高壓蒸汽管道系統(tǒng)的試驗壓力探討

李莉

（中國昆侖工程有限公司，北京 100037）

關(guān)鍵字：高壓蒸汽管道；動力管道；工業(yè)管道；管道壓力試驗

近幾年，石油化工企業(yè)利用靠近電廠或者自建電廠的優(yōu)勢，在新建或者改擴建裝置普遍采用高壓蒸汽作為熱源，為工藝裝置提供熱量，取得了很好的經(jīng)濟效應。但是在高壓蒸汽管道的壓力試驗時，都遇到同一個問題：由于電廠管道與石油化工企業(yè)管道采用的技術(shù)規(guī)范不同，不同規(guī)范的管道試驗壓力在數(shù)值上有較大差別，管道施工方、建設方及設計院在高壓蒸汽管道試壓方案、試壓壓力值上存在爭議。本文將從壓力管道級別劃分、管道采用的技術(shù)規(guī)范比較等角度分析問題產(chǎn)生的原因，分歧的焦點所在，對高壓蒸汽管道的試驗壓力進行探討，并提出解決方案。

1 高壓蒸汽管道系統(tǒng)的試驗壓力問題產(chǎn)生原因分析

以石油化工企業(yè)近期使用較為廣泛的高壓蒸汽規(guī)格來討論，蒸汽的設計溫度545 ℃，設計壓力10.5 MPa，蒸汽由發(fā)電廠產(chǎn)生，經(jīng)廠際或廠區(qū)管廊，送到各石化裝置。此蒸汽管道由不同的設計院承擔設計，在設計文件中此蒸汽管道在各區(qū)域內(nèi)的壓力試驗值存在很顯著的差異：

（1）電廠內(nèi)一般由電力設計院完成，設計文件規(guī)定：管道試壓按設計壓力的1.5 倍進行，試壓數(shù)值為15.75 MPa。

（2）廠際或廠區(qū)管廊以及石化裝置的設計文件規(guī)定：管道試壓按設計壓力的1.5 倍再乘以材料的許用應力溫度修正系數(shù)，試壓數(shù)值為36.09 MPa。

這就導致了一個問題：同一蒸汽管道系統(tǒng)在電廠及裝置間試驗壓力差別很大，高溫管道試驗壓力數(shù)值差距為1 倍以上。為此施工方及建設方都提出：蒸汽管道系統(tǒng)能否作為一個整體試壓？試壓壓力應該采取哪個數(shù)值？

要討論高壓蒸汽管道的試驗壓力，首先要分析這一問題產(chǎn)生的原因。從設計文件可以看出，問題根源在于電廠內(nèi)高壓蒸汽管道與裝置內(nèi)高壓蒸汽管道采用不同的技術(shù)規(guī)范，不同規(guī)范對試驗壓力的表述是不一致的。為徹底解決這一問題，我們必須從壓力管道的監(jiān)管類別、技術(shù)規(guī)范的適用范圍、技術(shù)規(guī)范的具體規(guī)定入手，分析原因，確定解決方案。

2 高壓蒸汽管道的壓力管道分級

TSG R1001—2008《壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則》[1]（國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布）附件B：“壓力管道類別、級別”規(guī)定如下：

GC 類（工業(yè)管道）：指企業(yè)、事業(yè)單位所屬的用于輸送工藝介質(zhì)的工藝管道、公用工程管道及其他輔助管道。

GD 類（動力管道）：火力發(fā)電廠用于輸送蒸汽、汽水兩相介質(zhì)的管道。

2019 年6 月1 日起，TSG 07—2019《特種設備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》[2]（國家市場監(jiān)督管理總局頒布）取代TSG R1001—2008《壓力容器壓力管道設計許可規(guī)則》，但在新規(guī)則以及國家市場監(jiān)督管理總局頒布的各項法規(guī)中，壓力管道的類別沒有新定義，僅將GD 類改為GCD 類，因此TSG 07—2019仍然沿用了TSG R1001—2008 中對壓力管道類別的定義。從定義中可以看出：火力發(fā)電廠的高壓蒸汽管道屬于動力管道范疇，廠際及廠區(qū)管廊以及裝置高壓蒸汽管道屬于工業(yè)管道范疇。因此高壓蒸汽管道在電廠及石油化工企業(yè)應分別遵循動力管道和工業(yè)管道的技術(shù)規(guī)范，從而導致設計文件中采用技術(shù)規(guī)范不同，壓力試驗的數(shù)值有差異，要分析差異原因以及解決這一問題，我們需要研究技術(shù)規(guī)范的具體規(guī)定。

3 高壓蒸汽管道采用的技術(shù)規(guī)范適用范圍

3.1 動力管道采用技術(shù)規(guī)范

動力管道的主要技術(shù)規(guī)范為： GB 50764—2012《電廠動力管道設計規(guī)范》[3]以及DL/T 5054—2016《火力發(fā)電廠汽水管道設計規(guī)范》[4]，其中GB 50764—2012 為國家規(guī)范，DL/T 5054—2016 為行業(yè)規(guī)范。兩本規(guī)范的主編單位均為中國電力工程顧問集團東北電力設計院，內(nèi)容具有較強的一致性，規(guī)范內(nèi)容涵蓋管道設計、管道施工、管道檢驗等方面內(nèi)容。

GB 50764—2012《電廠動力管道設計規(guī)范》的1.0.2 條明確規(guī)范的適用范圍：本規(guī)范適用于火力發(fā)電廠范圍內(nèi)輸送蒸汽、水、氣和易燃易爆、有毒及腐蝕性液體或氣體等介質(zhì)的管道設計。

DL/T 5054—2016《 火力發(fā)電廠汽水管道設計規(guī)范》的1.0.2 條明確規(guī)范的適用范圍：本規(guī)范適用于火力發(fā)電廠范圍汽水蒸汽管道設計，不適用于給排水管道、消防水管道和直接空冷機組大口徑薄壁排汽管道的設計。

從規(guī)范的適用范圍來看：電廠內(nèi)的高壓蒸汽管道可以采用GB 50764—2012 或者DL/T 5054—2016的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，但是超出電廠范圍外進入工業(yè)園區(qū)的高壓蒸汽管道顯然不適用這兩本規(guī)范。

3.2 工業(yè)管道采用技術(shù)規(guī)范

工業(yè)管道相關(guān)的技術(shù)規(guī)范為TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 工業(yè)管道》[5]、GB/T 20801.1 ～ 6—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》[6]。其他國家標準如GB 50316—2000《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》（2008 年版）[7]、GB 50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》[8]、GB 50517—2010《石油化工金屬管道工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[9]、GB 50184—2011《工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[10]等。上述規(guī)范規(guī)定了工業(yè)管道的設計、施工、檢驗及質(zhì)量驗收等各方面內(nèi)容，需要配套適用，適用于工業(yè)金屬管道。

GB/T 20801.1《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道 第1 部分：總則》的1.5 規(guī)定：本部分不適用GCD 類動力；TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》第一章第五條規(guī)定：本規(guī)程不適用于動力管道；GB 50316—2000《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》1.0.3規(guī)定：本規(guī)定不適用于電力行業(yè)的管道。

從規(guī)范的適用范圍可見：熱電廠的高壓蒸汽管道屬于動力管道，顯然不適用于TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 工業(yè)管道》、GB/T 20801.1《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 》、GB 50316—2000《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》以及其他工業(yè)管道相關(guān)的技術(shù)規(guī) 范。

4 不同技術(shù)規(guī)范對管道試驗壓力的規(guī)定比較

4.1 動力管道采用技術(shù)規(guī)范的規(guī)定

GB 50764—2012《電廠動力管道設計規(guī)范》對試驗的規(guī)定：管道安裝完畢后，應按照設計規(guī)定對管道系統(tǒng)進行嚴密性試驗；試驗壓力不應小于設計壓力的1.5 倍。

DL/T 5054—2016《 火力發(fā)電廠汽水管道設計規(guī)范》對水壓試驗的相關(guān)規(guī)定內(nèi)容如下：水壓試驗可用于檢驗管道組成件的強度及管系的嚴密性。

（1）管道組成件的強度試驗為PT= 1.25P[σ]T/ [σ]t或1.5P中的較大值。

式中PT——試驗壓力；

P——設計壓力；

[σ]T——鋼材在試驗溫度下的許用應力；

[σ]t——鋼材在設計溫度下的許用應力。

（2）管道安裝完畢后，應對管道系統(tǒng)進行嚴密性試驗，水壓試驗的壓力不應小于1.5 倍設計壓力。

比較GB 50764—2012《電廠動力管道設計規(guī)范》與DL/T 5054—2016《 火力發(fā)電廠汽水管道設計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，可以看出兩本規(guī)范對管道試驗的要求有所區(qū)別：其中GB 50764—2012 對管道僅提出嚴密性試驗要求，對強度試驗無明確要求；DL/T 5054—2016 對管道的強度試驗數(shù)值進行了規(guī)定，但不對強度試驗做強制要求，對嚴密性試驗做強制要求。兩本規(guī)范都一致要求管道系統(tǒng)應按不小于設計壓力的1.5倍進行嚴密性試驗，這也是目前電廠管道試驗普遍采用1.5 倍設計壓力的規(guī)范依據(jù)，也是電廠管道試壓的常規(guī)做 法。

4.2 工業(yè)管道采用技術(shù)規(guī)范的規(guī)定

工業(yè)管道相關(guān)的技術(shù)規(guī)范中對管道壓力試驗的規(guī)定比較一致，主要規(guī)定為：

（1）管道安裝完畢，熱處理和無損檢驗合格后，每個管道系統(tǒng)應進行壓力試驗以保證其承壓強度和密封性。

（2）管道液壓試驗的壓力規(guī)定為：不得低于1.5倍設計壓力；當設計溫度高于試驗溫度時，試驗壓力為PT= 1.5P[σ]T/ [σ]t。

式中PT——試驗壓力；

P——設計壓力；

[σ]T——鋼材在試驗溫度下的許用應力；

[σ]t——鋼材在設計溫度下的許用應力。

（3）輸送極度危害、高度危害流體以及可燃流體的管道應進行泄漏性試驗，試驗壓力為設計壓力。

從規(guī)范要求可以：工業(yè)管道的壓力試驗包括強度試驗及泄漏性試驗（嚴密性試驗），其中管道的強度試驗要求是必須的，試驗壓力為1.5 倍設計壓力再乘以許用應力的溫度修正系數(shù)，而泄漏性試驗（即嚴密性試驗）僅對特定介質(zhì)做要求。就高壓蒸汽管道而言，必須進行強度試驗，但泄漏性試驗（即嚴密性試驗）不做要求。

4.3 試壓壓力的比較

從4.1 及4.2 的分析中可以看出，對于高壓蒸汽管道，動力管道技術(shù)規(guī)范及工業(yè)管道技術(shù)規(guī)范對管道的試壓要求有以下特點：

（1）管道試壓目的一致，都是檢驗管道系統(tǒng)的強度及嚴密性。

（2）動力管道的強度試驗壓力值為1.25 倍設計壓力與許用應力的溫度修正系數(shù)的乘積；工業(yè)管道的強度試驗壓力值為1.5 倍設計壓力與許用應力的溫度修正系數(shù)的乘積。兩者都需要考慮溫度對許用應力的影響，但動力管道系數(shù)取值1.25，工業(yè)管道系數(shù)取值1.5。

（3）動力管道的嚴密性試驗壓力值為1.5 倍設計壓力，工業(yè)管道的嚴密性試驗壓力值為設計壓力，顯然動力管道嚴密性試驗壓力更高[11-13]。

（4）動力管道的強度試驗是可選項，嚴密性試驗為必選項。

（5）工業(yè)管道的強度試驗是必選項，僅對特定介質(zhì)（極度危害、高度危害流體以及可燃流體）要求做泄漏性試驗（嚴密性試驗），而高壓蒸汽按規(guī)范要求可不做嚴密性試驗。

5 結(jié)論

通過上文對動力管道及工業(yè)管道的技術(shù)規(guī)范的分析，可以看出：高壓蒸汽管道分別位于電廠內(nèi)與工業(yè)企業(yè)內(nèi)時，管道壓力管道級別不同，管道試壓的目的也不同。電廠內(nèi)高壓蒸汽管道試驗是檢查管道系統(tǒng)的嚴密性，工業(yè)企業(yè)內(nèi)高壓蒸汽管道試驗是檢查管道系統(tǒng)的強度，目的不同導致試驗手段不同。對于高壓蒸汽管道系統(tǒng)試壓爭議問題可以形成以下結(jié)論：

（1）高壓蒸汽管道在電廠內(nèi)屬于動力管道（GCD類），在電廠外屬于工業(yè)管道（GC 類），遵循不同的技術(shù)規(guī)范，原則應該分隔為兩個系統(tǒng)試壓，不宜整體試壓。

（2）電廠內(nèi)的蒸汽管道屬于動力管道，應進行管道的嚴密性試驗，按1.5 倍設計壓力試壓。

（3）電廠外的高壓蒸汽管道屬于工業(yè)管道，應該進行管道的強度試驗，按設計壓力的1.5 倍與材料的許用應力溫度修正系數(shù)的乘積試壓。