探析超高壓氦氣管道的安裝施工技術

楊光

摘 要：超高壓氦氣管道安裝是指輸送介質為氦氣，壓力等級P≥100 MPa的金屬管道安裝。文章結合筆者公司承接的某風洞超高壓氦氣管道安裝工程的實際施工經驗，簡要闡述超高壓氦氣管道卡套式安裝技術措施，確保超高壓管道安裝質量及使用安全，在實際施工中起到一定的指導意義。

關鍵詞：超高壓管道；氦氣；加工件

中圖分類號：TH138 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）20-0026-01

1 概 況

氦氣是一種無色無味的惰性氣體，氣體密度0.1786 g/L（0 ℃、1 atm），在干空氣中的體積含量僅為5.24×10-6。氦氣作為國防軍工和高科技產業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一，然而我國現有氦氣資源相當貧乏，含量很低，提取難度大，成本高。鑒于上述諸多現狀對超高壓氦氣管道的安裝提出了很高的要求，特別是超高壓管道連接的密封面面臨嚴苛的考驗。

2 施工步驟

2.1 施工前的準備工作

2.1.1 技術準備

超高壓氦氣管道安裝之前，首先由安裝單位專業(yè)技術人員認真審閱設計施工圖、安裝技術任務書及相關技術規(guī)程、規(guī)范；其次由設計單位、安裝單位、業(yè)主方一起進行圖紙會審，將設計缺陷完善或對有疑問的事項進行補充說明、解答；最后編制超高壓氦氣管道安裝施工方案、超高壓氦氣管道水壓強度試驗及氣密性試驗專項方案、超高壓氦氣管道吹掃專項方案。

2.1.2 材料機具準備

根據施工圖及安裝技術任務書的要求提交材料需求計劃，采購所需材料及施工機工具。超高壓氦氣管道采用卡套式連接，不采用焊接，過渡接頭、管件、螺栓、鎖緊螺母、透鏡墊等采取外協加工，所以準備常用施工機具及檢驗工具即可。

2.2 超高壓管道安裝原材料檢驗

原材料的質量是否合格，直接影響整個安裝工程的質量。因此，超高壓無縫鋼管、閥門、加工件到貨后必須進行復檢，每一個技術指標依照國家現行有關標準進行嚴格檢測，不能麻痹大意。

2.3 超高壓氦氣管道安裝

超高壓氦氣管道采用錐面密封連接，管端加工螺紋和120 ？觷錐面，然后用連接螺母將高壓管與閥門、三通、90 ？觷直角彎頭或設備上的接頭牢固連接。上述管道及管件的密封面為透鏡面，之間加透鏡墊連接安裝。

2.3.1 超高壓氦氣管道安裝具體措施

①管道安裝前及安裝后，為保證管道的潔凈度采用干燥壓縮空氣或氮氣將管道內壁進行吹除。

②超高壓供氣管道水平安裝，固定后不能產生較大的彎矩及扭矩，為了避免管道振動，使用U型管卡將管道固定在角鋼支架上，并采用防震耐磨的順丁橡膠把管道與支架相互隔離開。

③所有管道、管件密封面應采用2 000目金相砂紙進行研磨，使其表面粗糙度達到1.6 mm。

④管道與管道之間采用連接螺母連接，使用特制透鏡墊密封，每個連接螺母均使用一個鎖緊螺母鎖連。

⑤超高壓氦氣管道轉彎部分，需用直角彎頭連接，嚴禁使用彎管替代直角彎頭。

⑥管道下料尺寸需精確測量，充分考慮管件、透鏡墊等本身的尺寸，采取現場量具測量與三維軟件相結合的方式下料，確保下料尺寸的精確。

⑦超高壓管道與氣動截止閥安裝時，需先確定氣動截止閥位置，閥門安裝完成后，再根據實際尺寸下料進行安裝；超高壓氦氣管道與氣動截止閥及激波管本體連接安裝方式，如圖1所示。

2.4 支、吊架安裝

超高壓管道支、吊架安裝需要確定兩大因素：支架的間距及支架形式。

管道支吊架允許跨距應同時滿足管道強度和剛度兩個條件。強度條件是控制管道自重彎曲應力不超過設計溫度下材料許應力的一半；剛度條件是限制管道自重產生的彎曲擾度，一般管道設計擾度不應超過15 mm，裝置外管道的擾度不應超過38 mm；由管道自重產生的彎曲擾度不應超過支吊架跨距的0.005；盡端管道兩支吊架間的管道長度不應大于水平直管段上支吊架最大允許跨距的0.81倍；水平90 ？觷彎管兩支吊架間的管道展開長度，不應大于水平直管段上支吊架最大允許跨距的0.73倍。

2.5 超高壓氦氣管道試壓吹掃

2.5.1 水壓強度試驗

①施工前準備。超高壓氦氣管道安裝完畢及檢查合格后，應進行水壓強度試驗。首先應編制水壓強度試驗及吹掃專項方案，經甲方負責人及監(jiān)檢單位共同確認后方可組織實施。

②試壓壓力確定。超高壓氦氣管道水壓強度試驗介質為潔凈的自來水，其氯離子含量不超過25 ppm，其實驗壓力為管道設計壓力的1.5倍。當管道的設計溫度高于試驗溫度時，實驗壓力應按下式計算，并應校核管道在試驗壓力條件下的應力。當試驗壓力在試驗溫度下產生超過屈服強度的應力時，應將試驗壓力降至不超過屈服強度時的最大壓力。

③試壓具體措施。超高壓氦氣管道壓力試驗用壓力表的滿刻度值應為試驗壓力的1.5～2倍，其精度不得低于1.5級，并且經過校驗合格。管路上的壓力變送器、儀表元件等不能參與試驗的物體要進行拆除或用相同長度的超高壓管道進行替換。試壓時應在管線最高處設置排氣閥，然后按水壓強度專項施工方案設立的壓力梯度緩慢進行注水及升壓。

在此過程中應注意觀察超高壓管道有無變形，待壓力達到試驗壓力后穩(wěn)壓10 min，查看所有管道連接的密封面有無滲水或泄露的現象，再將試驗壓力降至設計壓力，保壓30 min以壓力不降及無滲漏情況為合格。

壓力試驗合格后應及時將管線內試驗介質排掉，首先將管線壓力降至常壓。其次，排液時應防止產生負壓，先打開高處的排氣閥，最后打開低處泄壓閥進行排液。

最后按照規(guī)范要求如實填寫管道系統壓力試驗記錄。

2.5.2 超高壓管道吹掃

①超高壓氦氣管道試驗合格后進行吹掃，吹掃氣源采用科研試驗新區(qū)高壓空氣氣源站提供的高壓干燥空氣進行吹掃。

②吹掃氣源流速不應低于20 m/s，吹掃壓力不得高于設計壓力。

③管道吹掃前，應先將水排出并檢查支吊架是否牢固可靠。吹掃分三次進行，每次吹掃需間隔一定的時間。

④在排氣口設置貼有白布或涂刷白色涂料的木制靶板進行檢驗，吹掃5 min后靶板上無鐵銹、塵土、水分及其他雜物則為合格。

2.5.3 氣密性試驗

由于氦氣資源稀缺、成本高，為了防止泄漏帶來的損失，應進行氣密性試驗。氣密性試驗應符合下列規(guī)定：①試驗介質采用干燥潔凈的氮氣；②氣密性試驗時應裝有安全閥，超壓后能自動泄壓；③氣密性試驗的試驗壓力為設計壓力的1.15倍；④在試驗壓力下保持10 min，再將壓力降至設計壓力，在試驗過程中應以發(fā)泡劑檢驗所有密封面連接處以不泄露、無壓降為合格。

3 結 語

超高壓氦氣管道工作壓力特別高，存在一定的危險性。在施工過程中堅決執(zhí)行“三不”政策，即原材料不合格不使用、本工序不合格不交付、上一工序不合格不接受。嚴格執(zhí)行國家相關規(guī)范標準，不得隨意更改設計要求及降低質量驗收標準。根據施工中遇到的實際問題采取合理、科學、高效的措施進行施工，確保整個安裝工程的質量。

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