石油化工管道壓力試驗常見誤區(qū)討論

肖 迪

中國石油天然氣第六建設(shè)有限公司 廣西 桂林 541004

2013 年，某項目對一條尚未投用的加氫裂化管線充入氫氣測試壓力過程中，發(fā)生焊縫開裂閃燃；2008 年，某公司在進行壓力容器水壓實驗時，低壓封頭突然崩裂，致使3 人當場死亡；2009 年，某項目管道在做氣密性試壓時突然發(fā)生爆裂事故。以上案例有兩起是發(fā)生在氣密性試驗過程中，這不能不引起我們的思考，強度試驗如果按要求的壓力和時間進行，為什么試壓系統(tǒng)能承受壓力更高的強度試驗？而在進行相對壓力較低的氣密性試驗反而會發(fā)生泄漏呢？應(yīng)該如何安全、嚴謹、真實、順利地進行壓力試驗?zāi)?？以下結(jié)合現(xiàn)場實例對整個壓力試驗階段易疏忽的細節(jié)及因素進行詳細論述，并對《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》（GB50235- 2010）中壓力試驗的規(guī)定進行補充說明。

1 壓前應(yīng)該重點檢查的內(nèi)容

現(xiàn)場應(yīng)按設(shè)計的最新版圖紙施工，所有變更全部完成，保證無施工漏項；“三查四定”是管道試壓前最后的聯(lián)合檢查，所以應(yīng)格外認真，任何A 類、B 類尾項均應(yīng)在此時整改完成（特殊原因除外），檢查后由各方簽字確認；應(yīng)保證試壓方案已通過監(jiān)理審批合格，試壓用壓力表、試壓泵等器具已進行設(shè)備入場報驗，試壓用具均已備好并且無損壞，保證具備試壓條件。

管道試壓前，現(xiàn)場還應(yīng)進行以下檢查：

（1）管道組成件是否按圖施工（彎頭、三通等管道走向，法蘭墊片的磅級是否正確）；

（2）有坡向要求的管道是否按圖有坡度；

（3）閥門類型是否正確，材料代碼是否與圖紙相同；

（4）帶箭頭的閥門（止回閥、截止閥、蝶閥、進口低溫球閥）是否與圖紙要求相符；

（5）儀表調(diào)節(jié)閥位號是否正確，箭頭方向是否與圖紙相符，不能參與試壓的儀表閥門是否已拆除并用短管連接完畢；

（6）安全閥位號是否正確，鉛封是否完好，標牌是否在，進出口是否用盲板進行隔離；

（7）膨脹節(jié)方向是否與流向相同，位號是否正確，約束裝置是否緊固；

（8）法蘭上螺栓是否齊全，長短是否合適；

（9）法蘭墊片是否都加了正式墊片；

（10）導(dǎo)淋、排氣、儀表嘴是否按圖安裝，有無漏裝現(xiàn)象；

（11）管道開馬鞍口的，圖紙是否要求做補強板；

（12）8 字盲板、插環(huán)是否按要求安裝；

（13）臨時支架是否都已經(jīng)拆除，管道點焊在梁上的是否已經(jīng)打磨（施工現(xiàn)場點焊情況嚴重的，必須嚴查）；

（14）最后填寫試壓包檢查確認表。

其中檢查管托、管架、擋塊數(shù)量位置應(yīng)符合要求，特別是安全閥校驗、彈簧吊架螺栓拆除、膨脹節(jié)約束裝置拆除等非常容易被忽視，相關(guān)的管道資料報驗資料也經(jīng)常漏項，在施工中應(yīng)當預(yù)以重視。

根據(jù)施工單位完成的試壓包資料，表中應(yīng)由焊接工程師對管道焊接相應(yīng)資料及實體進行檢查確認；由無損檢測工程師對檢測比例、擴探比例進行確認；由設(shè)計人員對軸測圖版次進行確認等；由試壓負責(zé)人總體檢查，進行最后的簽字確認。需要強調(diào)的是，試壓前的確認單要由各個專業(yè)共同確定，只有各方均確認完畢后，方可進行壓力試驗。否則，不得為了進度要求而自行進行壓力試驗。

2 常見誤區(qū)分析

2.1 泄漏

試壓時發(fā)生泄漏是常見現(xiàn)象，無論水壓還是氣壓，必須泄壓后再處理泄漏點。水壓時發(fā)生泄漏會有水滴出甚至噴出，氣壓時則會有非常刺耳的噪音發(fā)出（泄漏較大時），常發(fā)生在法蘭螺栓連接處。帶壓處理泄漏點是最施工現(xiàn)場最常見誤區(qū)之一，必須在系統(tǒng)泄壓的情況下緊固螺栓，處理漏點。因為緊固螺栓時會改變連接件的受力，受力不均勻可能會使螺栓失效留下后患。雖然原法蘭螺栓經(jīng)過規(guī)定工況條件下的強度計算，承受規(guī)定的預(yù)緊力和系統(tǒng)壓力，并有一定的安全余度，但是絕不能任意增加載荷，特別是螺栓經(jīng)過長時間的使用，受到腐蝕、疲勞老化作用，其強度必然降低，此時承受的載荷無從驗證。雖然水壓試驗泄壓很快，水的爆炸能量小，因為液體的體積壓縮比很小，但水壓僅僅是相對于氣壓相對安全而已，安全永遠是相對的，沒有絕對的安全。在高壓的情況下，一旦螺栓斷裂，水通過狹縫的速度很高，與密封面和空氣的摩擦?xí)a(chǎn)生很多熱量，如果近距離接觸泄漏口，高壓水會象針一樣噴射而導(dǎo)致人員受傷。而發(fā)生水壓事故時，水的沖擊力及脫離試壓系統(tǒng)的零部件對人的傷害更難以預(yù)測。氣壓試驗時，敲擊扳手還會產(chǎn)生振動，導(dǎo)致管道壓力系統(tǒng)內(nèi)局部壓力急劇升高，甚至發(fā)生炸裂現(xiàn)象。因此，帶壓處理泄漏點、緊固螺栓，有可能造成螺栓斷裂，使原本常見的現(xiàn)象變成事故，后果難以預(yù)料。另外，法蘭處發(fā)生泄漏還存在法蘭密封面或者纏繞式墊片不清潔現(xiàn)象，例如存在灰土或細小石粒。一旦密封面或墊片粘有極小粒的碎石，無論怎么緊固螺栓，都無法消除漏點。所以安裝時檢查法蘭密封面是非常必要的，不能給后續(xù)工作留下泄漏隱患。

2.2 變更

在施工過程中，出現(xiàn)設(shè)計變更不可避免，即便是試壓合格的管線變更也時有發(fā)生。規(guī)范要求對變更內(nèi)容重新進行壓力試驗是非常必要的，但此時現(xiàn)場往往已不具備試壓條件，比如試壓風(fēng)車或試壓泵已調(diào)運其他現(xiàn)場。而當變更僅僅增加個排凝點、增加個放空點、管線加一道焊口等小修補，該如何處理呢？根據(jù)規(guī)范規(guī)定，采取預(yù)防措施并能保證結(jié)構(gòu)完好的小修補或增添物件，可不重新進行壓力試驗，但又如何來確定一個變更是屬于大修補還是小修補，如何保證新增變更結(jié)構(gòu)完好呢？規(guī)范規(guī)定，經(jīng)設(shè)計或建設(shè)單位同意，可以不重新試壓，但現(xiàn)實情況往往很難書面同意。因為沒有人能確保新增管線結(jié)構(gòu)完好、強度足夠。有人提出，此時可以對焊縫進行100%無損檢測，但無法確保母材質(zhì)量。如存在母材缺陷該如何判斷呢？圖1 為某項目水壓試驗過程中發(fā)現(xiàn)母材缺陷問題，試壓時水沿著母材裂紋流出，屬于嚴重的管件母材缺陷。如果是氣壓試驗，母材缺陷將會導(dǎo)致炸裂，這是很危險的。如果在投料試車階段未試壓而導(dǎo)致管線發(fā)生質(zhì)量問題，后果是非常嚴重的。所以哪怕是再小的修補，無論是設(shè)計還是建設(shè)單位都不會輕易同意不進行試壓。因此，沒有明確不進行試壓的文件，即使是再小的變更也不能放過，更不能因為追求進度工期而疏忽質(zhì)量隱患。

2.3 水壓與氣壓

規(guī)范規(guī)定，0.6MPa 以上的管線進行氣壓試驗時需經(jīng)過設(shè)計和建設(shè)單位同意。因為氣壓試驗很危險，其威力是水壓的80 倍，一般情況氣壓試驗都不會在廠房進行。氣體一旦膨脹，體積很大，壓力試驗時其能量會幾十倍的增長，爆炸能量很大，危險程度增加。一旦試驗失敗會發(fā)生管線破裂, 壓縮空氣的急劇膨脹則會產(chǎn)生爆炸一樣的效果,任何材料碎片會被快速膨脹的空氣加速像子彈一樣彈射出去。因壓縮氣體的危險性, 很少被用來做壓力試驗的介質(zhì)。液壓試驗如果有裂口，能量馬上就能釋放。而氣體試驗時，如果存在裂口薄弱環(huán)節(jié)，能量則會暫時在系統(tǒng)內(nèi)積聚，當達到薄弱環(huán)節(jié)無法承受時，壓力會在極短時間內(nèi)釋放產(chǎn)生強烈的沖擊波。管線之所以要進行壓力試驗，是因為如果管線強度不夠發(fā)生破裂，也要讓破裂發(fā)生在試壓階段，否則會在生產(chǎn)運行中發(fā)生重大事故。所以規(guī)范上表明，在做壓力試驗時水應(yīng)該是首選介質(zhì), 除非水壓試驗因各種原因存在不可行性，才會選擇壓縮氣體。設(shè)計的管道數(shù)據(jù)表里，只要壓力大于0.6MPa，試壓介質(zhì)一欄里都會寫著“水”。所以沒有得到設(shè)計的明確書面告知進行氣壓試驗時，堅決不能進行氣壓試驗。

水壓試驗的試驗壓力是超過設(shè)計壓力的（一般為管道設(shè)計壓力的1.5 倍），但是這一壓力只需要穩(wěn)定10min，就必須馬上降到設(shè)計壓力，然后才能開始現(xiàn)場檢查有無泄漏。強度壓力試驗的目的不同于嚴密性試驗，強度壓力試驗只持續(xù)10min，就是檢查管線系統(tǒng)在一定壓力下會不會發(fā)生爆炸，所以要堅決避免在壓力過程中去檢查管線。因為無法預(yù)知這個壓力下管線是否會因為焊接不合格或者母材有裂紋等原因而發(fā)生爆裂，也就是說在升壓過程中隨時都有可能爆管。進行強度試驗的時候，只要水壓時壓力表不降，氣壓時聽不到漏氣的劇烈刺耳噪音就可以。氣壓時不能以壓力表不降作為不泄漏的條件，因為空氣壓縮性很大，當有小漏氣發(fā)生時，壓力表也會很長時間內(nèi)幾乎保持不變。規(guī)范沒要求在強度試驗的時候去檢查泄漏，只能緩慢升壓。緩慢升壓是很重要的，因為這樣可以為管線充分變形留出時間，使管線內(nèi)外壁溫度保持一致，避免產(chǎn)生壓力沖擊；裂紋擴展和缺陷暴露也需要時間，一旦有異常現(xiàn)象能及時停止升壓，這是一個平穩(wěn)的過程。強度試驗壓力穩(wěn)壓10min 后，證明這個系統(tǒng)可以承受此壓力，起碼不會爆裂；然后降到相對較低的設(shè)計壓力，此時再去檢查管線是否存在泄漏，也就是進行嚴密性檢查。所以，嚴格按照規(guī)范上的每個試壓步驟和條款執(zhí)行，是安全試壓必不可少的條件。

氣壓試驗時也應(yīng)緩慢升壓，升至試驗壓力的50%時，如未發(fā)現(xiàn)異狀或泄漏，則應(yīng)繼續(xù)升壓。此時，該如何理解“如未發(fā)現(xiàn)異狀或泄漏”，用什么樣的方法，如何確定沒有異狀或泄漏？實際上，當升壓過程中聽到刺耳噪音或者壓力表不升壓，那一定是泄漏或者屬于異狀狀態(tài)。但此試壓階段規(guī)范并沒有明文確定這時要用泡沫劑檢測泄漏點，道理也很簡單，和水壓試驗時一樣，因為不確定在升壓過程中管線是否能承受這個壓力，或者暫時能承受住某個壓力，是否在短時間內(nèi)就達到疲勞極限，所以規(guī)范要求降到設(shè)計壓力后再用泡沫劑檢查是否存在泄漏。其實這里面有一個難點，就是在理想狀態(tài)母材沒問題的情況下，這樣的步驟是可以的。如果母材有裂紋，而這樣的裂紋在漏氣的時候是幾乎不會發(fā)出噪音的，或者發(fā)出的微弱漏氣聲音完全被施工現(xiàn)場噪音覆蓋，此時在整個升壓過程中很難發(fā)現(xiàn)這種泄漏。而之后隨著壓力的升高或者穩(wěn)壓階段隨時都有可能發(fā)生爆裂，一旦爆裂將造成嚴重后果。雖然這樣的情況概率很低，但依然存在可能性，因此，需要在材料生產(chǎn)及檢驗等步驟上嚴格把關(guān)。之所以沒有規(guī)定在試壓前和緩慢升壓階段噴涂泡沫劑，是默認母材質(zhì)量絕對合格，以及出于對人員安全的考慮等。

3 結(jié)束語

壓力管道廣義而言，不僅是承受管線內(nèi)流體或氣體壓力的密閉容器，更是一種具有潛在爆炸危險的特種設(shè)備，一旦試壓時發(fā)生爆炸事故將造成嚴重的后果。壓力管線爆炸時，爆破能量在向外釋放時是以沖擊波能量、碎片能量及管線殘余變形能量三種形式表現(xiàn)出來的，后兩者所消耗的能量大概只占總爆破能量的3%～15%，也就是說大部分爆炸能量用于產(chǎn)生空氣沖擊波（氣壓）。所以試壓前做好試壓準備，嚴格按照規(guī)范和方案執(zhí)行，不遺漏、不疏忽任何關(guān)鍵點，才能順利安全完成試壓工作。