海洋石油平臺(tái)管道敏感性泄漏試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的分析及應(yīng)用

馬志剛

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

壓力管道試驗(yàn)是管道施工過程中必不可少的一道工序，其目的主要是驗(yàn)證管道的強(qiáng)度和嚴(yán)密性，防止生產(chǎn)過程中有毒易燃?xì)怏w擴(kuò)散到管道外，引起火災(zāi)爆炸或人身傷害。尤其是對于海上平臺(tái)的油氣管道，如果建造過程中管道試驗(yàn)工作質(zhì)量不高，就很難保證管道的正常使用，從而會(huì)影響油田正常運(yùn)行。

本文以海洋石油平臺(tái)管道試驗(yàn)中的敏感性泄漏試驗(yàn)為研究對象，通過對管道試驗(yàn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，在考慮海洋工程建設(shè)特殊性的情況下，綜合梳理了敏感性泄漏試驗(yàn)的定義、分類、應(yīng)用范圍等問題。相信這些梳理，不但能提高海洋石油平臺(tái)管道系統(tǒng)的工程質(zhì)量，而且對海上平臺(tái)管道系統(tǒng)試驗(yàn)程序的改進(jìn)和完善有重要意義。

1 國內(nèi)外管道試驗(yàn)的分類對比

由于海洋石油工業(yè)的特點(diǎn)，為了方便對外合作并與國際接軌，海上石油平臺(tái)管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為ASME B31.3《工藝管道》，該標(biāo)準(zhǔn)包括設(shè)計(jì)、材料、組件、建造安裝、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等內(nèi)容，是一部完整的綜合性標(biāo)準(zhǔn)。其中ASME B31.3第345節(jié)中給出了6種管道系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，如圖1所示。

圖1 ASME B31.3中要求的管道試驗(yàn)方法

TSG D001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程－工業(yè)管道》、GB/T 20801.5—2006《壓力管道規(guī)范－工業(yè)管道》以及GB 50235—2010《工業(yè)金屬管道工廠施工規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)都把管道試驗(yàn)劃分成耐壓試驗(yàn)和泄漏試驗(yàn)，壓力試驗(yàn)又細(xì)分為各種試驗(yàn)方法，見圖2。

圖2 國標(biāo)中要求的管道試驗(yàn)方法[1-3]

國標(biāo)上根據(jù)試驗(yàn)的目的性，將試驗(yàn)方法分為兩大類：耐壓試驗(yàn)及泄漏試驗(yàn)。泄漏試驗(yàn)相對耐壓試驗(yàn)，其檢測的泄漏靈敏度更高；而ASME B31.3中的敏感性泄漏試驗(yàn)相對其他泄漏試驗(yàn)檢測的泄漏靈敏度更高。結(jié)合ASME B31.3和國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)來對比，ASME B31.3中的敏感性泄漏試驗(yàn)與國標(biāo)中的泄漏試驗(yàn)雖然名稱表述有部分差別，但通過分析，兩者都是同類型的試驗(yàn)方法，相對于其他試驗(yàn)方法目的是為了更好地驗(yàn)證管道的嚴(yán)密性。

2 敏感性泄漏試驗(yàn)的定義

關(guān)于敏感性泄漏試驗(yàn)，通過對比ASME B31.3及國標(biāo)中對于敏感性泄漏試驗(yàn)方法的描述，ASME B31.3中的描述較為具體。根據(jù)ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)，敏感性泄漏試驗(yàn)應(yīng)該包括氣泡檢測－直接加壓技術(shù)（按BPV規(guī)范第Ⅴ卷第10章中附錄Ⅰ的直接加壓方法）以及其他方法已被證明靈敏度不小于10-3std mL/s的其他方法[4]。

那么這里有個(gè)疑問，即氣泡檢測是否泄漏量也需要滿足不小于10-3std mL/s，根據(jù)ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)對于標(biāo)準(zhǔn)的解釋：標(biāo)準(zhǔn)只對除了氣泡檢測以外的其他檢測方法要求證明靈敏度不小于10-3std mL/s，這是標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)編制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的選擇。表1列出了各種試驗(yàn)靈敏度。

表1 各試驗(yàn)方法的靈敏度 單位：std mL/s

3 標(biāo)準(zhǔn)中敏感性泄漏試驗(yàn)的應(yīng)用范圍

3.1 ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求

ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮了流體性質(zhì)、操作條件、其他因素對管道系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)分，對于不同流體工況，標(biāo)準(zhǔn)有針對性地區(qū)別對待。通過對標(biāo)準(zhǔn)中各流體工況的試驗(yàn)要求進(jìn)行梳理，總結(jié)了標(biāo)準(zhǔn)中對于敏感性泄漏試驗(yàn)的適用范圍，見表2。

表2 美標(biāo)敏感性泄漏試驗(yàn)的適用范圍

從表2可以看出，ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)中對于敏感性泄漏試驗(yàn)的要求主要出現(xiàn)在3個(gè)地方，分別是：常規(guī)流體工況和高溫流體工況中的替代試驗(yàn)、M類流體工況、高純度流體工況。

由于海洋石油平臺(tái)的生產(chǎn)性質(zhì)，基本不會(huì)存在高純度流體工況，故本文分析的將其排除。

3.2 替代試驗(yàn)中的要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，如果業(yè)主認(rèn)為采用液壓及氣壓都不太實(shí)際，可能會(huì)對管道本身產(chǎn)生損害或引起斷裂危險(xiǎn)，經(jīng)業(yè)主同意，可以采用替代試驗(yàn)。替代試驗(yàn)主要包括對于焊縫的無損檢驗(yàn)、系統(tǒng)的柔性分析以及對管道系統(tǒng)的敏感性泄漏試驗(yàn)。此時(shí)的敏感性泄漏試驗(yàn)應(yīng)采取相對較低的試驗(yàn)壓力。

采用替代試驗(yàn)，僅對管道焊縫有無損檢驗(yàn)要求，對于管道母材沒有針對性的檢驗(yàn)要求。對于母材而言，即便系統(tǒng)進(jìn)行了低壓的敏感性泄漏試驗(yàn)，但無法達(dá)到壓力試驗(yàn)對于母材的檢驗(yàn)效果（制造廠的母材試壓壓力存在無法覆蓋施工現(xiàn)場強(qiáng)度試驗(yàn)壓力的情況），存在風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 M類流體工況中的要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，如果管道中流體有高毒性（流體工況為M類），即使在采取措施的情況下，微量泄漏都能對人產(chǎn)生不可逆的傷害；或者業(yè)主認(rèn)為常規(guī)流體工況沒有足夠的嚴(yán)密性來保護(hù)人免于傷害，這種情況下，對管道進(jìn)行敏感性泄漏試驗(yàn)就是標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制要求。

3.4 國標(biāo)中的試驗(yàn)要求

根據(jù) TSG D001—2009、GB/T 20801.5—2006以及GB 50235—2010，除了壓力替代試驗(yàn)要求敏感性泄漏試驗(yàn)外，以上標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)提出：“輸送極度危害、高度危害流體以及可燃流體的管道應(yīng)當(dāng)進(jìn)行泄漏試驗(yàn)”[1-3]。除了極度危害、高度危害流體的要求與ASME B31.3中類似外，還有對于輸送可燃流體管道的敏感性泄漏試驗(yàn)要求。

4 項(xiàng)目中敏感性泄漏試驗(yàn)的應(yīng)用情況

4.1 項(xiàng)目的試驗(yàn)要求

根據(jù)以往國內(nèi)外海洋石油平臺(tái)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)分析，無論油田還是氣田，流體工況大都為常規(guī)流體工況，業(yè)主都不直接定義為M類流體工況。因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對常規(guī)流體工況的管道進(jìn)行壓力試驗(yàn)，特別是只做水壓試驗(yàn)就已滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.3的要求，沒有強(qiáng)制要求進(jìn)行敏感性泄漏試驗(yàn)。

但是ASME B31.3是壓力管道進(jìn)行安全設(shè)計(jì)及建造時(shí)所需要的工程設(shè)計(jì)要求，是基于安全的最低要求。在需要時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)合理的管道安裝質(zhì)量，業(yè)主也應(yīng)負(fù)責(zé)對規(guī)范提出補(bǔ)充要求，以保證所安裝管道的安全性。因此即使流體是常規(guī)流體工況，在正常進(jìn)行了壓力試驗(yàn)的情況下，考慮到海上油氣生產(chǎn)的危險(xiǎn)性，在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，業(yè)主也通常會(huì)增加額外的敏感性泄漏試驗(yàn)，一般在合同中約定。合同中約定時(shí)，需要明確試驗(yàn)的類別、試驗(yàn)壓力以及試驗(yàn)的范圍，以免在試驗(yàn)實(shí)施階段產(chǎn)生爭議。

4.2 敏感性泄漏試驗(yàn)的類別

目前常規(guī)油、氣田的可燃流體系統(tǒng)一般要求采用氣密試驗(yàn)（氣泡泄漏檢測），含硫化氫的氣田采用氦氮試驗(yàn)。但具體采用哪種試驗(yàn)，需要看合同中的約定。

（1）氣密試驗(yàn)（氣泡泄漏檢測）：氣密試驗(yàn)通常采用空氣或氮?dú)庾鳛樵囼?yàn)介質(zhì)，使用中性發(fā)泡劑進(jìn)行泄漏檢測。將系統(tǒng)加壓到測試壓力后，將要測試的法蘭等部位涂上溶液。如果溶液開始起泡，則說明此處存在泄漏，需要維修。如果發(fā)現(xiàn)泄漏，則必須先對系統(tǒng)泄壓，然后才能開始對系統(tǒng)進(jìn)行任何維修。

與使用氮?dú)猓∟2）相比，使用空氣作為試驗(yàn)介質(zhì)更具成本效益。但由于N2的惰性特性，氮?dú)庑孤┰囼?yàn)后保留在系統(tǒng)中的氮?dú)饪捎行p少氧氣含量，避免在引入油氣等碳?xì)浠衔飼r(shí)產(chǎn)生爆炸性混合物，使其成為油氣管道系統(tǒng)試驗(yàn)更優(yōu)選擇。

（2） 氦氮試驗(yàn)（He/N2）：氦氮試驗(yàn)通常采用N2/He混合介質(zhì)，使用質(zhì)譜儀（針對He進(jìn)行校準(zhǔn)）來測量可量化的泄漏率。將系統(tǒng)加壓到試驗(yàn)壓力，并將法蘭包裹在薄膜中。然后試驗(yàn)人員用He質(zhì)譜儀刺穿包裹物，并通過檢測到的He記錄泄漏率。99%的N2與1%的He混合物提供了測量可量化泄漏率的能力。

兩種方法各有利弊，He分子比空氣分子（N2和O2）的尺寸小，可以通過高壓系統(tǒng)中可能存在的微小泄漏點(diǎn)，有助于識(shí)別采用空氣（N2和O2）難以發(fā)現(xiàn)的泄漏。使用N2/He混合物的主要缺點(diǎn)是成本高，但也可以有效減少氧氣含量，避免在引入油氣等碳?xì)浠衔飼r(shí)產(chǎn)生爆炸性混合物。

4.3 試驗(yàn)壓力

ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)對于氣泡泄漏檢測（氣密試驗(yàn)）最低試驗(yàn)壓力為不小于105 kPa（15 psi）或25%的設(shè)計(jì)壓力中的較小值[4]，但并未提出最高試驗(yàn)壓力限制。根據(jù)氣泡檢測所采用的ASME BPV規(guī)范第Ⅴ卷第10章，在標(biāo)準(zhǔn)正文中雖然針對所有泄漏試驗(yàn)提出試驗(yàn)壓力不超過25%設(shè)計(jì)壓力的要求，但前提是本章節(jié)或引用標(biāo)準(zhǔn)的章節(jié)沒有特別規(guī)定。而在NB/T 47013中第8部分泄漏檢測中規(guī)定：“除本部分附錄或相關(guān)要求另有規(guī)定外，需進(jìn)行壓力泄漏檢測的工件，最大檢測壓力不應(yīng)超過設(shè)計(jì)壓力的1.15倍”[3]。顯然如上文所述，ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對引用的氣泡檢測-直接加壓這種試驗(yàn)方法特別規(guī)定了最小試驗(yàn)壓力，如與氣泡試驗(yàn)方法所在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)壓力有沖突，可優(yōu)先采用ASME B31.3中的要求。

ASMEB31.3標(biāo)準(zhǔn)對于泄漏量不小于10-3stdmL/s的其他方法也沒有做出試驗(yàn)壓力規(guī)定。

考慮到氣體介質(zhì)試驗(yàn)的危險(xiǎn)性，中海油集團(tuán)公司規(guī)定設(shè)計(jì)壓力大于0.6 MPa的管道原則上禁止使用氣體介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，如確需高壓力氣體試驗(yàn)時(shí)，必須進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)分析，采取防護(hù)措施，試驗(yàn)方案必須得到上級主管部門的批準(zhǔn)。

通常在實(shí)際項(xiàng)目中，對于氣密試驗(yàn)（氣泡泄漏檢測）一般都規(guī)定以0.6 MPa為上限值。對于氦氮試驗(yàn)，如果業(yè)主合同中有更高的試驗(yàn)壓力要求，應(yīng)該執(zhí)行更為嚴(yán)格的試驗(yàn)方案。

4.4 敏感性泄漏試驗(yàn)的實(shí)施地點(diǎn)

一般來說施工計(jì)劃（施工延誤或者海上安裝窗口期等）可能導(dǎo)致在海上進(jìn)行敏感性泄漏試驗(yàn)，但理想的情況是在陸地上進(jìn)行試驗(yàn)。海上試驗(yàn)可能會(huì)對項(xiàng)目進(jìn)度和計(jì)劃產(chǎn)生重大影響。試驗(yàn)所需的設(shè)備、需要的甲板空間、在試驗(yàn)期間中止的工作、試驗(yàn)人員的生活需求都可能導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)度的延遲。因此，應(yīng)該在出海前盡可能地提高施工場地泄漏試驗(yàn)的完成率。

4.5 敏感性泄漏試驗(yàn)的一些說明

根據(jù)ASME B31.3，對于敏感性泄漏試驗(yàn)，試驗(yàn)前管道接頭（焊接接頭、法蘭接頭、螺紋接頭等）都不允許進(jìn)行涂油漆以及保溫。但是實(shí)際項(xiàng)目中的敏感性泄漏試驗(yàn)，都是業(yè)主額外提出的試驗(yàn)要求，而不是上文提到的標(biāo)準(zhǔn)中的強(qiáng)制性試驗(yàn)要求。實(shí)際項(xiàng)目中敏感性泄漏試驗(yàn)的檢查重點(diǎn)為法蘭、閥門填料函、螺紋等可拆卸部位[2]，考慮到工期與成本的問題，無需對于已經(jīng)通過水壓試驗(yàn)的焊接接頭再要求裸露接頭。

5 結(jié)束語

本文針對海洋石油平臺(tái)工藝管道普遍進(jìn)行的敏感性泄漏試驗(yàn)，系統(tǒng)梳理了試驗(yàn)的定義、各標(biāo)準(zhǔn)的要求、分類、應(yīng)用范圍等，不僅加深了對試驗(yàn)本身的理解，同時(shí)對海上平臺(tái)管道系統(tǒng)試驗(yàn)程序的改進(jìn)和完善有重要意義，進(jìn)而有助于提高建設(shè)工程質(zhì)量。