氏模量，为2.06×1011Pa；

T——管壁厚/m；

K——水压缩系数/105Pa-1。由该公式可知，一旦管道参数确定，较小幅度的温度变化对单位温度的压力变化产生的影响微乎其微，单位温度的压力变化可以视为恒定。

4 理论与实际数据对比分析

相对于经温度变化校核后的接受标准 “≤±0.4%测试压力”而言，单位温度的压力变化一般远远大于接受标准。根据温降—压降的变化关系建立物理模型，采用VB软件编写温降—压降数值计算程序，通过数值计算，对压降的理论与实际数据进行对比分析。

4.1 实际温降、压降的影响因素及应对方法

受环境变化、设备能力、仪表误差及施工方法等因素影响，任何工程的温降—压降过程都不可能与理论分析时的条件完全一致。表2对主要影响因素进行了归纳，并提出了应对方法。

4.2 番禺4-2/5-1海底管道更换项目压力测试分析

番禺4-2/5-1海底管道更换项目进行最终压力测试施工时因突遇强台风，故海底管道内外温度热平衡有足够的时间进行。该管道总长18270m，除中间53 m单层裸管外，其余管道直径为304.8 mm/406.4 mm（12 in/16 in）的双层保温管道。因裸管存在，管道的总传热系数大于正常双层保温管道，具体分析结果见表3。

由表3可知，理论稳压时间和实际稳压时间非常接近。

表2 实际温降、压降的影响因素及应对方法

表3 番禺4-2/5-1海底管道更换项目压力测试分析

4.3 西江合并项目压力测试分析

西江合并项目海底管道总长22 170.3 m，全程均为直径304.8 mm/406.4 mm （12 in/16 in）的双层保温管道。本项目的压力测试参数见表4。其理论温降与理论压降曲线见图2和图3。。因实际施工中有多次升压与降压过程，现取外界影响最小的第一次实际压降情况与理论压降情况进行对比和分析，见图4和图5。

根据分析结果可知：

（1）管道温度变化逐渐变小，最终趋近于海底温度 17.5°C。

（2）受管内温降变小影响，压力变化逐渐变小。

（3）24 h理论压降曲线与实际压降曲线几乎重合。

（4）24 h理论压降与实际压降之差始终保持在“±0.4%测试压力”范围内。

5 接受标准探讨

存在漏点的管道，其温降—压降变化是不满足理论压降变化规律的，故其实际压降曲线与理论压降曲线不可能长时间的吻合。质量合格的海底双层保温管道系统内的温降是有规律的，在其他条件不变的情况下，单位温度下的压力变化是一定的。

根据温降—压降变化理论和理论、实际数据对比分析结果，在不改变原标准内容的前提下，对海底双层保温管道系统最终压力测试进行接受时，建议新增如下两条标准：

（1）实际压降随管道内温降变化而呈规律性变化。

（2）规定稳压时间内 （一般为24 h），同一时间的理论压力与实际压力之差如果始终保持在≤“±0.2%测试压力”，该压力测试是可以接受的；如果差值始终保持≤ “±0.4%测试压力”，但能用文件解释清楚由温度变化或其他因素造成其压力变化的原因，该压力测试通常也是可以接受的。

6 结束语

本文从海底双层保温管道系统最终压力测试的实际出发，以现有的海底管道系统验收规范为基础，结合温降、压降的变化关系，提出了海底双层保温管道系统最终压力测试的新验收方法。该方法在实际工程验收中也已有过一定的运用，实践结果证明，验收后的管道符合原规范和设计中的各项指标，新的验收方法在实际应用中具有可行性和可操作性。

[1]SY/T 10037-2002，海底管道系统规范[S].

[2]SY 4204-2007，油气田集输管道工程[S].

[3]DNV-OS-F101-2007，SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS[S].

[4]王红菊,田丽.管道压力测试过程稳压时间的理论研究[J].油气储运，2009，28（2）:33-36.

[5]Gray J C.How Temperature Affects Pipeline Hydrotesting[J].Pipeline Gas Journal，1976，（203）：26,28,30.

Discussion of Final Pressure Testing Acceptance Standard for Subsea Insulated Pipe-in-Pipe System

KANGYi-long（OffshoreOilEngineeringCo.,Shenzhen518052,China），ZHANGRen-gong，WANGYi，etal.

The time period for final acceptance of subsea pipeline system influences directly the involved construction resources and the pipeline official operation time,so completing the pipeline acceptance work in a shorter time is a common aim for client and contractor under the precondition of ensuring pipeline construction quality.As the development of subsea pipeline projects tends to deep water,the pipeline pressure test time in final acceptance work becomes longer,especially for pipe-in-pipe （PIP） system.However the practice proves that PIP system which has the normal pressure drop graph doesn’t leak.To shorten the pipeline pressure testing time,this paper,based on the relationship between temperature and pressure of the medium in PIP system and combined with the pressure test cases of some projects in South China Sea,discusses the present“Final Pressure Testing Acceptance Standard”through analysis and comparison of the temperature drop and pressure drop,and suggests a new criterion.

subsea insulated pipe-in-pipe;pressure test;acceptance standard;analysis;discussion

TE973.6

A

1001－2206（2011）05－0010－04

康一龙 （1979-），男，湖北人，工程师，2002年毕业于武汉理工大学船舶与海洋工程专业，现主要从事海底管道工程的安装设计及项目管理工作。

2010-10-29；

2011-05-27