工業(yè)管道壓力試驗的替代、免除及實際應(yīng)用

劉志華*

（上海市寶山區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所）

0 引言

壓力試驗是工業(yè)管道安裝、檢驗過程中的重要環(huán)節(jié)。在制訂工業(yè)管道壓力試驗方案時，為了確保壓力試驗全過程的科學(xué)性、安全性及合理性，應(yīng)對管道系統(tǒng)劃分，試驗介質(zhì)、試驗壓力、溫度系數(shù)的確定等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合考慮。應(yīng)嚴(yán)格按照壓力試驗方案對管道進(jìn)行試壓，及時解決試驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，從而保證工業(yè)管道施工質(zhì)量，為裝置長效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

管道安裝過程中需要進(jìn)行宏觀檢查，焊接接頭無損檢測及熱處理后硬度檢查等，在初次運(yùn)行前，為了驗證管道的強(qiáng)度和密封性能，還需對每個管道系統(tǒng)進(jìn)行壓力試驗。通常情況下，壓力試驗采用液壓試驗或者按照設(shè)計文件規(guī)定進(jìn)行氣壓試驗。若管道實際施工情況無法滿足液壓試驗的條件，征得原設(shè)計單位同意后，可按照相關(guān)規(guī)定采用氣壓試驗或者液壓-氣壓試驗來代替。但當(dāng)業(yè)主和設(shè)計單位認(rèn)為所有的壓力試驗方法都不切實際時，征得原設(shè)計單位同意后，可按相關(guān)規(guī)定采用免除壓力試驗的辦法。

1 壓力試驗替代或免除的相關(guān)規(guī)定

壓力管道安裝過程中一般采用液體試驗或氣體試驗，常用的試驗介質(zhì)為水或空氣。特殊條件下可采用壓力試驗替代或免除。

1.1 壓力試驗的替代條件

根據(jù)GB/T 20801.5—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第5部分：檢驗與試驗》[1]標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定：如果液壓試驗中存在管道結(jié)構(gòu)損傷，生產(chǎn)過程被污染和管道低溫脆斷情況，同時氣壓試驗會導(dǎo)致危險后果時，可采用規(guī)定的免除試驗辦法。

在實際施工過程中如果遇到以上情況，需要征得業(yè)主及設(shè)計單位同意后，方可考慮免除（或替代）壓力試驗。

1.2 壓力試驗免除的條件

根據(jù)GB/T 20801.5—2020標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于壓力試驗的免除規(guī)定，管道系統(tǒng)必須同時滿足以下條件：

（1）提高焊縫檢測比例，即所有重要的焊接接頭（包括環(huán)向、縱向以及螺旋焊焊縫等）均應(yīng)進(jìn)行100%射線或者超聲波檢測，其他焊接接頭（如結(jié)構(gòu)的連接焊焊縫等）應(yīng)進(jìn)行滲透檢測或磁粉檢測；

（2）管道柔性分析結(jié)果合格；

（3）進(jìn)行敏感性泄漏試驗。

以上規(guī)定與TSG D0001—2009 《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 工業(yè)管道》[2]第九十二條“現(xiàn)場條件不允許使用液體或者氣體進(jìn)行耐壓試驗的管道，在征得設(shè)計單位同意后，可以采取替代試驗”的要求類似。

2 敏感性泄漏試驗方法

管道系統(tǒng)進(jìn)行敏感性泄漏試驗時通常采用敏感氣體或浸入液體等方法。

2.1 敏感氣體方法

敏感氣體是與指定對象作用時產(chǎn)生顯著變化（包括現(xiàn)象、動作、行為、物理性質(zhì)等）的氣體。如甲烷會使瓦斯報警器產(chǎn)生信號突變，甲烷對瓦斯報警器來說就是敏感氣體。通常管道系統(tǒng)敏感性泄漏試驗使用的敏感氣體包括惰性氣體、氨氣等；綜合考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性及現(xiàn)場條件等因素，管道系統(tǒng)敏感性泄漏試驗常用的敏感氣體為氦氣。

2.1.1 氦質(zhì)譜檢漏法原理

采用氦氣作為敏感氣體時，需要配備專門用于檢漏的氦質(zhì)譜檢漏儀，其具有性能穩(wěn)定、靈敏度高等特點，是目前應(yīng)用較為廣泛的檢漏儀器。氦質(zhì)譜檢漏法的工作原理是利用儀器對氦氣分壓力進(jìn)行測量，完成對工件的檢測工作。試驗時在管道中充入氦氣，若被檢管道連接處存在缺陷而泄漏，氦氣作為示蹤氣體，就會穿過缺陷進(jìn)入被檢外表面附近的大氣環(huán)境中。將吸槍放置在管道連接處附近，吸槍可將被檢外的氣體吸入檢測腔，通過氦質(zhì)譜檢漏儀的選擇性識別功能，檢測出氣體中氦氣濃度的增量，獲得被檢產(chǎn)品泄漏測量值，并確定泄漏的位置。

2.1.2 敏感性泄漏試驗要求

（1）進(jìn)行敏感性泄漏試驗時，所有鑄件和工廠制造的焊縫（但不包括100%超聲檢測的焊縫）都必須接受檢查。除了此前已經(jīng)做過敏感性泄漏試驗的焊縫，都不得施加保溫層和漆層，預(yù)先涂漆的管道組成件焊縫上的漆層應(yīng)去除。

（2）業(yè)主指定的每條管道應(yīng)滿足試驗順序、清洗和干燥等相關(guān)要求，并批準(zhǔn)泄漏試驗類型、試驗程序和操作工資質(zhì)。敏感性泄漏試驗應(yīng)采用能生成具有附著力、穩(wěn)定而持久薄膜的起泡溶液或顯色劑作為敏感性泄漏試驗的試液，試驗壓力為25%設(shè)計壓力或大于等于105 kPa，取兩者中的較小者。具體實施步驟如下：

a） 將管道加壓到170 kPa或一半的試驗壓力值（取二者的較小值），再進(jìn)行泄漏預(yù)檢，若存在泄漏則應(yīng)立即修理；

b）以每步增加25%試驗壓力或170 kPa（取二者的較大值）逐步升壓。每次升壓后保壓1 min，重復(fù)進(jìn)行泄漏檢查和修理，直至管內(nèi)壓力達(dá)到試驗壓力。此時，對各點進(jìn)行最終檢查；

c）起泡液或顯色劑應(yīng)涂刷在焊縫、螺紋和法蘭等管道連接件的接頭處。起泡液中應(yīng)盡量避免產(chǎn)生原生氣泡。

如果敏感性泄漏試驗為空氣泄漏試驗，試驗壓力應(yīng)取設(shè)計壓力，其他試驗要求與氣壓試驗相同。已進(jìn)行氣壓試驗的管道可免做泄漏試驗，也可在試車時進(jìn)行試驗。試驗時應(yīng)采用發(fā)泡劑檢查閥門填料函、法蘭等易泄漏部位，不泄漏為合格。

2.2 管道浸入液體的方法

管道浸入液體的方法是在管道中充入加壓氣體，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到試驗壓力時，將管道試驗部位的外表面用起泡溶液形成一層不破的薄膜或者浸入液體的方法，使泄漏氣體通過液體時形成氣泡，從而檢出被加壓部件的泄漏部位。管道浸入液體的方法常為直接加壓氣泡法。

直接加壓氣泡泄漏試驗具有5個重要變素和4個非重要變素[3]，詳見表1。

表1 影響直接加壓氣泡泄漏試驗的重要變素和非重要變素

（1）加壓氣體

除非另有規(guī)定，試驗氣體通常是空氣，但也可采用惰性氣體。當(dāng)采用惰性氣體時，應(yīng)考慮缺氧情況下的安全問題。

（2）起泡溶液

a）形成氣泡的溶液應(yīng)在被試驗的部位形成一層不破的薄膜，而且所形成的氣泡不會因空氣的干燥作用或表面張力過低而迅速破裂。同時，家庭用肥皂或洗滌劑不能用來代替氣泡試驗的溶液。

b）形成氣泡的溶液應(yīng)能適應(yīng)試驗條件的溫度。

（3）浸泡池

a）浸泡池應(yīng)采用水或者其他適當(dāng)?shù)娜芤骸?/p>

b）浸泡池應(yīng)能滿足試驗條件的溫度。

（4）浸泡時間

在檢驗前，應(yīng)至少保持壓力15 min。

（5）表面溫度

需檢驗零件的表面溫度在檢驗全過程中應(yīng)不低于4 ℃也不高于52 ℃，只要檢驗時的溫度能保持在4～52 ℃范圍內(nèi)，允許局部加熱或冷卻。當(dāng)實際情況不能符合上述溫度范圍時，如果能驗證其他溫度的效果，也可采用其他溫度。

（6）試驗過程中的注意點

a）施加溶液時應(yīng)將起泡溶液施加到被試驗樣本的表面，可以采用流布、噴射或涂刷等方法施加在檢驗區(qū)域。應(yīng)盡量減少溶液由于施加不當(dāng)所產(chǎn)生的氣泡數(shù)量，以免掩蔽泄漏引起的氣泡。

b）將試樣浸入溶池時需關(guān)注的區(qū)域應(yīng)置于液池的表面下，并應(yīng)處于易于觀察的位置。

c）當(dāng)進(jìn)行試驗時，照明和目視器材應(yīng)按規(guī)定要求使用。

d）當(dāng)材料表面上有連續(xù)的氣泡出現(xiàn)時，就表示被檢驗區(qū)域中有穿透針孔泄漏。

e）在試驗后，為了確保產(chǎn)品的使用性能，應(yīng)進(jìn)行表面清洗。

f） 當(dāng)觀察到樣本產(chǎn)生泄漏時，應(yīng)標(biāo)出泄漏的位置，然后將部件泄壓后按要求返修泄漏處，所有經(jīng)返修的區(qū)域，均應(yīng)重新試驗。

4 敏感氣體壓力試驗的免除實際應(yīng)用

某發(fā)電有限公司1號機(jī)組增加外置式蒸冷器改造項目中，給水管道按照原設(shè)計安裝后需進(jìn)行水壓試驗。管道設(shè)計參數(shù)為：管道規(guī)格為457 mm×55 mm，材料為15NiCuMoNb5-6-4，設(shè)計壓力為39 MPa，設(shè)計溫度為298 ℃，保溫層厚度為150 mm。實際施工時發(fā)現(xiàn)，管道進(jìn)行水壓試驗的難度較大，且會影響工期。因此，業(yè)主、設(shè)計單位和施工單位召開了專題會議，經(jīng)討論，業(yè)主和設(shè)計單位同意管道水壓試驗采用壓力試驗免除的辦法。設(shè)計單位對該項目的給水管道水壓試驗方案進(jìn)行了修改及說明。

施工單位根據(jù)GB/T 20801.5—2020標(biāo)準(zhǔn)第9.1.7條規(guī)定，對該給水管道上所有環(huán)向焊接接頭實施進(jìn)行100%超聲波檢測，對除環(huán)向焊接接頭以外的焊接接頭進(jìn)行了滲透檢測和磁粉檢測。

設(shè)計單位按GB/T 20801.3—2020標(biāo)準(zhǔn)第7章的有關(guān)規(guī)定，采用CAESAR II軟件對管道進(jìn)行了柔性分析，并出具了柔性分析計算書。柔性分析計算書包括以下內(nèi)容：管道設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)、管道軸測圖、管道應(yīng)力計算輸入數(shù)據(jù)、管道應(yīng)力計算工況設(shè)置、管道應(yīng)力計算約束反力和位移以及管道應(yīng)力計算結(jié)果。經(jīng)計算，管道在冷熱態(tài)情況下的最大應(yīng)力值未超過最大允許應(yīng)力，柔性分析結(jié)果為合格。

施工單位根據(jù)設(shè)計單位給出的水管道水壓試驗方案修改說明，編制了敏感性泄漏試驗方案，試驗時先封堵給水管道管口，按設(shè)計要求使用氦氣進(jìn)行敏感氣體泄漏性試驗，實際試驗壓力為110 kPa（滿足設(shè)計壓力不小于105 kPa的要求），在試驗過程中先將試驗壓力逐漸增加至53 kPa，進(jìn)行初檢未發(fā)現(xiàn)泄漏，再分級逐漸增加至試驗壓力105 kPa，考慮平衡管道的應(yīng)變，每級保壓時間為20 min，試驗過程過程中用氦質(zhì)譜檢漏儀吸槍法進(jìn)行檢漏，整個過程中未發(fā)現(xiàn)泄漏，試驗結(jié)果為合格。

5 結(jié)論

壓力試驗是驗證工業(yè)管道安裝質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在實際施工過程中要充分考慮現(xiàn)場實施的可行性，結(jié)合法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，選擇合適的壓力試驗替代或免除辦法。同時，施工單位要征求使用單位和設(shè)計單位的意見，嚴(yán)格按法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中的要求來制定壓力試驗免除方案。

壓力試驗免除必須通過采取提高無損檢測比例、管道系統(tǒng)需經(jīng)過柔性分析以及管道系統(tǒng)用敏感氣體或浸入液體的方法進(jìn)行敏感氣體泄漏性試驗這三個措施來保障。

管道系統(tǒng)敏感性泄漏試驗通常使用敏感氣體或浸入液體的方法，敏感氣體方法中運(yùn)用較多的是氦質(zhì)譜儀檢漏法。