石油化工裝置管道系統(tǒng)的壓力試驗

石油化工裝置管道系統(tǒng)的壓力試驗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)。選擇科學合理、安全適用的壓力試驗方法在煉化裝置管道系統(tǒng)施工中起著至關重要的作用。關鍵詞試驗方法 試驗介質(zhì) 壓力試驗 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)，工藝管線安裝過程中的壓力試驗是管線安裝十分重要和不可或缺的一道重要工序，通過壓力試驗不僅可以考核壓力管道在超設計壓力狀態(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，選擇科學合理、安全適用的壓力試驗方法在煉化裝置管道系統(tǒng)施工中起著至關重要的作用。2 試壓方法的選擇管道試壓方法有如下幾種：1）設備與管道聯(lián)合試驗法；2）系統(tǒng)串聯(lián)試驗法；3）單條管線試驗法選擇何種試驗方法，應根據(jù)工程規(guī)模大小、工期長短、管道管件和閥門的到貨情況以及現(xiàn)場盲板拆裝數(shù)量、管道特點等現(xiàn)場實際情況確定。如果現(xiàn)場管線較長、直徑較大，可以選擇單條管線試驗法，例如2010年氣分裝置改造中部分管線使用的就是此方法，其缺點是效率低，但如果有漏點，處理起來相當方便；比較密集的工藝管道試壓，為提高效率，可以采用串聯(lián)試驗法，如液化氣質(zhì)量升級項目，其管線近150條且相當密集串聯(lián)起來試壓縮短了很多時間，但其缺點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的關鍵，其劃分的科學性和可行性直接影響壓力試驗的結(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)設計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)、管道位置等進行詳細劃分。 2）當設計溫度遠大于試驗溫度（一般5C-30C）時，試壓系統(tǒng)的劃分要考慮溫度對材料性能的影響。 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)儲能要適當，大管徑管線系統(tǒng)要小，小管徑管線系統(tǒng)可適當增大。 管道系統(tǒng)壓力試驗前建設、監(jiān)理等有關部門要對相關資料進行審查確認，試壓系統(tǒng)也要考慮工程資料的完整性要求。4壓力試驗介質(zhì)的選取和分類管線壓力試驗介質(zhì)一般分為兩類：一類是氣體，一類是液體。氣體一般采用空氣和氮氣，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)的壓力試驗介質(zhì)應以液體進行。液壓試驗確有困難時，經(jīng)設計單位和建設單位同意，可用氣壓試驗代替，但試驗壓力不宜大于1.6Mpa,管道系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)場施工焊接接頭已按規(guī)范要求無損檢測合格，脆性材料管道組成件經(jīng)液壓試驗合格，試壓方案中有經(jīng)施工單位技術總負責人批準的切實的安全措施。究其原因，主要有以下幾點：1）氣壓試驗比液壓試驗危險得多，在通常情況下采用液壓試驗來考察系統(tǒng)的強度，當確實不能用液壓試驗時，才允許做氣壓試驗。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，就相當于將多少倍相同體積的氣體壓縮成一個體積的大小。當爆炸時，被壓縮的氣體瞬間釋放出大量能量，引發(fā)爆炸，進而造成人身傷亡和設備損壞。2）氣壓試驗時，氣體儲能的大小和試驗系統(tǒng)的容積、試驗壓力、氣體種類有關。氣體爆炸所產(chǎn)生的爆炸能量，相當于該氣體絕熱膨脹時對外所做的功。美國Kellogg公司氣壓數(shù)據(jù)表明，在做2.94MPa的氣壓試驗時，氣壓試驗積蓄的內(nèi)能是水壓試驗內(nèi)能的2380倍。因此，控制氣壓試驗時管道的直徑和壓力，主要是控制管道試壓系統(tǒng)的儲能，以確保安全。3）脆性材料的失效模式是脆性破壞模式，即低應力脆斷。脆性材料管道組成件在應力遠遠小于材料許用應力且沒有宏觀變形時可能發(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)液壓合格才能進行氣壓試驗。4.2 除以上規(guī)定外，選擇氣壓試驗還是液壓試驗，還應遵循以下原則：1）新安裝的壓力管道，在滿足材料強度及韌性的條件下，可以選擇氣壓試驗，否則，必須采用液壓試驗。2）在用壓力管道運行一段時間后，可能會產(chǎn)生腐蝕、蠕變和疲勞現(xiàn)象，強度和韌性會發(fā)生不同程度的降低，所以對于在用壓力管道，應首選液壓試驗。3）在以下情況下的新安裝管道，應首選氣壓試驗：a管道系統(tǒng)結(jié)構復雜，液壓試驗不能達到各部件的試驗要求；b原設計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)復雜不易把殘留水分除掉；d工藝生產(chǎn)介質(zhì)嚴禁含水，而管道系統(tǒng)結(jié)構復雜又不易把水除凈；e冬季寒冷、水易結(jié)冰或因環(huán)境條件限制系統(tǒng)容積過大，供水困難；在實際施工中，具體采用水壓試驗還是氣壓試驗，應根據(jù)工程特點綜合考慮。像高純氣體管道、煤氣管道、氧氣管道等，不允許進行水壓試驗，其主要原因是管道內(nèi)會有殘余水；但如果現(xiàn)場能有有效措施將管內(nèi)水吹干，也可用水壓試驗。5 試驗壓力的確定5.1管道系統(tǒng)的試驗壓力按設計文件規(guī)定執(zhí)行；5.2設計未作規(guī)定時，按下列方式進行：1)液體壓力試驗的壓力為設計壓力的1.5倍；2)氣體壓力試驗的試驗壓力為設計壓力的1.15倍，且試驗壓力不宜大于1.6Mpa；3)承受外壓的管道，液壓試驗壓力為設計內(nèi)外壓差的1.5倍，且不應小于0.2Mpa；4)當管道系統(tǒng)的設計溫度高于試驗溫度時，管道的試驗壓力按下式進行計算： Pt=KP01/2式中Pt試驗壓力，MPa； K系數(shù)，液體壓力試驗取1.5；氣體壓力試驗取1.15； P0設計壓力，MPa； 1試驗溫度下材料的許用應力，MPa； 2設計溫度下材料的許用應力，MPa；當1/2大于6.5時，取6.5； 5.3對位差較大的管道，如塔的附屬管線，應將試驗介質(zhì)的靜壓計入試驗壓力中。即試驗壓力以最高點的壓力為準，但最低點的壓力不得超過管道組成件的承受力。 5.4當管道與設備作為一個系統(tǒng)進行試驗時，應征得建設/監(jiān)理和設計單位同意。當管道的試驗壓力小于或等于設備試驗壓力時，按管道的試驗壓力進行試驗；當管道系統(tǒng)的試驗壓力高于設備試驗壓力且設備無法隔離，設備的試驗壓力大于或等于管道試驗壓力的77%時，按設備試驗壓力進行。在實際工作中，溫度修正系數(shù)很重要，但往往被人們忽略。作為煉化裝置的運保單位，現(xiàn)場動改管線在施工完畢進行壓力試驗時，試驗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，因其工作溫度在450C左右，若壓力試驗時未考慮，盡管常溫壓力試驗合格，如在投用時會出現(xiàn)問題，將影響煉化裝置的生產(chǎn)和安全。6 壓力試驗的安全措施安全性是壓力試驗成功的關鍵要素之一。為確保安全，應落實以下措施：1）編制的試壓方案必須包含安全技術措施，并將方案報單位技術負責人批準后實施。2）依據(jù)系統(tǒng)管道圖，對管道的完整性進行檢查，試驗機具檢查合格后使用。3）冬季試壓，要有防凍防凝措施，環(huán)境溫度宜5C以上進行；4）試壓區(qū)域要設置警戒線，危險部位要有明顯標識，無關人員不得進入；5）如遇泄漏點，不得帶壓修理；檢驗泄漏點時，面部應避開泄露方向，以免試壓介質(zhì)噴出，傷及臉部。6）進行焊縫、連接部位的檢查時，當檢查液位計、玻璃試鏡等危險部位時，檢查完后立即離開，不允許長時間停留。7總結(jié)管道試壓是對已完工藝管線的質(zhì)量檢驗，要嚴格執(zhí)行相應標準規(guī)范。在編制管道試壓方案時要充分