北方大型化工裝置水壓試驗探討

周芳 曾紀龍姜波中國成達工程有限公司 成都 610041

北方大型化工裝置水壓試驗探討

周芳*曾紀龍姜波中國成達工程有限公司 成都 610041

結合某大型甲醇裝置水壓試驗的實施情況，就試壓方案和試壓中出現的問題及解決辦法進行了闡述，提出了一些設計和操作上的建議。

水壓試驗設計操作化工裝置

1 問題的提出

現場水壓試驗是在裝置設備和管線已完成安裝，投料試車前開展的一項必須的工作。水壓試驗的實質是強度試驗，目的是檢驗裝置的安全性，查找施工過程中遺留的安全隱患。項目地處北方，因為進口設備到貨周期長，甲醇合成塔到貨延誤，為滿足進度需要，必須在冬季氣溫甚至－30℃的情況下進行水壓試驗。而對于北方大型化工裝置，由于暫無相應的標準規范，也暫無可借鑒成熟的水壓試驗經驗，如何開展水壓試驗工作是一個難題。

北方地區由于資源豐富，近年來在建或擬建的大型化工裝置呈上升趨勢，該項目是目前國內已投產的規模最大的甲醇裝置，且為單系列串級流程操作。該裝置最高設計壓力為8.9MPa，水壓試驗最高壓力為15.57MPa，管道尺寸從1″到42″不等，且大多數高壓管道管徑均在26″以上，部分管道的壁厚高達44mm。由此可見，大直徑、高等級法蘭的密封問題將是水壓試驗中最大的難題。

2 方案的實施

由于管道的水壓試驗壓力為1.5倍的管道設計壓力和試驗溫度與設計溫度下許用應力比值的乘積，設備的水壓試驗壓力為1.25倍的設備設計壓力和試驗溫度與設計溫度下許用應力比值的乘積，故一般不建議將設備與管線串起來進行水壓，也不建議將不同壓力等級的管線串起來進行水壓，特別是對設計壓力相差較大的管線和設備、管線與管線。針對該甲醇裝置，由于出廠設備均在制造廠完成了水壓，并通過相應配套程序完成了檢驗和驗收，且制造廠已按照項目工程設計統一規定，將設備氮封后運輸到現場。所以項目安裝現場僅對管線和現場組裝的設備進行水壓。

2.1 水壓試驗方案

根據管線等級、用途、流程走向等，將本裝置劃分為125個試壓包。每個試壓包包內采用如下的封閉方式:對于DN350以下的管線采用管帽封閉的方式;對于大于等于DN350的管線采用現場制作的封頭進行封閉的方式;水壓后的最后一道封閉口，采用按與主管線相同的焊接工藝進行100%的射線探傷，按JB/T 4730－2005規定II級合格。系統封閉完成后，按QB－CNCEC J050702－2004系統水壓試驗工藝流程開展工作，具體為:連接試壓泵及管線→系統灌水及放風→升壓→檢查→驗收檢查→填寫記錄。

2.2 冬季水壓試驗方案

進入12月份后，由于自然環境溫度較低，按照GB 50235－1997要求進行水壓試驗時，環境溫度不宜低于5℃，當低于5℃時應采取防凍措施。但規范上并未規定具體的防凍措施。為此，本項目進行了冬季水壓試驗方案的嘗試和探索。

方案一:采用熱水進行水壓試驗。實踐證明:對于大管線，由于系統容量大，灌水和充壓時間較長，且往往還要經歷晚上灌水，而晚上平均氣溫明顯低于白天十多度，這樣系統還未進入保壓階段就出現部分結冰現象;對于小管線，雖然灌水時間較短，由于熱容小，保壓階段也會出現結凍現象。

方案二:同樣采用熱水進行水壓試驗，所不同的是對水壓包內的管線實施保溫。實踐證明，對于小管線，由于熱容小，即使保溫也同樣會出現結凍現象。

方案三:采用乙二醇防凍劑，將其配成30%質量濃度的溶液。這樣試壓介質的冰點顯著下降，在操作中完全可以避免管道被凍壞的現象。但試驗介質的溫度可能接近或低于某些管道材料的脆性轉變溫度。從安全角度出發，這是水壓試驗中嚴禁的。

方案四:根據上述方案的實施情況，經過多次方案討論，并輔以理論傳熱計算，最終確定采用如下既滿足相關規范又適合于多種工況的冬季試壓方案:防凍劑+適當保溫+蒸汽加熱。具體操作:充分利用裝置內的火炬分液罐，將采購的桶裝乙二醇溶液注入火炬分液罐內，并將其配制成質量濃度為30%的乙二醇溶液，然后通過放在火炬分液罐旁邊的約2m2的臨時容器，對溶液進行加熱，加熱源為附近蒸汽管線上的低點導淋。對熱容較小的DN300以下的管線進行保溫，但在保壓階段需將焊縫和可能的泄漏點暴露出來;對熱容較大的大管線，實踐證明無需保溫也可滿足水壓試驗的規范要求，可節省部分冬季試壓的材料和人工成本。

3 出現的問題及解決方法

(1)本水壓試驗充分暴露出了大規模裝置的工程化問題。由于本裝置為1800kt/a甲醇裝置單系列操作，合成塔進口管線上設置的蝶閥高達36″，與管線的連接方式為法蘭連接。合成塔出口管線上設置的插環/插板高達40″，與管線的連接方式也為法蘭連接，其設計意圖是在裝置生產準備階段，將插環倒成插板，與其余系統隔離開，可單獨對合成塔進行化學清洗，而在裝置停車檢修時，能將合成塔隔離出來，以保護昂貴的銅基甲醇合成催化劑。在水壓試驗的實施過程中，發現這兩處的密封最為困難，耗費了大量的時間、人力和物力。其中，為檢驗36″蝶閥處的法蘭密封(600LB，RF)，重復過幾次泄壓、換改良加厚墊片和緊螺栓的操作;為檢驗40″插環/插板處的法蘭密封(900LB，RF)，進行了多次試壓探討，第一次使用的是插環，當壓力升至5.0MPa時，金屬纏繞墊就被打散，經過分析，這與法蘭組對的平整度有很大關系;第二次換成臨時墊片，用游標卡尺嚴把法蘭和墊片的平整度，結果在壓力升至11MPa時，墊片處出現泄漏;第三次采用的是插板，并換上重新定貨的加厚型改良墊片，在壓力升至10MPa時，墊片處又出現泄漏，最后不得不在各方的認可下將該法蘭割下來，用焊接短管的方式完成了水壓試驗。這樣插環/插板處法蘭的密封便沒有在水壓試驗中得以驗證。接下來的氣密試驗也證明40″的RF密封是很困難的，同時也說明采用錐子緊固螺栓的方式很難滿足法蘭組對的平整度要求。在條件許可的情況下，應盡量使用液壓扳手。此外，也證實設置的40″插環/插板用于隔離合成塔的操作，在工程上是很難實現的，因實際操作中，要將插環倒成插板并緊固螺栓，至少需要一周的時間，這時空氣早已漏進合成塔。對于小規模裝置，可以使用八字盲板，但對于大型裝置不但達不到預期的目的，反而會給生產帶來麻煩，從水壓到氣密，到將來的生產，從插板倒成插環又將面臨著又一次的密封不嚴的問題。可燃氣體泄漏到裝置區，不僅會造成原料的浪費，產生的安全隱患更是不堪設想。項目從試車到目前為止，還從未動過此插板/插環。專利商亦意識到了這點，在接下來的類似項目中，已經修改了設計，插板僅用于原始開車時合成塔做化學清洗隔離使用，清洗完后，拆除插板，采用短管焊接的方式連接管線，這樣插板也可以薄些。

(2)進行蒸汽管線水壓試驗時，幾次重復打壓造成管壁多處結冰，同時水壓造成加熱爐入口蒸汽立管上的手動閥閥桿的閥腔中積水，致使該閥門凍裂，現場只有實施緊急采購預案來滿足項目進度的需要。在類似北方裝置中，還出現過由于初冬將換熱器和管線連起來進行水壓，水壓完成后換熱管中水未排凈，第二年年初才發現大量換熱管凍壞的情況。為滿足試車進度，不得已采取了現場臨時堵管的方式。這充分說明，一定要高度重視冬季試壓后水的排凈工作。對于無法排凈的地方，尤其是具有特殊結構的閥門、U型管束等地方，最好輔以干燥空氣吹掃的方式，否則后患無窮。

(3)儀表空氣管線完成水壓試驗后，由于水未排凈，準備送氣時，發現整個管線因結冰嚴重堵塞，現場經長時間吹掃后才將管線疏通。儀表空氣投用兩個月后，在對甲醇裝置內的儀表空氣進行取樣分析時，發現其水分含量仍然高達670ppm，而出空壓站的儀表空氣露點溫度卻為零下67℃。這充分說明，對于要求較高的儀表空氣管線，即使用干燥空氣進行長時間的吹掃，也不能完全排除管線中的水，這種狀況對儀表的調試也具有極大風險。建議在北方項目中，對于特殊的儀表空氣管線，一旦遇到冬季試壓，儀表空氣管線可不納入壓力管道管理，只進行氣密試驗即可。

本裝置現已實現了滿負荷運行，并順利通過了性能考核。

4 建議

(1)最好避開冬季嚴寒季節進行水壓試驗。

(2)防凍劑+適當保溫+蒸汽加熱的冬季水壓試驗方案的應用是非常成功的，建議可以在其它北方項目中加以推廣。

(3)水壓試驗完成后，一定要把液體完全排凈，并最好輔以干燥空氣進行吹干。

(4)對于北方項目，遇到冬季開展水壓試驗時，儀表空氣管線可不納入壓力管道進行管理，只進行氣密試驗即可。

(5)裝置中36″、600LB以上墊片在水壓中均換成改良加厚型墊片，實踐證明密封效果可以得到較大改善，建議可在其它項目中采用。

(6)大型裝置的工程化問題，在設計時必須予以充分的考慮。

The test scheme，test problems and solutions are discussed based on the actual hydraulic test in the large methanol plant of Shenhua coal-toolefin project．Some suggestions on design and operation are put forward as well，which may be used for reference for northern China large chemical plants．

Discussion on Hydraulic Test in Large Northern China Chemical Plants

Zhou Fang，et al
(China Chengda Engineering Co.，Ltd．Chengdu 610041)

hydraulic testnorthern Chinadesignoperation large chemical plants

*周芳:工程師，全國注冊化工工程師。2004年畢業于四川大學化學工程專業獲碩士學位。主要從事天然氣化工和煤化工工藝設計工作。電話:(028)65530912。

2011－08－02)