董振杰(中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司，北京 100120)

0 引言

在煉廠管道安裝完成后需要進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)，試驗(yàn)分為壓力試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)。

本文主要論述在國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目中各種常用的試驗(yàn)方法及試壓包的編制。

1 壓力試驗(yàn)

管道壓力試驗(yàn)的目的是檢查管道系統(tǒng)的承壓能力，檢查焊接質(zhì)量，同時(shí)檢驗(yàn)管道系統(tǒng)的柔性。

1.1 液壓試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)壓力的規(guī)定

ASME B31.3—2018 《Process Piping》[1]中規(guī)定了試驗(yàn)壓力最小值的計(jì)算方法，如式(1)所示：

式中：PT為最小試驗(yàn)壓力；P為設(shè)計(jì)壓力；ST為試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力；S為設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。

由于在高溫條件下管道材料的力學(xué)性能會(huì)下降，因此當(dāng)管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度高于試驗(yàn)溫度時(shí)，管道系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力應(yīng)按比例提高，修正系數(shù)為ST/S。

GB/T 20801—2020[2]關(guān)于試驗(yàn)壓力的描述與ASME B31.3相同，均是通過(guò)式(1)計(jì)算，而且計(jì)算值均為最小值。

SH 3501—2011[3]關(guān)于試驗(yàn)壓力的描述與ASME B31.3不同，雖然均是通過(guò)式(1)計(jì)算，但是SH 3501規(guī)定計(jì)算值就是試驗(yàn)值，而未說(shuō)明是最小值。

GB 50517—2010[4]關(guān)于試驗(yàn)壓力的描述與ASME B31.3也不同，雖然均是通過(guò)式(1)計(jì)算，但是GB 50517規(guī)定計(jì)算值就是試驗(yàn)值，而未說(shuō)明是最小值。

雖然SH 3501和GB 50517均未明確計(jì)算值就是試驗(yàn)最小值，但是標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)也提到了最大不允許使試驗(yàn)條件下產(chǎn)生的周向應(yīng)力或軸向應(yīng)力超過(guò)試驗(yàn)溫度下材料屈服強(qiáng)度的90%，這時(shí)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)壓力為試驗(yàn)壓力的最大值。

ASME B31.3和GB/T 20801規(guī)定試驗(yàn)壓力最大值為導(dǎo)致產(chǎn)生屈服強(qiáng)度時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力。為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，將導(dǎo)致產(chǎn)生90%屈服強(qiáng)度的應(yīng)力(等于1.33倍許用應(yīng)力)代入ASME B31.3和GB/T 20801的直管壁厚計(jì)算公式，即可反算出已知管道的最大承受壓力，此為最大試驗(yàn)壓力。

對(duì)于夾套管，內(nèi)管試壓壓力應(yīng)按內(nèi)部或外部設(shè)計(jì)壓力中的較大值確定。

管道壓力試驗(yàn)的目的是檢查管道系統(tǒng)的承壓能力。由于管道材料在高溫條件下力學(xué)性能下降，當(dāng)管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度高于試驗(yàn)溫度時(shí)，管道系統(tǒng)的液壓試驗(yàn)壓力應(yīng)按比例提高。但提高后的試驗(yàn)壓力不應(yīng)導(dǎo)致管道材料損壞。

管道的液壓試驗(yàn)壓力經(jīng)換算后數(shù)值可能提高，使其在試驗(yàn)條件下產(chǎn)生的周向應(yīng)力或軸向應(yīng)力超過(guò)了材料屈服強(qiáng)度或管道組成件的額定壓力(管道組成件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓力值)的1.5倍，使試驗(yàn)過(guò)程增加了不安全因素，所以必須將試驗(yàn)壓力降低，以滿足液體壓力試驗(yàn)時(shí)管道組成件應(yīng)力值在安全范圍內(nèi)的要求。

在試驗(yàn)壓力下管道組成件的內(nèi)壓圓周應(yīng)力可按相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得到的實(shí)際圓周應(yīng)力不得超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的90%。否則應(yīng)降低試驗(yàn)壓力直至材料屈服強(qiáng)度的90%。

管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力與處于同一系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計(jì)壓力可能不同，且設(shè)計(jì)壓力相同的管道與設(shè)備，其試驗(yàn)壓力也可能不同，當(dāng)管道與設(shè)備作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)壓力進(jìn)行調(diào)整，以保證設(shè)備安全。

在確保安全的條件下，液壓試驗(yàn)可用氣壓試驗(yàn)替代。同時(shí)，GB/T 20801規(guī)定對(duì)于GC3級(jí)管道，可采用初始運(yùn)行試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)。ASME B31.3中規(guī)定對(duì)于D類流體工況，可采用初始運(yùn)行試驗(yàn)代替液壓試驗(yàn)。

對(duì)于液壓試驗(yàn)的免除，按照GB/T 20801的要求只有滿足以下條件時(shí)才可以免除液壓試驗(yàn)：“液壓試驗(yàn)會(huì)損壞襯里或內(nèi)部隔熱層，或會(huì)污染生產(chǎn)過(guò)程(該過(guò)程會(huì)由于濕氣而變?yōu)槲ｋU(xiǎn)的、腐蝕的或無(wú)法工作)，或在試驗(yàn)中由于低溫而出現(xiàn)脆性斷裂的危險(xiǎn)”。

GB/T 20801規(guī)定，對(duì)于液壓試驗(yàn)免除的條件為：當(dāng)液壓和氣壓試驗(yàn)都不切實(shí)際時(shí)，可采用9.1.7中的方法。這里要強(qiáng)調(diào)的是壓力試驗(yàn)免除后并不只是進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)就滿足設(shè)計(jì)要求。此外，還必須進(jìn)行(1)管道系統(tǒng)柔性分析；(2)進(jìn)行敏感性泄漏試驗(yàn)。

ASME B31.3對(duì)于壓力試驗(yàn)免除的條件及免除后的要求與GB/T 20801基本相同。不同點(diǎn)是ASME B31.3中規(guī)定了，由于液壓試驗(yàn)介質(zhì)產(chǎn)生的較大載荷而導(dǎo)致管道支撐需要大的改變時(shí)，可以免除液壓試驗(yàn)。

1.2 氣壓試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)壓力的規(guī)定

ASME B31.3規(guī)定，氣壓試驗(yàn)最小值為1.1倍的設(shè)計(jì)壓力。GB/T 20801規(guī)定試驗(yàn)壓力應(yīng)為1.15倍的設(shè)計(jì)壓力，并未說(shuō)明此為最小值。

ASME B31.3規(guī)定，氣壓試驗(yàn)最大值為1.33倍的設(shè)計(jì)壓力和導(dǎo)致90%屈服強(qiáng)度壓力中的較小者。GB/T 20801中并未明確規(guī)定試驗(yàn)壓力的最大值，但是9.1.1.2條中規(guī)定：“如果試驗(yàn)壓力會(huì)產(chǎn)生管道周向應(yīng)力或軸向應(yīng)力超過(guò)試驗(yàn)溫度下的屈服強(qiáng)度時(shí)，試驗(yàn)壓力可減至在該溫度下不會(huì)超過(guò)屈服強(qiáng)度的最大壓力”。

訪談?wù)撸寒?dāng)前高校存在一種“重科研，輕教學(xué)”的現(xiàn)象，導(dǎo)致許多教師不愿編寫(xiě)教材，認(rèn)為這不是一種科學(xué)研究。您如何看待這一現(xiàn)象？

1.2.2 氣壓試驗(yàn)的替代和免除

GB/T 20801規(guī)定，氣壓試驗(yàn)免除的條件為：氣壓試驗(yàn)具有危險(xiǎn)性，或正試驗(yàn)中由于低溫而出現(xiàn)脆性斷裂的危險(xiǎn)，可采用9.1.7中的方法。

ASME B31.3對(duì)于氣壓試驗(yàn)免除的條件及免除后的要求與GB/T 20801相同。

1.3 試驗(yàn)盲板的設(shè)計(jì)

盲板是完成壓力試驗(yàn)的一個(gè)非常重要的元件，盲板的厚度和安裝方式對(duì)于壓力試驗(yàn)的安全性有著非常重要的作用。圖1為國(guó)外某項(xiàng)目水壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，出現(xiàn)了盲板變形、焊縫開(kāi)裂、管道彎曲、管托脫落。事故發(fā)生后分析原因，主要是由于盲板厚度不夠且與管道的連接強(qiáng)度也不高，因此高壓下引起變形，焊縫撕裂，導(dǎo)致盲板脫落，從而造成高壓水噴出，形成的反作用力將管線移位。

圖1 水壓試驗(yàn)過(guò)程中焊接盲板脫落

壓力試驗(yàn)用封頭盲板的最小厚度應(yīng)按式(2)計(jì)算：

式中：t為盲板厚度；d為管道內(nèi)徑；C取0.33；P為設(shè)計(jì)壓力(0.1 MPa)；S取1 379(碳鋼)，1 150(300系列不銹鋼)；E取1。

壓力試驗(yàn)用插板的最小厚度應(yīng)按式(3)計(jì)算：

式中：T為盲板厚度；d為突面或平面法蘭的墊片內(nèi)徑，或環(huán)連接面墊片的平均直徑；P為設(shè)計(jì)壓力(0.1 MPa)；S取1 379(碳鋼)，1 150(300系列不銹鋼)；E取1；C取0。

2 嚴(yán)密性試驗(yàn)(泄漏試驗(yàn))

泄漏試驗(yàn)重點(diǎn)檢查部位是法蘭、閥門(mén)填料、螺紋接頭等位置的泄漏。

GB/T 20801中規(guī)定，對(duì)于輸送極度和高度危險(xiǎn)流體以及可燃流體的管道，應(yīng)進(jìn)行泄漏試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力。

ASME B31.3中沒(méi)有與之對(duì)應(yīng)的泄漏試驗(yàn)，但是在執(zhí)行海外項(xiàng)目時(shí)也需要進(jìn)行系統(tǒng)泄漏試驗(yàn)。國(guó)際工程公司常用的泄漏試驗(yàn)試驗(yàn)壓力規(guī)定如下。

(1)當(dāng)操作壓力≤0.25 MPag時(shí)，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力和安全閥設(shè)定壓力減0.1 MPag中的較小者。

(2)當(dāng)0.25 MPag＜操作壓力≤0.7 MPag時(shí)，試驗(yàn)壓力為操作壓力。

(3)當(dāng)操作壓力＞0.7 MPag時(shí)，試驗(yàn)壓力等于0.7 MPag。

3 試壓包

由于一套煉油裝置一般包含數(shù)百條管線，除去大多數(shù)公用工程管線試驗(yàn)壓力相同外，工藝管線、污油污水、放空氣、加藥等管線一般有著不同的試驗(yàn)壓力，如果完全按照管道表進(jìn)行試壓，則需要編制太多的試壓包，現(xiàn)場(chǎng)試壓工作量巨大。因此，為了減少試壓工作量，將連在一起且試壓壓力接近的管線可一起打壓，統(tǒng)一的試驗(yàn)壓力應(yīng)滿足每條管線最大值和最小值的要求。通常，不同管線劃在一個(gè)試壓包時(shí)，需要滿足以下條件：

(1)一般是相同的管道等級(jí)下合并，因?yàn)椴煌墓艿赖燃?jí)所包含的閥門(mén)和法蘭的承壓能力相差很大，因此合并的可能性較?。?/p>

(2)閥門(mén)和法蘭按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，最大允許值按1.5倍的38 ℃下的許用應(yīng)力確定；

(3)管子、管件按試驗(yàn)壓力應(yīng)滿足本文對(duì)壓力試驗(yàn)章節(jié)對(duì)試驗(yàn)壓力的要求；

(4)同時(shí)，還應(yīng)考慮特殊件、儀表件等對(duì)管線試驗(yàn)壓力的限制；

(5)考慮到氣壓試驗(yàn)的危險(xiǎn)性，不建議對(duì)氣壓試驗(yàn)管道進(jìn)行合并，除非有完全相同的試驗(yàn)壓力。