鋼管靜水壓試驗的穩壓方式探討

歐陽育光，邵立功

（番禺珠江鋼管有限公司，廣東　廣州　511450）

鋼管靜水壓試驗的穩壓方式探討

歐陽育光，邵立功

（番禺珠江鋼管有限公司，廣東廣州511450）

介紹了鋼管水壓試驗機及其4種穩壓方式（高壓泵穩壓、高壓罐穩壓、增壓器穩壓以及穩壓缸穩壓）的工作原理，并對這4種穩壓方式的工藝技術特點進行了總結和比較。建議企業在新建項目時正確合理地選用合適的穩壓方式，使其既能滿足工藝標準要求，還能提高生產效率，為企業創造更多的利潤。

鋼管檢驗；靜水壓試驗；穩壓方式；高壓泵穩壓；高壓罐穩壓；增壓器穩壓；穩壓缸穩壓

近年來，隨著我國經濟的持續發展，推動了石油天然氣等能源工業的快速發展，同時也帶動了管道運輸業和鋼管工業的蓬勃發展［1-3］。為了提高鋼管產品的質量和使用的安全可靠性，各制造廠家都在積極努力加強鋼管的檢測與試驗手段。在鋼管的所有檢測與試驗中，靜水壓試驗由于其準確率高而成為鋼管制造工藝流程中必不可少的檢驗項目［4-5］，而許多產品標準對水壓試驗提出了嚴格的穩壓要求。因此，在水壓試驗過程中穩壓性能的好壞成為水壓試驗機的重要指標，如何確保在水壓試驗過程中穩壓曲線符合標準要求也成為關注的焦點，當水壓值達到規定的試驗壓力后，通常要求穩壓10～15 s，且壓力波動不超過0.5 MPa［6-8］。由于鋼管兩端的密封以及充水閥、排氣閥等各處存在微量泄漏［9-10］，所以正確合理地使用穩壓方式，在鋼管靜水壓試驗中顯得尤為重要。

1　鋼管水壓試驗機工作原理

鋼管水壓試驗機如圖1所示。鋼管由送管機構送到位，然后經對中升降機構抬升至密封位，此時移動端主油缸推動鋼管前進并密封；接著充水閥打開，低壓水泵給鋼管充水，當看到排氣閥有大量的水溢出且沒有氣泡時，說明鋼管已充滿水；關閉充水閥和排氣閥，開始加壓，在充水閥端裝有壓力傳感器，實時檢測水壓并反饋信號給比例溢流閥自動調整主油缸油壓，達到油壓/水壓的動態平衡；當壓力升至試驗要求值時，高壓泵停止加壓，開始穩壓，穩壓完成后卸壓，將鋼管送出，完成一個水壓試驗循環［11-13］。

圖1　鋼管水壓試驗機

2　鋼管靜水壓試驗的常見穩壓方式

2.1高壓泵穩壓

高壓泵穩壓工作原理如圖2所示。鋼管經低壓水泵充水，卸荷閥的電磁鐵2YA得電，鋼管充滿水后，關閉沖水閥與排氣閥，開始高壓泵加壓，電磁鐵1YA得電，同時液壓油缸的壓力隨著水壓的變化而變化。當水壓達到要求的試驗壓力值后，高壓泵卸荷，電磁鐵1YA斷電，開始穩壓，同時記錄穩壓曲線。當穩壓時間達到要求后開始卸壓，電磁鐵2YA得電，卸壓完成并保存穩壓曲線記錄，等待下一根鋼管的靜水壓試驗。

圖2　高壓泵穩壓工作原理

高壓泵穩壓具有結構簡單、維護方便、經濟節能等特點；雖然投資小，但對水壓試驗機系統各零件要求高。由于充水閥、氣閥及鋼管兩端密封存在微量泄漏，且高壓泵自身壓力存在較大的脈動，所以輸出的壓力也存在較大的波動。鋼管在穩壓過程中的微量泄漏，導致壓力損失較快，又得不到補償，穩壓時壓力值波動較大，所以用高壓泵穩壓的效果不能夠完全保證滿足規定標準。

2.2高壓罐穩壓

高壓罐穩壓工作原理如圖3所示。在鋼管的高壓管路上加上1個單向閥，1個兩位兩通的氣動換向閥，1個高壓罐，高壓罐上部充壓縮空氣，下部充水，罐體上裝有壓力傳感器、液位控制器、壓力表和安全閥，高壓罐上部的壓縮空氣由1臺高壓空氣壓縮機定期供氣。鋼管開始水壓試驗時，充滿水后關閉充水閥、排氣閥，高壓泵開始加壓，電磁鐵1YA得電，一部分高壓水經單向閥進入高壓罐。當達到試驗要求的壓力值后，高壓泵卸荷，同時電磁鐵3YA得電，開始穩壓，此時高壓罐內的壓力與鋼管的試驗壓力是一致的，且處于連通狀態，高壓罐內的壓力水經過兩位兩通氣動換向閥及時補充鋼管兩端密封、充水閥以及排氣閥的微量泄漏，保證了壓力在規定范圍內波動。穩壓時間達到要求后先斷開電磁鐵3YA，再斷開鋼管卸荷閥，電磁鐵2YA斷電，鋼管卸壓。

高壓罐穩壓方式需要增加1個高壓罐及其控制附件，另外還需增加1臺高壓空氣壓縮機，每隔一段時間為高壓罐充氣。這種穩壓方式具有維護方便、使用簡單、節能、穩壓效果好等優點，但投入大，且需占用一定安裝空間，可以根據具體實際情況靈活應用。

圖3　高壓罐穩壓工作原理

2.3增壓器穩壓

往復式增壓器穩壓工作原理如圖4所示。鋼管在低壓下充滿水后，排氣閥、充水閥關閉，液壓泵同時啟動，電磁鐵1YA、2YA交替通電、斷電，增壓器往復運動，將0.4 MPa的壓力增至試驗的規定壓力，壓力傳感器給出信號，開始穩壓；液壓泵停止工作增壓器緩慢運動，補充鋼管兩端密封、充水閥、排氣閥等處的微滲漏，讓壓力在規定的范圍內波動。

圖4　往復式增壓器穩壓工作原理

往復式增壓器具有體積小、一次性投資少、能夠及時補償滲漏損失等優點；但在穩壓時間內換向時停止吸水和壓水，由于密封處、充水閥與換向閥存在微量泄漏，換向時脈動大，可能會產生瞬間壓力下降，達不到檢驗標準要求。

2.4穩壓缸穩壓

穩壓缸穩壓工作原理如圖5所示。穩壓缸上腔通壓力油，設置1套液壓站控制，壓力由水壓壓力傳感器給出信號控制比例溢流閥調整。鋼管充滿水后，關閉充水閥、排氣閥、鋼管卸荷閥，高壓泵開始加壓，同時推動穩壓缸活塞上升，電磁鐵4YA得電，穩壓缸上腔的液壓油流回油箱；當壓力值達到要求后，高壓泵卸荷，開始穩壓，同時電磁鐵3YA得電，比例溢流閥根據壓力傳感器和穩壓缸柱塞的面積比調整壓力，壓力油經插裝閥流入穩壓缸上腔控制穩壓缸動作，使得鋼管兩端密封、充水閥、排氣閥等各處存在的微量泄漏得到補償，能夠很好地保證壓力在規定的范圍內波動。

圖5　穩壓缸穩壓工作原理

圖6所示是沒有使用穩壓缸時的穩壓曲線，從中可以看出，由于各密封處的微量泄漏得不到補償，導致壓力下降的速度較快，保壓時間未達到要求時壓力就超出了規定波動范圍。圖7所示是使用穩壓缸后的穩壓曲線，從中可以看出，使用穩壓缸后各密封處的微量泄漏得到了很好的補償，使得穩壓曲線變得平滑穩定，且波動范圍非常小，滿足標準要求。

穩壓缸穩壓方式前期投入小，使用維護方便，穩壓效果好，無脈動，由比例溢流閥控制，自動化程度高。目前番禺珠江鋼管有限公司新建的鋼管水壓試驗項目都采用該穩壓方式，運行效果良好。

圖6　沒有使用穩壓缸時的穩壓曲線

圖7　使用穩壓缸后的穩壓曲線

3　結　語

鋼管靜水壓試驗是檢驗鋼管質量的重要手段，其穩壓方式的選擇是試驗滿足要求的保障。高壓泵穩壓、高壓罐穩壓、增壓器穩壓以及穩壓缸穩壓等4種穩壓方式有其相應的特點和不足。建議企業新建項目時正確合理地選用合適的穩壓方式，在滿足工藝標準要求的同時，還能提高生產效率，為企業創造更多的利潤。

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Discussion on Pressure Stabilization Methods for Steel Pipe Hydrostatic Pressure Testing

OUYANG Yuguang，SHAO Ligong
（Panyu Chukong Steel Pipe Co.，Ltd.，Guangzhou 511450，China）

Described in the paper are the steel pipe hydrostatic pressure testing machine，and the pressure stabilization methods with four different devices，i.e.，the high pressure pump，the high pressure tank，the pressure booster and the pressure-stabilizing cylinder，and the working principles thereof.Also summarized and compared are the process technological characteristics of the four methods.Finally，it is suggested that proper pressure stabilization method be determined reasonably by companies concerned for their future hydrostatic pressure testing machines in a bid to not only meet relevant process requirements，but also improve productivity，and thus the profitability.

steel pipe inspection；hydrostatic pressure testing；pressure stabilization method；pressure stabilization with high pressure pump；pressure stabilization with high pressure tank；pressure stabilization with pressure booster；pressure stabilization with pressure-stabilizing cylinder

TG115.5

B

1001-2311（2015）02-0062-04

2014-03-12；修定日期：2015-02-06）

歐陽育光（1984-），男，工程師，主要從事焊管設備液壓系統的設計工作。