石油化工裝置管道系統(tǒng)的壓力試驗(yàn)

石油化工裝置管道系統(tǒng)的壓力試驗(yàn)滄州渤海石化工程有限公司 師洪斌摘要石油化工裝置管道內(nèi)的介質(zhì)多為易燃、易爆和有毒性的物質(zhì)。選擇科學(xué)合理、安全適用的壓力試驗(yàn)方法在煉化裝置管道系統(tǒng)施工中起著至關(guān)重要的作用。關(guān)鍵詞試驗(yàn)方法 試驗(yàn)介質(zhì) 壓力試驗(yàn) 1 前言石油化工裝置管道內(nèi)的介質(zhì)多為易燃、易爆和有毒性的物質(zhì)。為了確保石油化工裝置安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，工藝管線安裝過(guò)程中的壓力試驗(yàn)是管線安裝十分重要和不可或缺的一道重要工序，通過(guò)壓力試驗(yàn)不僅可以考核壓力管道在超設(shè)計(jì)壓力狀態(tài)下是否存在缺陷，還考核連接件的密封性和焊縫致密性。因此，選擇科學(xué)合理、安全適用的壓力試驗(yàn)方法在煉化裝置管道系統(tǒng)施工中起著至關(guān)重要的作用。2 試壓方法的選擇管道試壓方法有如下幾種：1）設(shè)備與管道聯(lián)合試驗(yàn)法；2）系統(tǒng)串聯(lián)試驗(yàn)法；3）單條管線試驗(yàn)法選擇何種試驗(yàn)方法，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模大小、工期長(zhǎng)短、管道管件和閥門(mén)的到貨情況以及現(xiàn)場(chǎng)盲板拆裝數(shù)量、管道特點(diǎn)等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。如果現(xiàn)場(chǎng)管線較長(zhǎng)、直徑較大，可以選擇單條管線試驗(yàn)法，例如2010年氣分裝置改造中部分管線使用的就是此方法，其缺點(diǎn)是效率低，但如果有漏點(diǎn)，處理起來(lái)相當(dāng)方便；比較密集的工藝管道試壓，為提高效率，可以采用串聯(lián)試驗(yàn)法，如液化氣質(zhì)量升級(jí)項(xiàng)目，其管線近150條且相當(dāng)密集串聯(lián)起來(lái)試壓縮短了很多時(shí)間，但其缺點(diǎn)是容易造成部分管線的局部超壓。3 試壓系統(tǒng)劃分試壓系統(tǒng)的劃分是管道壓力試驗(yàn)的關(guān)鍵，其劃分的科學(xué)性和可行性直接影響壓力試驗(yàn)的結(jié)果。3.1試壓系統(tǒng)的劃分原則：1）在同一操作單元內(nèi)，按其工藝流程要求，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力將管道劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓管道試壓系統(tǒng)，再根據(jù)其他因素如材質(zhì)、管道介質(zhì)、管道位置等進(jìn)行詳細(xì)劃分。 2）當(dāng)設(shè)計(jì)溫度遠(yuǎn)大于試驗(yàn)溫度（一般5C-30C）時(shí)，試壓系統(tǒng)的劃分要考慮溫度對(duì)材料性能的影響。 3）工藝管道與公用管道盡量避免分在同一系統(tǒng)，每一系統(tǒng)所含管線盡量集中。 4）系統(tǒng)儲(chǔ)能要適當(dāng)，大管徑管線系統(tǒng)要小，小管徑管線系統(tǒng)可適當(dāng)增大。 管道系統(tǒng)壓力試驗(yàn)前建設(shè)、監(jiān)理等有關(guān)部門(mén)要對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行審查確認(rèn)，試壓系統(tǒng)也要考慮工程資料的完整性要求。4壓力試驗(yàn)介質(zhì)的選取和分類(lèi)管線壓力試驗(yàn)介質(zhì)一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是氣體，一類(lèi)是液體。氣體一般采用空氣和氮?dú)?，液體一般采用潔凈水。4.1 SH3501-2011 8.1.4條明確指出“管道系統(tǒng)的壓力試驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)以液體進(jìn)行。液壓試驗(yàn)確有困難時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位同意，可用氣壓試驗(yàn)代替，但試驗(yàn)壓力不宜大于1.6Mpa,管道系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)施工焊接接頭已按規(guī)范要求無(wú)損檢測(cè)合格，脆性材料管道組成件經(jīng)液壓試驗(yàn)合格，試壓方案中有經(jīng)施工單位技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)的切實(shí)的安全措施。究其原因，主要有以下幾點(diǎn)：1）氣壓試驗(yàn)比液壓試驗(yàn)危險(xiǎn)得多，在通常情況下采用液壓試驗(yàn)來(lái)考察系統(tǒng)的強(qiáng)度，當(dāng)確實(shí)不能用液壓試驗(yàn)時(shí)，才允許做氣壓試驗(yàn)。氣體的壓縮系數(shù)比液體大得多，管道系統(tǒng)內(nèi)增加多少倍大氣壓力，就相當(dāng)于將多少倍相同體積的氣體壓縮成一個(gè)體積的大小。當(dāng)爆炸時(shí)，被壓縮的氣體瞬間釋放出大量能量，引發(fā)爆炸，進(jìn)而造成人身傷亡和設(shè)備損壞。2）氣壓試驗(yàn)時(shí)，氣體儲(chǔ)能的大小和試驗(yàn)系統(tǒng)的容積、試驗(yàn)壓力、氣體種類(lèi)有關(guān)。氣體爆炸所產(chǎn)生的爆炸能量，相當(dāng)于該氣體絕熱膨脹時(shí)對(duì)外所做的功。美國(guó)Kellogg公司氣壓數(shù)據(jù)表明，在做2.94MPa的氣壓試驗(yàn)時(shí)，氣壓試驗(yàn)積蓄的內(nèi)能是水壓試驗(yàn)內(nèi)能的2380倍。因此，控制氣壓試驗(yàn)時(shí)管道的直徑和壓力，主要是控制管道試壓系統(tǒng)的儲(chǔ)能，以確保安全。3）脆性材料的失效模式是脆性破壞模式，即低應(yīng)力脆斷。脆性材料管道組成件在應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力且沒(méi)有宏觀變形時(shí)可能發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量碎片，危害性極大，因此，脆性材料管道組成件要先經(jīng)液壓合格才能進(jìn)行氣壓試驗(yàn)。4.2 除以上規(guī)定外，選擇氣壓試驗(yàn)還是液壓試驗(yàn)，還應(yīng)遵循以下原則：1）新安裝的壓力管道，在滿足材料強(qiáng)度及韌性的條件下，可以選擇氣壓試驗(yàn)，否則，必須采用液壓試驗(yàn)。2）在用壓力管道運(yùn)行一段時(shí)間后，可能會(huì)產(chǎn)生腐蝕、蠕變和疲勞現(xiàn)象，強(qiáng)度和韌性會(huì)發(fā)生不同程度的降低，所以對(duì)于在用壓力管道，應(yīng)首選液壓試驗(yàn)。3）在以下情況下的新安裝管道，應(yīng)首選氣壓試驗(yàn)：a管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓試驗(yàn)不能達(dá)到各部件的試驗(yàn)要求；b原設(shè)計(jì)只考慮氣相載荷或殼體及內(nèi)件不允許含有氯離子的介質(zhì)；c由于工藝生產(chǎn)的原因，不允許管道系統(tǒng)內(nèi)含水或因系統(tǒng)復(fù)雜不易把殘留水分除掉；d工藝生產(chǎn)介質(zhì)嚴(yán)禁含水，而管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜又不易把水除凈；e冬季寒冷、水易結(jié)冰或因環(huán)境條件限制系統(tǒng)容積過(guò)大，供水困難；在實(shí)際施工中，具體采用水壓試驗(yàn)還是氣壓試驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)綜合考慮。像高純氣體管道、煤氣管道、氧氣管道等，不允許進(jìn)行水壓試驗(yàn)，其主要原因是管道內(nèi)會(huì)有殘余水；但如果現(xiàn)場(chǎng)能有有效措施將管內(nèi)水吹干，也可用水壓試驗(yàn)。5 試驗(yàn)壓力的確定5.1管道系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力按設(shè)計(jì)文件規(guī)定執(zhí)行；5.2設(shè)計(jì)未作規(guī)定時(shí)，按下列方式進(jìn)行：1)液體壓力試驗(yàn)的壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍；2)氣體壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.15倍，且試驗(yàn)壓力不宜大于1.6Mpa；3)承受外壓的管道，液壓試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)內(nèi)外壓差的1.5倍，且不應(yīng)小于0.2Mpa；4)當(dāng)管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度高于試驗(yàn)溫度時(shí)，管道的試驗(yàn)壓力按下式進(jìn)行計(jì)算： Pt=KP01/2式中Pt試驗(yàn)壓力，MPa； K系數(shù)，液體壓力試驗(yàn)取1.5；氣體壓力試驗(yàn)取1.15； P0設(shè)計(jì)壓力，MPa； 1試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa； 2設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；當(dāng)1/2大于6.5時(shí)，取6.5； 5.3對(duì)位差較大的管道，如塔的附屬管線，應(yīng)將試驗(yàn)介質(zhì)的靜壓計(jì)入試驗(yàn)壓力中。即試驗(yàn)壓力以最高點(diǎn)的壓力為準(zhǔn)，但最低點(diǎn)的壓力不得超過(guò)管道組成件的承受力。 5.4當(dāng)管道與設(shè)備作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)征得建設(shè)/監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位同意。當(dāng)管道的試驗(yàn)壓力小于或等于設(shè)備試驗(yàn)壓力時(shí)，按管道的試驗(yàn)壓力進(jìn)行試驗(yàn)；當(dāng)管道系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力高于設(shè)備試驗(yàn)壓力且設(shè)備無(wú)法隔離，設(shè)備的試驗(yàn)壓力大于或等于管道試驗(yàn)壓力的77%時(shí)，按設(shè)備試驗(yàn)壓力進(jìn)行。在實(shí)際工作中，溫度修正系數(shù)很重要，但往往被人們忽略。作為煉化裝置的運(yùn)保單位，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)改管線在施工完畢進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力的選擇要充分考慮修正系數(shù)1/2，尤其合金鋼材質(zhì)管道（1Cr5Mo、12Cr5Mo）的壓力試驗(yàn)，因其工作溫度在450C左右，若壓力試驗(yàn)時(shí)未考慮，盡管常溫壓力試驗(yàn)合格，如在投用時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，將影響煉化裝置的生產(chǎn)和安全。6 壓力試驗(yàn)的安全措施安全性是壓力試驗(yàn)成功的關(guān)鍵要素之一。為確保安全，應(yīng)落實(shí)以下措施：1）編制的試壓方案必須包含安全技術(shù)措施，并將方案報(bào)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后實(shí)施。2）依據(jù)系統(tǒng)管道圖，對(duì)管道的完整性進(jìn)行檢查，試驗(yàn)機(jī)具檢查合格后使用。3）冬季試壓，要有防凍防凝措施，環(huán)境溫度宜5C以上進(jìn)行；4）試壓區(qū)域要設(shè)置警戒線，危險(xiǎn)部位要有明顯標(biāo)識(shí)，無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入；5）如遇泄漏點(diǎn)，不得帶壓修理；檢驗(yàn)泄漏點(diǎn)時(shí)，面部應(yīng)避開(kāi)泄露方向，以免試壓介質(zhì)噴出，傷及臉部。6）進(jìn)行焊縫、連接部位的檢查時(shí)，當(dāng)檢查液位計(jì)、玻璃試鏡等危險(xiǎn)部位時(shí)，檢查完后立即離開(kāi)，不允許長(zhǎng)時(shí)間停留。7總結(jié)管道試壓是對(duì)已完工藝管線的質(zhì)量檢驗(yàn)，要嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在編制管道試壓方案時(shí)要充分