МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ПРОДУКТОПРОВОДОВ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

Р 586-85

Москва 1986

УДК 622.692.47.02

Настоящие Рекомендации устанавливает аналитические зависимости (уравнения), связывающие нейду собой изменение объема (утечку) воды в трубопроводе с изменением давления и температуры трубопровода, их параметрами, количеством воздуха, оставив -гося в трубопроводе после заполнения его водой, а таксе графические зависимости и методику для определения времени температурной стабилизации при гидрсиспытаниях магистральных прэдуктопроводов.

Рекомендации'разработали сотрудники лаборатории строительства специальных трубопроводов Киев-скот’с с^-дилла ЗНИйЗТа: кандидаты техн.наук З.И.Ко-зидпии, £./>.Уогил.Ыи-й1, А.А,Свердлов; инженеры A.id. Валеева, Ч.В.Туб, А.м.Ха*нпк.

©Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ), 1986

Рис.З. Зависимость продолжительности теипературной стабилизации трубопровода диаметром 273 т от температур грунта t%p и закачиваемой воды t_s при коэффициенте теплопооБОдиссти грунта J = 0*93 Бт/н*?рад (G*dO ккал/м*ч*град) и суточном изменении давления воды ар = зо.кПа (0,5 кгс/см²)

Рис Л. Зависимость продолги-тельности температурной стабилизации трубопровода диа -ветром 273 мп от температур грунта tip и закачиваемой воды ts при коэффициенте теплопроводности грунта Л =

= 0.33*Бт/м*град (0*3с хкал/м-чтрад) и суточном изменении давления воды Ар - 100 кПа (I кгс/см^)

Приложение I Рекомендуемое

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ПАРАМЕТРОМ ГИД'лБДпЧЕСХПХ ИСПЫТАВ,.

Пример I. РАСЧЁС ВЕХлЧШШ ЛйЧХй ВОД. ПРИ HKiSliilk ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ В ИСПЫТЫВАЕМОМ УЧАСТКЕ ТРУБОПРОВОДА

Исходные данные:

И s 0,406 м - внутренний диаметр трубопровода;

L - 50 • Ю³ м - длина испытываемого участка;

8 = I • Ю'² и- толщина стенки трубопровода;

Pj = 7,0 МПа - давление воды в момент начала испытания;

?2 = 6,7 МПа - давление воды в момент окончания испытания;

Tj = 285 К - среднее значение температуры воды на участке в момент начала испытания;

Tg = 287 К - то же в момент окончания испытания;

Т — ²85 .t 287 _ _Ср_еднее значение температуры воды, К;

£ = 0,03 - доля воздуха, содержащегося в трубопроводе, приведенного к состояыш при P_Q = 0,1 МПа и T_Q = 293 К;

Е = 0,211 • Ю⁶ ХПа - модуль упругости материала трубы;

JJ - 0,3 - коэффициент Пуассона;

U = 1,11 • 10“³ I/град - коэффициент линейного расширения материала трубы;

Z_cp= I - коэффициент сжимаемости воздуха.

Определяем кз уравнения (2) внутренний объем испытываемого участка трубопровода

V = 3.14 • 0.406    .    ₅₀    •    Ю³    =    6469,8    м³.

Ьн    ^

Определяем из уравнения (3) коэффициент сжимаемости воды

С = [47,62-0,217 (286-273)] *10“⁵= 44,8.10^-5 МПа’¹.

13

Определяем из уравнения (4) коэффициент объемного расширения воды

£ = [( - 47,268 + 17,0105 (286 - 273) - 0,20369(286-273)²+ + 0,0012 (286 - 273)³] • Ю^-* * 14,21 «Ю"⁵ 1/град.

1.4. Определяем из уравнения (I) величину утечки

AV    =    6469,8 Г-ОиДЯЕ ---,    . (1-0,З²)- (7,0-6,7)    +

с 10,211 • Ю^ь    • 10"*    _б    -5

+ 44,8    .    Ю"⁵ ( 7,6 - 6,7) -    (14,21    • 10 - 2-1,11.10 *    -

- 2-I,II*I0"⁵ *0,3) • (285 - 287) + 0,03    -    285_)1    =

’    293    6,7    7,0    J

= 6469,8(5,2530 + 13,4400 + 22,640 + 2,1729) • Ю“⁵ =

Ж 6469,8 • 43,5059 • I0"⁵ * 2,8147 м⁸.

Как видно из приведенного примера,при заданных исходных данных относительное влияние каждого из факторов на величину утечки составляет:

деформация трубы при понижении давления - 12,1%; расширение воды при понижении давления - 50,9)6; расширение воды и трубы при повышении температуры    -    52,0)6

расширение воздушной пробки при понижении давления и повышении температуры    -    5,0)6

ИТОГО ... 100)6

Пример 2. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ УТЕЧКИ ВОДЫ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ДАВЛЕНИЯ В ИСПЫТЫВАЕМОМ УЧАСТКЕ ТРУБОПРОВОДА (температура воды остается неизменной)

Исходные данные:

L = 50 км - протяженность испытываемого участка; д = 0,406 м - внутренний диаметр трубопровода;

$ - I • 10"“ м - толщина стенки трубопровода;

Pj =7,0 МПа - давление воды в момент начала испытания;

?2 - 6,7 МПа - давление воды в момент окончания испытания;

293    7,0*6,8

*......-ИЛ.......Z.....ЛЛ1. = 0,072.

Пример 5. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОДЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ТРУБОПРОВОДА

Исходные данные:

Tj в 285 К - среднее значение температуры воды на участке в момент начала испытания;

Т₂ в 287 К - среднее значение температуры воды на участке в момент окончания испытаний;

Л в 0,406 м - внутренний диаметр трубопровода;

$ в 1*10“^ м - толщина стенки трубопровода;

Е = 0,211-I0⁶ МПа - модуль упругости материала трубы;

J¹ = 0,3 - коэффициент Пуассона;

°( = 1,11 • I0⁵ 1/град - коэффициент линейного расширения материала трубы;

fi * 14,21 • Ю“⁵ 1/град - коэффициент объемного расиире-ния веды;

—S

С в 44,8 * 10 ³ 1/град - коэффициент сжимаемости воды. Определяем ив уравнения (13) изменение давления

Il4.2I • Ю"⁵ - 2.886 • Ю~⁵1 * 2 _ _Q

17,51* 10"° + 44,8 • Ю~⁵

19

Пример 6 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ИСПЫТЫВАЕМОГО УЧАСТКА ТРУБОПРОВОДА

Исходные данные:

В = 0,325 м - диаметр трубопровода;

А = 40 • I0³ м - длина испытываемого участка;

АР = 0,5 кто/см² - допустимое суточное изменение давления;

i_B = 12°С - температура напорной среды (воды); trp- 6°С - температура грунта на глубине залегания;

J\ = 1,8 ккал/м*ч.°С = 2,2 Вт/мтрад - теплопроводность грунта.

Определяем по рис.З продолжительность температурной стабилизации %₀ для d = 0,273 м при значении Л = 0,93 Вт/м.град для заданных    t_g    в I2°C, t_rp = 6°С

оут.

Определяем по рво.5 величину для J в 2,2 Вт/м«град А_ла 0,7.

Определяем по рис.6 величину КJ для d - 0,325 м при

dld_a= 1,2

K_d* 1,1.

Определяем из уравнения (14) время температурной стабилизации

f_CTa 2*0,7*I,I = 1,5 су*.

Пример 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ИСПЫТЫВАЕМОГО УЧАСТКА ТРУБОПРОВОДА

Исходные данные:

D = 0,219 и - диаметр трубопровода;

L = 50*Ю³ м - длина испытываемого участка; t_B - 8°С - температура напорной среды (воды); t_rp= б°С - температура грунта на глубине залегания;

АР = 0,2 кгс/см^ - допустимое суточное изменение давления J*ект - 1800 кгс/11⁸ - объемный вес скелета грунта - супеси талой;

W_c - 0,1 (доли единицы) - суммарная вдамассть грунта.

Определяем согласно п.6.6 с использованием рекомендуемого приложения 2 коэффициент теплопроводности грунта Л

Я - 1,5 Вт/мтрад.

Затем по -рис.2 устанавливаем продолжительность температурной стабилизации t₀ для d - 0,273 м при J ■ 0,93 Вт/мтрад для заданных t_е = 8°С, trp=- 6°С

^<t₀= I сут.

Определяем по рис.5 для Л = 1,5 Бт/мтрад

Pj - 0,8.

Определяем по рис.6 для d ³ 0,219 и при djd₀- 0,8 К = 0,9.

Определяем по уравнению (1*0 время температурной стабилизации ^

77= 1.0,8*0,9 = 0,7 сут.

■ .........-    —    —    I    ■

Министерство стро-,Рекомендации по методике ;_р сой-яч ительства предпри-{расчета параметров гидравли-, ^JOD3 ятий нефтяной и ; чес них испытаний магистраль-; в,™—.-газовой промышлен-;ных продуктопроводов на rep-j ности    ;    метичностъ    ;

1.    ОБЩЕ ПМОдйШШ

1.1.    Рекомендации распространяются на технологию гидравлических испытаний линейной части магистральных трубопроводов, прокладываемых подземно.

1.2.    Рекомендации разработаны в развитие глав СНиП Е-42-80 "Магистральные трубопроводы. Правим производства и приемки работ".

1.3.    В Рекомендациях изложены зависимости, описывающие основные закономерности изменения параметров при проведении гидравлических испытаний магистральных трубопроводов.

1.4.    При расчете и измерении параметров необходимо руководствоваться "Правилами техники безопасности при строитель -стве магистральных трубопроводов". - Мд Недра, 1982.

2.    ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА ВОДЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ В ТРУБОПРОВОДЕ

2.1. Изменение объема воды 4V в испытываемом гидравлически заглубленном трубопроводе при изменении давления и, температуры определяют из '/равнения

’ ¹‘"[£ ^{(!    !>( Р}’ ~V^tC(^pr ^Рг ’'

•lp-г* -т_г)*ег„, ^р°(~ -Л а>

Q '    /    ^{Y /}J _ч

где V_s/f- внутренний'; ocheu йсп;*тыБаеь.?го

Л - внутренний диаметр трубыгоас.г^, ь.

Внесены КФ ВНйИСТа i Утреождснч    Goo*:    ^веде-

:    ^ <иггьссг ±3$ .    *    :    в    дз^ст-

;    1    июля

Приложение 2 Рекомендуемое

ЗНАЧЕНИЯ ТШОФШЧШШХ ХАРАКТЕРИСТИК ТАЛЫХ И МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

E - нодуль упругости материала трубы, МПа; д- толщина стенки трубы, и;

//- коэффициент Пуассона;

Pj и Р₂ - давление напорной среды (воды), соответствующее началу и концу испытания, МПа;

С - коэффициент сжимаемости воды, 1/МПа;

J3 - коэффициент объемного расширения воды, 1/град; а( - коэффициент линейного расширения материала трубы, 1/град;

Т- л Т₂ - температура напорной среды (воды), соответствующая началу и концу испытания, К;

P_Q- атмосферное давление, МПа;

Т₀- температура, к которой приводится объем воды и воадуха, К (принимается равной 293 К);

£ - объемная доля воздуха в трубопроводе (при парамет-рах Р₀ и Т₀);

среднее эначение коэффициента сжимаемости воздуха в процессе испытаний.

2.2.    Внутренний объем испытываемого участка трубопровода определяет из уравнения

V = L ,    (2)

’ВН    If. " ?

где L - длина испытываемого участка трубопровода, м.

Этот объем несколько отличается от действительного объема трубопровода, поскольку его рассчитывают с применением номинального внутреннего диаметра трубы и проектной длины трубопровода. Однако это не приводит к существенной ошибке, поскольку по предлагаемой методике рассчитывают изменение объема, а не его абсолютное значение.

2.3.    Для интервала давлений и температур, имеющих, место при испытаниях магистральных трубопроводов, коэффициент сжимаемости воды С определяют из уравнения

С = [47,62 - 0,217 (Т - 273)] • Ю"⁵,    (3)

а коэффициент объемного расширения воды Jb - из уравнения

4

ft = [-47,268 + 17,0105 ( T - 273) - 0,20369 (T -273)² +

+ 0,0012 ( Т - 273)³] ■ ПГ⁶,    (4)

где I - среднее значение температуры воды во время испытания трубопровода, К.

2.4. Для герметичного трубопровода изменение объема вода. AV , определяемое по уравнению (I), должно быть равно нулю. Вели AV > 0, то имеется утечка в трубопроводе и значениедУ определяет величину утечки У_ут в течение времени выдержки трубопровода под испытательным давлением.

Для стабилизированного по температуре трубопровода (Tj - Т2) при отсутствии воздушных пробок величину утечки при снижении давления в нем из-за наличия дефекта определяют из уравнения

В уравнении (6) первое слагаемое обозначает долю утечки от деформации трубы при падении давления в ней от Fj до Pg, второе - долю утечки, обусловленную сжимаемостью воды, а третье - долю утечки, обусловленную расширением воздушной пробки от давления Pj до Pg.

При наличии воздушной пробки утечка воды иэ трубопровода сопровождается одновременным расширением воздуха при понижении его давления. В этом случае при одинаковом понижении давления напорной среды из трубопровода с воздушной пробкой вытечет большее количество воды, чем иг трубопровода при отсутствии воздуха (<5 = 0), т.е. при одинаковом диаметре свища наличие воздушной пробки в трубопроводе увеличивает время падения давления в нем по сравнению о трубопроводом без воздуха га счет утечки дополнительного объема воды, обусловленного расши-

5

Анализ уравнения (13) показывает, что при определенной температуре нагрев воды может привести как к повышенно, так и к понижению давления в испытываемом участке трубопровода.

5.2. При температурах трубопровода T_fp >    278    К повышен

ние температуры вызывает рост давления испытательной среды (воды). При температуре Т_тр < 278 К повышение температуры трубопровода вызывает, наоборот, падение давления, что объясняется характером изменения коэффициента объемного расширения воды уЗ . При понижении температуры трубопровода вышеуказанные изменения давления будут происходить с обратный знаком (см.рекомендуемое приложение I, пример 5).

6. ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ТРУБОПРОВОДА

6.1.    Трубопровод следует считать стабилизированным по температуре, если суточное изменение давления воды в ней в процессе выдержки под испытательным давлением, обусловленное теплообменом трубопровода с грунтом, не превышает допустимой основной погрешности манометра, применяемого для измерения испытательного давления.

6.2.    Продолжительность Т_Ст температурной стабилизации трубопровода, отсчитываемую с момента заполнения его водой, определяют из уравнения

где % - продолжительность температурной стабилизации испытываемого участка трубопровода диаметром 273 мм (сут) при значении коэффициента теплопроводности грунта, равном 0,93 Вт/м*град (0,80 ккал/м-ч*град), и заданном суточном изменении давления, кПа;

Kj - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние теплопроводности грунта на испытываемом участке трассы на продолжительность температурной стабилизации;

Kd - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние диаметра трубопровода на продолжительность его температурной стабилизации.

6.3. Продолжительность температурной стабилизации Т_д участка трубопровода диаметром 273 мм следует определять из рис.1-4 по температуре грунта на глубине наложения трубопро -вода и температуре воды, закачиваемой в трубопровод при его заполнении.

6Л. Коэффициент Kj, для испытываемого участка трубопровода определяют по теплопроводности грунта на глубине заложе -ния трубопровода (рис.5).

6.5.    Если испытываемый участок трубопровода проложен в грунтах с различающимися значениями коэффициентов теплопроводности, то коэффициент К л определяют по минимальному из них

6.6.    При отсутствии данных по теплопроводности грунта для испытываемых участков трассы коэффициент К _л определяют по минимальному значению коэффициента теплопроводности для талого грунта с учетом его влажности в момент испытаний согласно СНмП П-18-76 "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования".

6.7.    Коэффициент К ^ для испытываемого участка трубопровода определяют по отношению данного диаметра d к диаметру d₀ = 273 мы (рис.6).

9

Рис.1. Зависимость продолжительности температурной сгабилива -дии трубопровода диаметром 273 мм от температур грунта t_tp и закачиваемой воды t_B при коэффициенте теплопроводности грунта л = 0,93 Вт/м-град (о,80 ккал/м.чтрад) и суточном изменении давления вщн л/7 =

= 10 кПа (0,1 кгс/см^Г ^И

Ряс. 2. Зависимость продолжительности температурной стабилизации трубопровода дна -метром 273 мм от температур грунта tгр и закачиваемой воды Ьц при коэффициенте теплопроводности грунта Я = 0,93 Бт/мтрад (0,80 ккал/м*ч*град) и суточном изменении давления-воды Ар = 20 кйа(0,2кго/см^)

1