影響工業管道試驗的因素分析

張豪燦 何佳夢

摘 要：工業管道是石油、化工、輕工、制藥、礦山等工業企業管道設施的總稱。工業管道廣泛應用于各行業、各個城鄉區域。工業管道與壓力管道范圍有交叉，但工業管道范圍要大。二者交叉范圍的管道，涉及工藝流程多，生產環境復雜，輸送介質多樣，管道安裝環境多變。工業管道的概念包括：連接的設備設施、管子、閥門、管件和支吊架等內容。在介質輸送過程中，管道的性能就顯得尤為重要，直接影響介質輸送的效率、安全性及外界環境。管道試驗項目主要包括：強度試驗和嚴密性試驗，而強度試驗又細分為液壓試驗與氣壓試驗。本文主要對影響管道強度試驗及嚴密性試驗的因素進行了探討。

關鍵詞：強度試驗；泄漏試驗；影響因素

中圖分類號：TV672 文獻標志碼：A

1 試驗前檢查是影響試驗成敗的關鍵

工業管道包括連接的設備設施、管子、閥門、管件和支吊架等內容。對于管道試驗來說，任何設備性能及連接出現問題，都將直接影響試驗結果。管道試驗前主要檢查的內容如下：（1）焊縫的目視檢查，檢查焊縫是否有缺陷，是否存在點焊的現象等；（2）機械連接件的目視檢查，檢查連接件的完整性，是否有可見裂紋；（3）法蘭是否加裝墊片，是否為正式墊片；（4）設備是否還在壽期，是否已老化，是否為廢舊設備；（5）試驗用管道、管件、配件的承壓等級是否符合試驗所需壓力要求。

2 影響管道強度試驗的因素

2.1 強度試驗方法的選擇。強度試驗的試驗方法又分為液壓試驗與氣壓試驗。就液壓試驗與氣壓試驗的選擇問題，通常選擇相對安全的液壓試驗。由于氣體的可壓縮性，高壓下同體積的氣體與液體在泄漏至常壓后，氣體與液體的體積相差甚大。同時，液體是不可壓縮性流體，在管道強度試驗不合格有泄漏時，系統壓力可以瞬間釋放；而氣體強度試驗有小的裂口時，壓力不會瞬間降下來，繼續升壓等到系統某點達到極限時，系統會產生大破口，瞬間大量氣體漏出，產生爆炸式膨脹，壓力才得以釋放。

某些特殊情況下也會考慮采用氣壓作為強度試驗。當直徑較大的管道采用支吊架固定的形式，采用液體試壓容易超過支吊架所能承受的荷載，可以考慮用氣體試壓。另外極端低溫下，用水試壓極易結冰，可用氣體試壓來代替。

2.2 試驗壓力與試驗溫度的影響

（1）對于液壓試驗：（a）試驗壓力不低于1.5倍設計壓力；（b）設計溫度比試驗溫度高的情況下，試驗壓力PT應滿足：PT≥1.5PD×S1/S2。其中，PD為設計壓力，MPa；S1為試驗溫度下管道許用應力，MPa；S2為設計溫度下管道許用應力，MPa；當S1/S2>6.5時，取6.5。管道許用應力S的值與管道材質、管道厚度、管道加工工藝和管道溫度有關，可以通過常用鋼管許用應力表（GB50316—2000）進行查找；（c）試驗壓力應小于該溫度下不超過屈服強度的最大壓力；壓力試驗保壓期間，需考慮打壓介質熱膨脹而導致的管道超壓。為了減少打壓介質在保壓期的熱膨脹，可以在管道外適當包裹保溫層。但保溫層的加設又會為保壓期間查漏帶來困難。所以，打壓期間選擇溫度相對恒定的環境進行，試壓管道盡量避免陽光照射，或者采取必要的溫控措施。

（2）對于氣壓試驗：（a）氣壓試驗壓力的選擇。承受內壓的工業金屬管道，氣壓試驗壓力應為設計壓力的1.15倍；真空管道為0.2MPa；（b）由于氣體性質原因，相比于液壓試驗，溫度對氣壓試驗的影響更為顯著。試驗時應加裝1.1倍設計壓力的安全閥，防止由于溫度影響而導致的管道超壓。

2.3 液壓試驗管道殘存氣體的影響

液壓試驗前，需要對管道系統進行液體介質充注，充注至管道實體狀態后，方可進行管道打壓。但如果液體介質充注不充分，會導致管道內殘存氣體。由于氣體的可壓縮性，殘存的氣體必然導致管線打壓壓力與實際所需壓力產生偏差，進而導致最終管線試壓結果不準確。對于布置復雜的工業管道，需要預先制定管道排氣方案，排氣效果將直接影響管道打壓結果。

2.4 試驗介質的選擇對試驗的影響

液壓試驗：工業金屬管道打壓時液壓介質的選擇與管道材質密切相關。對于水質要求不高的管道進行壓力試驗時，可采用廉價的水來作為試壓介質；奧氏體不銹鋼管道進行試壓時，水中氯離子含量要低于50ppm；對于有溶氧易蝕的管道，可以考慮預先在水中添加不對管道腐蝕的除氧劑，氧含量合格后進一步進行壓力試驗。

氣壓試驗：與液壓試驗相似，管道的材質對氣壓試驗所需氣體介質要求不同，常用介質包括普通空氣、經處理的無油不含有機物的干燥空氣、氮氣等。

2.5 垂直分布管道試驗的影響因素

對于垂直分布式壓試驗管網，影響管網試壓的因素尤其應該考慮高差對管網試壓的影響。液體注滿管網后，底部承壓要高于頂部承壓。為了將所有管線進行壓力試驗，可以采用分層試壓的方法，即通過隔離閥，將高差較大的垂直管網進行分層，每層單獨試壓。通過分層試壓的方法，可以有效減少高差對管網試壓的影響。

2.6 系統試驗順序的安排對管道試驗的影響

如果管道進行壓力試驗后，因檢修或者設計需求而導致的管線拆卸、焊接、改造，則壓力試驗需重新執行。因此，對系統試驗前應做好整體規劃與整體把控，減少返工風險。

2.7 壓力表的選取對管道試驗的影響

（a）壓力表的量程應為被測壓力的1.5～2.0倍，如果管道設計壓力1MPa，按照試壓壓力為設計壓力的1.5倍，則壓力表量程應選擇2.25MPa～3.00MPa（即1.5×1.5MPa～1.5×2.0MPa）壓力范圍。

（b）壓力表的精度不得低于1.6級（允許誤差/測量上限×100%=±1.6%），壓力表是否校驗，試壓裝置的壓力表不得少于兩塊，以減少壓力表失效不準的風險，同時可以比較多塊壓力表示數，減小誤差。

3 影響管道泄漏試驗的因素

3.1 泄漏試驗的前提：對于輸送危害性流體或者可燃氣體的管道，需要進行泄漏試驗；另外，在管道進行泄漏試驗前，必須先進行管道的強度試驗且合格。如果先進行管道的泄漏試驗后執行強度試驗，由于強度試驗壓力比泄漏試驗壓力高，可能會使之前進行的泄漏試驗失效。換言之，強度試驗后無法保證泄漏仍合格。

3.2 泄漏試驗壓力的選擇：一般選用設計壓力，試驗壓力達到設計壓力后，需要對閥門填料、機械連接點等連接處進行發泡劑檢查。

3.3 泄漏試驗的檢查：泄漏試驗檢查應提前編制詳細的檢查方案，羅列所有連接件、密封面、焊口等連接處。對于復雜的管網，需要對管網設備進行專業檢查，需要對各法蘭面進行檢查，對閥門閥桿、閥門與管道連接處進行全面檢查。由于檢查工作量較大，需提前進行人員分工，提前對檢查人員進行相關交底，讓檢查人員熟悉檢查范圍及檢查內容，切不可遺漏任何待檢點。在試驗壓力下，經穩壓24h后進行壓力監測，合格標準為管網無壓力降。試驗過程中如發現泄漏要做好標記，必須在泄壓后進行檢修，不得帶壓修補。

結語

綜上所述，管道試壓成敗的關鍵在于試壓前的檢查，試驗檢查是管道試驗的前提和基礎。通過試驗前檢查，預先排查出系統試驗存在的問題，可以有效減少返工的風險，提高效率。此外，影響管道的強度試驗及泄漏試驗的因素較為繁雜。對于復雜的試驗管網及試壓設備，試驗期間的檢查工作量較大，需預先制定檢查方案、試驗方案及應急預案。由于管道試驗核心是為管道打壓，試驗過程中，需要對試驗壓力進行合理有效控制。同時，考慮到試壓介質的熱物性，需要對試驗期間的溫度進行控制，防止保壓期間溫度波動而對試驗結果產生影響。最后，管道試驗的規模可大可小，將各種影響因素及風險提前考慮并加以預防，可以大大提高試驗成功率。

參考文獻

[1]于海章.工藝管線系統試壓研究[J].中國石油和化工標準與質量，2012（2）：222.

[2]陳全樹，郝偉. 對燃氣管道試壓的幾點看法[J].內燃機，2000（6）：45.

[3]衛建亭.石油化工裝置工藝管線試壓分析[J].中國石油和化工標準與質量，2011（8）：286.