鋼管靜水壓試驗(yàn)的穩(wěn)壓方式探討

歐陽育光，邵立功

（番禺珠江鋼管有限公司，廣東　廣州　511450）

鋼管靜水壓試驗(yàn)的穩(wěn)壓方式探討

歐陽育光，邵立功

（番禺珠江鋼管有限公司，廣東廣州511450）

介紹了鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)及其4種穩(wěn)壓方式（高壓泵穩(wěn)壓、高壓罐穩(wěn)壓、增壓器穩(wěn)壓以及穩(wěn)壓缸穩(wěn)壓）的工作原理，并對這4種穩(wěn)壓方式的工藝技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和比較。建議企業(yè)在新建項(xiàng)目時(shí)正確合理地選用合適的穩(wěn)壓方式，使其既能滿足工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，還能提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的利潤。

鋼管檢驗(yàn)；靜水壓試驗(yàn)；穩(wěn)壓方式；高壓泵穩(wěn)壓；高壓罐穩(wěn)壓；增壓器穩(wěn)壓；穩(wěn)壓缸穩(wěn)壓

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)了石油天然氣等能源工業(yè)的快速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了管道運(yùn)輸業(yè)和鋼管工業(yè)的蓬勃發(fā)展［1-3］。為了提高鋼管產(chǎn)品的質(zhì)量和使用的安全可靠性，各制造廠家都在積極努力加強(qiáng)鋼管的檢測與試驗(yàn)手段。在鋼管的所有檢測與試驗(yàn)中，靜水壓試驗(yàn)由于其準(zhǔn)確率高而成為鋼管制造工藝流程中必不可少的檢驗(yàn)項(xiàng)目［4-5］，而許多產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對水壓試驗(yàn)提出了嚴(yán)格的穩(wěn)壓要求。因此，在水壓試驗(yàn)過程中穩(wěn)壓性能的好壞成為水壓試驗(yàn)機(jī)的重要指標(biāo)，如何確保在水壓試驗(yàn)過程中穩(wěn)壓曲線符合標(biāo)準(zhǔn)要求也成為關(guān)注的焦點(diǎn)，當(dāng)水壓值達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)壓力后，通常要求穩(wěn)壓10～15 s，且壓力波動(dòng)不超過0.5 MPa［6-8］。由于鋼管兩端的密封以及充水閥、排氣閥等各處存在微量泄漏［9-10］，所以正確合理地使用穩(wěn)壓方式，在鋼管靜水壓試驗(yàn)中顯得尤為重要。

1　鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)工作原理

鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)如圖1所示。鋼管由送管機(jī)構(gòu)送到位，然后經(jīng)對中升降機(jī)構(gòu)抬升至密封位，此時(shí)移動(dòng)端主油缸推動(dòng)鋼管前進(jìn)并密封；接著充水閥打開，低壓水泵給鋼管充水，當(dāng)看到排氣閥有大量的水溢出且沒有氣泡時(shí)，說明鋼管已充滿水；關(guān)閉充水閥和排氣閥，開始加壓，在充水閥端裝有壓力傳感器，實(shí)時(shí)檢測水壓并反饋信號(hào)給比例溢流閥自動(dòng)調(diào)整主油缸油壓，達(dá)到油壓/水壓的動(dòng)態(tài)平衡；當(dāng)壓力升至試驗(yàn)要求值時(shí)，高壓泵停止加壓，開始穩(wěn)壓，穩(wěn)壓完成后卸壓，將鋼管送出，完成一個(gè)水壓試驗(yàn)循環(huán)［11-13］。

圖1　鋼管水壓試驗(yàn)機(jī)

2　鋼管靜水壓試驗(yàn)的常見穩(wěn)壓方式

2.1高壓泵穩(wěn)壓

高壓泵穩(wěn)壓工作原理如圖2所示。鋼管經(jīng)低壓水泵充水，卸荷閥的電磁鐵2YA得電，鋼管充滿水后，關(guān)閉沖水閥與排氣閥，開始高壓泵加壓，電磁鐵1YA得電，同時(shí)液壓油缸的壓力隨著水壓的變化而變化。當(dāng)水壓達(dá)到要求的試驗(yàn)壓力值后，高壓泵卸荷，電磁鐵1YA斷電，開始穩(wěn)壓，同時(shí)記錄穩(wěn)壓曲線。當(dāng)穩(wěn)壓時(shí)間達(dá)到要求后開始卸壓，電磁鐵2YA得電，卸壓完成并保存穩(wěn)壓曲線記錄，等待下一根鋼管的靜水壓試驗(yàn)。

圖2　高壓泵穩(wěn)壓工作原理

高壓泵穩(wěn)壓具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等特點(diǎn)；雖然投資小，但對水壓試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)各零件要求高。由于充水閥、氣閥及鋼管兩端密封存在微量泄漏，且高壓泵自身壓力存在較大的脈動(dòng)，所以輸出的壓力也存在較大的波動(dòng)。鋼管在穩(wěn)壓過程中的微量泄漏，導(dǎo)致壓力損失較快，又得不到補(bǔ)償，穩(wěn)壓時(shí)壓力值波動(dòng)較大，所以用高壓泵穩(wěn)壓的效果不能夠完全保證滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2高壓罐穩(wěn)壓

高壓罐穩(wěn)壓工作原理如圖3所示。在鋼管的高壓管路上加上1個(gè)單向閥，1個(gè)兩位兩通的氣動(dòng)換向閥，1個(gè)高壓罐，高壓罐上部充壓縮空氣，下部充水，罐體上裝有壓力傳感器、液位控制器、壓力表和安全閥，高壓罐上部的壓縮空氣由1臺(tái)高壓空氣壓縮機(jī)定期供氣。鋼管開始水壓試驗(yàn)時(shí)，充滿水后關(guān)閉充水閥、排氣閥，高壓泵開始加壓，電磁鐵1YA得電，一部分高壓水經(jīng)單向閥進(jìn)入高壓罐。當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)要求的壓力值后，高壓泵卸荷，同時(shí)電磁鐵3YA得電，開始穩(wěn)壓，此時(shí)高壓罐內(nèi)的壓力與鋼管的試驗(yàn)壓力是一致的，且處于連通狀態(tài)，高壓罐內(nèi)的壓力水經(jīng)過兩位兩通氣動(dòng)換向閥及時(shí)補(bǔ)充鋼管兩端密封、充水閥以及排氣閥的微量泄漏，保證了壓力在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)。穩(wěn)壓時(shí)間達(dá)到要求后先斷開電磁鐵3YA，再斷開鋼管卸荷閥，電磁鐵2YA斷電，鋼管卸壓。

高壓罐穩(wěn)壓方式需要增加1個(gè)高壓罐及其控制附件，另外還需增加1臺(tái)高壓空氣壓縮機(jī)，每隔一段時(shí)間為高壓罐充氣。這種穩(wěn)壓方式具有維護(hù)方便、使用簡單、節(jié)能、穩(wěn)壓效果好等優(yōu)點(diǎn)，但投入大，且需占用一定安裝空間，可以根據(jù)具體實(shí)際情況靈活應(yīng)用。

圖3　高壓罐穩(wěn)壓工作原理

2.3增壓器穩(wěn)壓

往復(fù)式增壓器穩(wěn)壓工作原理如圖4所示。鋼管在低壓下充滿水后，排氣閥、充水閥關(guān)閉，液壓泵同時(shí)啟動(dòng)，電磁鐵1YA、2YA交替通電、斷電，增壓器往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將0.4 MPa的壓力增至試驗(yàn)的規(guī)定壓力，壓力傳感器給出信號(hào)，開始穩(wěn)壓；液壓泵停止工作增壓器緩慢運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)充鋼管兩端密封、充水閥、排氣閥等處的微滲漏，讓壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖4　往復(fù)式增壓器穩(wěn)壓工作原理

往復(fù)式增壓器具有體積小、一次性投資少、能夠及時(shí)補(bǔ)償滲漏損失等優(yōu)點(diǎn)；但在穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)換向時(shí)停止吸水和壓水，由于密封處、充水閥與換向閥存在微量泄漏，換向時(shí)脈動(dòng)大，可能會(huì)產(chǎn)生瞬間壓力下降，達(dá)不到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4穩(wěn)壓缸穩(wěn)壓

穩(wěn)壓缸穩(wěn)壓工作原理如圖5所示。穩(wěn)壓缸上腔通壓力油，設(shè)置1套液壓站控制，壓力由水壓壓力傳感器給出信號(hào)控制比例溢流閥調(diào)整。鋼管充滿水后，關(guān)閉充水閥、排氣閥、鋼管卸荷閥，高壓泵開始加壓，同時(shí)推動(dòng)穩(wěn)壓缸活塞上升，電磁鐵4YA得電，穩(wěn)壓缸上腔的液壓油流回油箱；當(dāng)壓力值達(dá)到要求后，高壓泵卸荷，開始穩(wěn)壓，同時(shí)電磁鐵3YA得電，比例溢流閥根據(jù)壓力傳感器和穩(wěn)壓缸柱塞的面積比調(diào)整壓力，壓力油經(jīng)插裝閥流入穩(wěn)壓缸上腔控制穩(wěn)壓缸動(dòng)作，使得鋼管兩端密封、充水閥、排氣閥等各處存在的微量泄漏得到補(bǔ)償，能夠很好地保證壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖5　穩(wěn)壓缸穩(wěn)壓工作原理

圖6所示是沒有使用穩(wěn)壓缸時(shí)的穩(wěn)壓曲線，從中可以看出，由于各密封處的微量泄漏得不到補(bǔ)償，導(dǎo)致壓力下降的速度較快，保壓時(shí)間未達(dá)到要求時(shí)壓力就超出了規(guī)定波動(dòng)范圍。圖7所示是使用穩(wěn)壓缸后的穩(wěn)壓曲線，從中可以看出，使用穩(wěn)壓缸后各密封處的微量泄漏得到了很好的補(bǔ)償，使得穩(wěn)壓曲線變得平滑穩(wěn)定，且波動(dòng)范圍非常小，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

穩(wěn)壓缸穩(wěn)壓方式前期投入小，使用維護(hù)方便，穩(wěn)壓效果好，無脈動(dòng)，由比例溢流閥控制，自動(dòng)化程度高。目前番禺珠江鋼管有限公司新建的鋼管水壓試驗(yàn)項(xiàng)目都采用該穩(wěn)壓方式，運(yùn)行效果良好。

圖6　沒有使用穩(wěn)壓缸時(shí)的穩(wěn)壓曲線

圖7　使用穩(wěn)壓缸后的穩(wěn)壓曲線

3　結(jié)　語

鋼管靜水壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)鋼管質(zhì)量的重要手段，其穩(wěn)壓方式的選擇是試驗(yàn)滿足要求的保障。高壓泵穩(wěn)壓、高壓罐穩(wěn)壓、增壓器穩(wěn)壓以及穩(wěn)壓缸穩(wěn)壓等4種穩(wěn)壓方式有其相應(yīng)的特點(diǎn)和不足。建議企業(yè)新建項(xiàng)目時(shí)正確合理地選用合適的穩(wěn)壓方式，在滿足工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，還能提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的利潤。

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Discussion on Pressure Stabilization Methods for Steel Pipe Hydrostatic Pressure Testing

OUYANG Yuguang，SHAO Ligong
（Panyu Chukong Steel Pipe Co.，Ltd.，Guangzhou 511450，China）

Described in the paper are the steel pipe hydrostatic pressure testing machine，and the pressure stabilization methods with four different devices，i.e.，the high pressure pump，the high pressure tank，the pressure booster and the pressure-stabilizing cylinder，and the working principles thereof.Also summarized and compared are the process technological characteristics of the four methods.Finally，it is suggested that proper pressure stabilization method be determined reasonably by companies concerned for their future hydrostatic pressure testing machines in a bid to not only meet relevant process requirements，but also improve productivity，and thus the profitability.

steel pipe inspection；hydrostatic pressure testing；pressure stabilization method；pressure stabilization with high pressure pump；pressure stabilization with high pressure tank；pressure stabilization with pressure booster；pressure stabilization with pressure-stabilizing cylinder

TG115.5

B

1001-2311（2015）02-0062-04

2014-03-12；修定日期：2015-02-06）

歐陽育光（1984-），男，工程師，主要從事焊管設(shè)備液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。