探析超高壓氦氣管道的安裝施工技術(shù)

楊光

摘 要：超高壓氦氣管道安裝是指輸送介質(zhì)為氦氣，壓力等級(jí)P≥100 MPa的金屬管道安裝。文章結(jié)合筆者公司承接的某風(fēng)洞超高壓氦氣管道安裝工程的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要闡述超高壓氦氣管道卡套式安裝技術(shù)措施，確保超高壓管道安裝質(zhì)量及使用安全，在實(shí)際施工中起到一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：超高壓管道；氦氣；加工件

中圖分類號(hào)：TH138 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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?jī)H為5.24×10-6。氦氣作為國(guó)防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一，然而我國(guó)現(xiàn)有氦氣資源相當(dāng)貧乏，含量很低，提取難度大，成本高。鑒于上述諸多現(xiàn)狀對(duì)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(yán)苛的考驗(yàn)。

2 施工步驟

2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

2.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

超高壓氦氣管道安裝之前，首先由安裝單位專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)真審閱設(shè)計(jì)施工圖、安裝技術(shù)任務(wù)書及相關(guān)技術(shù)規(guī)程、規(guī)范；其次由設(shè)計(jì)單位、安裝單位、業(yè)主方一起進(jìn)行圖紙會(huì)審，將設(shè)計(jì)缺陷完善或?qū)τ幸蓡柕氖马?xiàng)進(jìn)行補(bǔ)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(qiáng)度試驗(yàn)及氣密性試驗(yàn)專項(xiàng)方案、超高壓氦氣管道吹掃專項(xiàng)方案。

2.1.2 材料機(jī)具準(zhǔn)備

根據(jù)施工圖及安裝技術(shù)任務(wù)書的要求提交材料需求計(jì)劃，采購(gòu)所需材料及施工機(jī)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(xié)加工，所以準(zhǔn)備常用施工機(jī)具及檢驗(yàn)工具即可。

2.2 超高壓管道安裝原材料檢驗(yàn)

原材料的質(zhì)量是否合格，直接影響整個(gè)安裝工程的質(zhì)量。因此，超高壓無縫鋼管、閥門、加工件到貨后必須進(jìn)行復(fù)檢，每一個(gè)技術(shù)指標(biāo)依照國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，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(shè)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?dú)鈱⒐艿纼?nèi)壁進(jìn)行吹除。

②超高壓供氣管道水平安裝，固定后不能產(chǎn)生較大的彎矩及扭矩，為了避免管道振動(dòng)，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(yīng)采用2 000目金相砂紙進(jìn)行研磨，使其表面粗糙度達(dá)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(gè)連接螺母均使用一個(gè)鎖緊螺母鎖連。

⑤超高壓氦氣管道轉(zhuǎn)彎部分，需用直角彎頭連接，嚴(yán)禁使用彎管替代直角彎頭。

⑥管道下料尺寸需精確測(cè)量，充分考慮管件、透鏡墊等本身的尺寸，采取現(xiàn)場(chǎng)量具測(cè)量與三維軟件相結(jié)合的方式下料，確保下料尺寸的精確。

⑦超高壓管道與氣動(dòng)截止閥安裝時(shí)，需先確定氣動(dòng)截止閥位置，閥門安裝完成后，再根據(jù)實(shí)際尺寸下料進(jìn)行安裝；超高壓氦氣管道與氣動(dòng)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(yīng)同時(shí)滿足管道強(qiáng)度和剛度兩個(gè)條件。強(qiáng)度條件是控制管道自重彎曲應(yīng)力不超過設(shè)計(jì)溫度下材料許應(yīng)力的一半；剛度條件是限制管道自重產(chǎn)生的彎曲擾度，一般管道設(shè)計(jì)擾度不應(yīng)超過15 mm，裝置外管道的擾度不應(yīng)超過38 mm；由管道自重產(chǎn)生的彎曲擾度不應(yīng)超過支吊架跨距的0.005；盡端管道兩支吊架間的管道長(zhǎng)度不應(yīng)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(zhǎng)度，不應(yīng)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(qiáng)度試驗(yàn)

①施工前準(zhǔn)備。超高壓氦氣管道安裝完畢及檢查合格后，應(yīng)進(jìn)行水壓強(qiáng)度試驗(yàn)。首先應(yīng)編制水壓強(qiáng)度試驗(yàn)及吹掃專項(xiàng)方案，經(jīng)甲方負(fù)責(zé)人及監(jiān)檢單位共同確認(rèn)后方可組織實(shí)施。

②試壓壓力確定。超高壓氦氣管道水壓強(qiáng)度試驗(yàn)介質(zhì)為潔凈的自來水，其氯離子含量不超過25 ppm，其實(shí)驗(yàn)壓力為管道設(shè)計(jì)壓力的1.5倍。當(dāng)管道的設(shè)計(jì)溫度高于試驗(yàn)溫度時(shí)，實(shí)驗(yàn)壓力應(yīng)按下式計(jì)算，并應(yīng)校核管道在試驗(yàn)壓力條件下的應(yīng)力。當(dāng)試驗(yàn)壓力在試驗(yàn)溫度下產(chǎn)生超過屈服強(qiáng)度的應(yīng)力時(shí)，應(yīng)將試驗(yàn)壓力降至不超過屈服強(qiáng)度時(shí)的最大壓力。

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

在此過程中應(yīng)注意觀察超高壓管道有無變形，待壓力達(dá)到試驗(yàn)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(xiàn)象，再將試驗(yàn)壓力降至設(shè)計(jì)壓力，保壓30 min以壓力不降及無滲漏情況為合格。

壓力試驗(yàn)合格后應(yīng)及時(shí)將管線內(nèi)試驗(yàn)介質(zhì)排掉，首先將管線壓力降至常壓。其次，排液時(shí)應(yīng)防止產(chǎn)生負(fù)壓，先打開高處的排氣閥，最后打開低處泄壓閥進(jìn)行排液。

最后按照規(guī)范要求如實(shí)填寫管道系統(tǒng)壓力試驗(yàn)記錄。

2.5.2 超高壓管道吹掃

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

②吹掃氣源流速不應(yīng)低于20 m/s，吹掃壓力不得高于設(shè)計(jì)壓力。

③管道吹掃前，應(yīng)先將水排出并檢查支吊架是否牢固可靠。吹掃分三次進(jìn)行，每次吹掃需間隔一定的時(shí)間。

④在排氣口設(shè)置貼有白布或涂刷白色涂料的木制靶板進(jìn)行檢驗(yàn)，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(yàn)

由于氦氣資源稀缺、成本高，為了防止泄漏帶來的損失，應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。氣密性試驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定：①試驗(yàn)介質(zhì)采用干燥潔凈的氮?dú)?；②氣密性試?yàn)時(shí)應(yīng)裝有安全閥，超壓后能自動(dòng)泄壓；③氣密性試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.15倍；④在試驗(yàn)壓力下保持10 min，再將壓力降至設(shè)計(jì)壓力，在試驗(yàn)過程中應(yīng)以發(fā)泡劑檢驗(yàn)所有密封面連接處以不泄露、無壓降為合格。

3 結(jié) 語(yǔ)

超高壓氦氣管道工作壓力特別高，存在一定的危險(xiǎn)性。在施工過程中堅(jiān)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(yán)格執(zhí)行國(guó)家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，不得隨意更改設(shè)計(jì)要求及降低質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)施工中遇到的實(shí)際問題采取合理、科學(xué)、高效的措施進(jìn)行施工，確保整個(gè)安裝工程的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50184—2011，工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 勞動(dòng)部職業(yè)安全衛(wèi)生與鍋爐壓力容器監(jiān)察局.壓力管道安全管理及監(jiān)察規(guī)定[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，1996.

[3] 《動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4] 陳宏鈞.機(jī)械加工常用標(biāo)準(zhǔn)便查手冊(cè)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[5] GB/T 577—2008，無縫鋼管超聲波探傷檢驗(yàn)方法[S].