楊文

中國石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠

背景

天然氣儲(chǔ)氣庫具有季節(jié)調(diào)峰、應(yīng)急保供、戰(zhàn)略儲(chǔ)備及市場(chǎng)調(diào)節(jié)四大功能，是保障天然氣安全平穩(wěn)供給的“地下糧倉”，高壓注采、壓力交變、大氣量強(qiáng)注強(qiáng)采是儲(chǔ)氣庫運(yùn)行的突出特點(diǎn)。某儲(chǔ)氣庫是一座含硫儲(chǔ)氣庫，其集注站內(nèi)管道材質(zhì)為L(zhǎng)360QS，最小屈服強(qiáng)度為360 MPa，于2014年11月投運(yùn)，運(yùn)行分為注氣階段和采氣階段，其中注氣階段需要大功率壓縮機(jī)對(duì)天然氣進(jìn)行增壓。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)造成與之相連的管道振動(dòng)，可能導(dǎo)致管道出現(xiàn)應(yīng)力增大情況。為保障管道安全運(yùn)行，防患于未然，有必要對(duì)管道應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否在安全范圍內(nèi)。同時(shí)開展管道應(yīng)力實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，掌握管道應(yīng)力變化情況。

做法

（1）結(jié)合儲(chǔ)氣庫運(yùn)行特點(diǎn)，采用超聲波法對(duì)注氣初期、注氣中期、注氣末期三個(gè)階段的管道應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，其中初期和末期單臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行，中期兩臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行。檢測(cè)位置為振動(dòng)較大的部位，包括壓縮機(jī)進(jìn)出口管道、除油器進(jìn)出口管道。每條管道檢測(cè)2～4處管環(huán)，每處管環(huán)檢測(cè)4個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)檢測(cè)8次，去除粗大誤差2次，剩余6次求平均得出最終值。

（2）根據(jù)應(yīng)力檢測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合管線振動(dòng)情況，選取10個(gè)點(diǎn)開展在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)。應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由前端傳感器、采集器、控制器和軟件構(gòu)成（圖 1），每個(gè)采集器支持4路信號(hào)輸入，采集器與采集器、采集器與控制器之間均采用RS485總線通訊，每臺(tái)控制器支持4路總線信號(hào)輸入，每一路總線最多支持8個(gè)采集器。傳感器選用DH1250（K）表面應(yīng)變計(jì)，它是一種高精度電阻應(yīng)變計(jì)。傳感器的應(yīng)變檢測(cè)數(shù)據(jù)通過采集器、控制器傳輸至監(jiān)控電腦，由監(jiān)測(cè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、處理、分析、預(yù)警，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、異常預(yù)警（圖 2）。

圖 1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖 2 應(yīng)力實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)

（3）壓縮機(jī)除油器進(jìn)出口管道注氣初期測(cè)得應(yīng)力值為68.82 MPa～238.76 MPa，平均168 MPa；注氣中期測(cè)得應(yīng)力值為93.24 MPa～177.6 MPa，平均117 MPa；注氣末期測(cè)得應(yīng)力值87.69 MPa～ 223.11 MPa，平均143 MPa。壓縮機(jī)進(jìn)出口管道測(cè)得應(yīng)力值為23.31 MPa～97.12 MPa，總體應(yīng)力水平很低。檢測(cè)數(shù)據(jù)表明壓縮機(jī)進(jìn)出口管道和除油器進(jìn)出口管道應(yīng)力值均小于0.7倍管道最小屈服強(qiáng)度，處于安全范圍內(nèi)。除油器進(jìn)出口管道應(yīng)力值大于壓縮機(jī)進(jìn)出口管道應(yīng)力值，且注氣初期管道應(yīng)力值最大，其次是注氣末期，注氣中期管道應(yīng)力值最小，表明兩臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)比單臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)管道應(yīng)力小。

自2023年3月起，該儲(chǔ)氣庫管道應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行，近一年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明重點(diǎn)管道各點(diǎn)應(yīng)力值波動(dòng)范圍均較小，且小于0.7倍管道最小屈服強(qiáng)度，管道應(yīng)力始終處于安全范圍內(nèi)。

啟示

（1）超聲波法是一種無損應(yīng)力檢測(cè)方法，檢測(cè)時(shí)不影響管線正常運(yùn)行，且有較佳的空間分辨率和較大范圍的檢測(cè)深度，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方便快捷，具有較好的應(yīng)用前景。應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系來實(shí)時(shí)、在線、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)管道應(yīng)力，可進(jìn)行應(yīng)力變化規(guī)律的研究。

（2）新儲(chǔ)氣庫建設(shè)時(shí)，管道焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格避免強(qiáng)力組對(duì)造成應(yīng)力集中，在保障焊接質(zhì)量、滿足焊接規(guī)程的前提下可降低施焊溫度以減小焊接殘余應(yīng)力；在安裝管卡、支撐時(shí)松緊程度盡量一致，避免造成管道應(yīng)力突變。

（3）新儲(chǔ)氣庫在建設(shè)期即可配套安裝應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控重點(diǎn)管道應(yīng)力，掌握儲(chǔ)氣庫管道全周期應(yīng)力變化情況。

作者簡(jiǎn)介：楊文，1990年生，本科，工程師，從事管道和站場(chǎng)完整性管理工作。聯(lián)系方式：17791240024，yangw2_cq@petrochina.com.cn。