劉志華*

（上海市寶山區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所）

0 引言

壓力試驗(yàn)是工業(yè)管道安裝、檢驗(yàn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。在制訂工業(yè)管道壓力試驗(yàn)方案時(shí)，為了確保壓力試驗(yàn)全過(guò)程的科學(xué)性、安全性及合理性，應(yīng)對(duì)管道系統(tǒng)劃分，試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)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(yàn)方案對(duì)管道進(jìn)行試壓，及時(shí)解決試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，從而保證工業(yè)管道施工質(zhì)量，為裝置長(zhǎng)效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

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

1 壓力試驗(yàn)替代或免除的相關(guān)規(guī)定

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

1.1 壓力試驗(yàn)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(yàn)與試驗(yàn)》[1]標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定：如果液壓試驗(yàn)中存在管道結(jié)構(gòu)損傷，生產(chǎn)過(guò)程被污染和管道低溫脆斷情況，同時(shí)氣壓試驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)后果時(shí)，可采用規(guī)定的免除試驗(yàn)辦法。

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

1.2 壓力試驗(yàn)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(yàn)的免除規(guī)定，管道系統(tǒng)必須同時(shí)滿足以下條件：

（1）提高焊縫檢測(cè)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(cè)，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(cè)或磁粉檢測(cè)；

（2）管道柔性分析結(jié)果合格；

（3）進(jìn)行敏感性泄漏試驗(yàn)。

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(chǎng)條件不允許使用液體或者氣體進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的管道，在征得設(shè)計(jì)單位同意后，可以采取替代試驗(yàn)”的要求類似。

2 敏感性泄漏試驗(yàn)方法

管道系統(tǒng)進(jìn)行敏感性泄漏試驗(yàn)時(shí)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(duì)象作用時(shí)產(chǎn)生顯著變化（包括現(xiàn)象、動(dòng)作、行為、物理性質(zhì)等）的氣體。如甲烷會(huì)使瓦斯報(bào)警器產(chǎn)生信號(hào)突變，甲烷對(duì)瓦斯報(bào)警器來(lái)說(shuō)就是敏感氣體。通常管道系統(tǒng)敏感性泄漏試驗(yàn)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(chǎng)條件等因素，管道系統(tǒng)敏感性泄漏試驗(yàn)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(shí)，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(diǎn)，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(duì)氦氣分壓力進(jìn)行測(cè)量，完成對(duì)工件的檢測(cè)工作。試驗(yàn)時(shí)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(huì)穿過(guò)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(cè)腔，通過(guò)氦質(zhì)譜檢漏儀的選擇性識(shí)別功能，檢測(cè)出氣體中氦氣濃度的增量，獲得被檢產(chǎn)品泄漏測(cè)量值，并確定泄漏的位置。

2.1.2 敏感性泄漏試驗(yàn)要求

（1）進(jìn)行敏感性泄漏試驗(yàn)時(shí)，所有鑄件和工廠制造的焊縫（但不包括100%超聲檢測(cè)的焊縫）都必須接受檢查。除了此前已經(jīng)做過(guò)敏感性泄漏試驗(yàn)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(yàn)順序、清洗和干燥等相關(guān)要求，并批準(zhǔn)泄漏試驗(yàn)類型、試驗(yàn)程序和操作工資質(zhì)。敏感性泄漏試驗(yàn)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(yàn)的試液，試驗(yàn)壓力為25%設(shè)計(jì)壓力或大于等于105 kPa，取兩者中的較小者。具體實(shí)施步驟如下：

a） 將管道加壓到170 kPa或一半的試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)壓力。此時(shí)，對(duì)各點(diǎn)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(yàn)為空氣泄漏試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力應(yīng)取設(shè)計(jì)壓力，其他試驗(yàn)要求與氣壓試驗(yàn)相同。已進(jìn)行氣壓試驗(yàn)的管道可免做泄漏試驗(yàn)，也可在試車時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)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(yàn)壓力時(shí)，將管道試驗(yàn)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(guò)液體時(shí)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(yàn)具有5個(gè)重要變素和4個(gè)非重要變素[3]，詳見(jiàn)表1。

表1 影響直接加壓氣泡泄漏試驗(yàn)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(yàn)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(shí)，應(yīng)考慮缺氧情況下的安全問(wèn)題。

（2）起泡溶液

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

b）形成氣泡的溶液應(yīng)能適應(yīng)試驗(yàn)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(yàn)條件的溫度。

（4）浸泡時(shí)間

在檢驗(yàn)前，應(yīng)至少保持壓力15 min。

（5）表面溫度

需檢驗(yàn)零件的表面溫度在檢驗(yàn)全過(guò)程中應(yīng)不低于4 ℃也不高于52 ℃，只要檢驗(yàn)時(shí)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(shí)際情況不能符合上述溫度范圍時(shí)，如果能驗(yàn)證其他溫度的效果，也可采用其他溫度。

（6）試驗(yàn)過(guò)程中的注意點(diǎn)

a）施加溶液時(shí)應(yīng)將起泡溶液施加到被試驗(yàn)樣本的表面，可以采用流布、噴射或涂刷等方法施加在檢驗(yàn)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(shí)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(yàn)時(shí)，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(shí)，就表示被檢驗(yàn)區(qū)域中有穿透針孔泄漏。

e）在試驗(yàn)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(shí)，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(yàn)。

4 敏感氣體壓力試驗(yàn)的免除實(shí)際應(yīng)用

某發(fā)電有限公司1號(hào)機(jī)組增加外置式蒸冷器改造項(xiàng)目中，給水管道按照原設(shè)計(jì)安裝后需進(jìn)行水壓試驗(yàn)。管道設(shè)計(jì)參數(shù)為：管道規(guī)格為457 mm×55 mm，材料為15NiCuMoNb5-6-4，設(shè)計(jì)壓力為39 MPa，設(shè)計(jì)溫度為298 ℃，保溫層厚度為150 mm。實(shí)際施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)的難度較大，且會(huì)影響工期。因此，業(yè)主、設(shè)計(jì)單位和施工單位召開(kāi)了專題會(huì)議，經(jīng)討論，業(yè)主和設(shè)計(jì)單位同意管道水壓試驗(yàn)采用壓力試驗(yàn)免除的辦法。設(shè)計(jì)單位對(duì)該項(xiàng)目的給水管道水壓試驗(yàn)方案進(jìn)行了修改及說(shuō)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(duì)該給水管道上所有環(huán)向焊接接頭實(shí)施進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)，對(duì)除環(huán)向焊接接頭以外的焊接接頭進(jìn)行了滲透檢測(cè)和磁粉檢測(cè)。

設(shè)計(jì)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(duì)管道進(jìn)行了柔性分析，并出具了柔性分析計(jì)算書。柔性分析計(jì)算書包括以下內(nèi)容：管道設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)、管道軸測(cè)圖、管道應(yīng)力計(jì)算輸入數(shù)據(jù)、管道應(yīng)力計(jì)算工況設(shè)置、管道應(yīng)力計(jì)算約束反力和位移以及管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。經(jīng)計(jì)算，管道在冷熱態(tài)情況下的最大應(yīng)力值未超過(guò)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(jì)單位給出的水管道水壓試驗(yàn)方案修改說(shuō)明，編制了敏感性泄漏試驗(yàn)方案，試驗(yàn)時(shí)先封堵給水管道管口，按設(shè)計(jì)要求使用氦氣進(jìn)行敏感氣體泄漏性試驗(yàn)，實(shí)際試驗(yàn)壓力為110 kPa（滿足設(shè)計(jì)壓力不小于105 kPa的要求），在試驗(yàn)過(guò)程中先將試驗(yàn)壓力逐漸增加至53 kPa，進(jìn)行初檢未發(fā)現(xiàn)泄漏，再分級(jí)逐漸增加至試驗(yàn)壓力105 kPa，考慮平衡管道的應(yīng)變，每級(jí)保壓時(shí)間為20 min，試驗(yàn)過(guò)程過(guò)程中用氦質(zhì)譜檢漏儀吸槍法進(jìn)行檢漏，整個(gè)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)泄漏，試驗(yàn)結(jié)果為合格。

5 結(jié)論

壓力試驗(yàn)是驗(yàn)證工業(yè)管道安裝質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在實(shí)際施工過(guò)程中要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(yàn)替代或免除辦法。同時(shí)，施工單位要征求使用單位和設(shè)計(jì)單位的意見(jiàn)，嚴(yán)格按法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中的要求來(lái)制定壓力試驗(yàn)免除方案。

壓力試驗(yàn)免除必須通過(guò)采取提高無(wú)損檢測(cè)比例、管道系統(tǒng)需經(jīng)過(guò)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(yàn)這三個(gè)措施來(lái)保障。

管道系統(tǒng)敏感性泄漏試驗(yàn)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。