GRE消防管道水壓試驗研究與風險分析

未小會

(中國石油工程建設有限公司，北京100120)

GRE管道即玻璃纖維增強環氧樹脂管，該種管道具有眾多優點，因此，近些年來得到了廣泛應用，GRE管道的應用，使得管道行業的安全得到了有效的保障，同時，極大地延長了管道的使用壽命，因此，在未來該種管道材料仍然會得到大面積的推廣和應用[1-2]。正是由于GRE管道具有眾多優點，使得國內外專家對其展開了深入研究，研究重點主要集中在GRE管道施工方面，對于GRE消防管道水壓試驗的研究相對較少，如果水壓試驗過程中出現風險問題，不但會縮短管道的使用壽命，而且還可能會出現爆炸風險或事故，從而給施工單位造成極大的經濟損失，因此，對GRE 消防管道水壓試驗進行深入研究也十分必要[3]。研究過程中，為了保障水壓試驗順利實施，首先對GRE管道的特點及水壓試驗的步驟進行深入分析，探討水壓試驗中的風險所在，并根據風險出現的原因，多角度提出有效的防控措施，為水壓試驗的順利實施奠定基礎，并進一步推動GRE管道的研究與應用。

1 GRE管道特點分析

(1) 耐腐蝕性強。GRE管道屬于一種玻璃鋼材料，該種管道主要是由玻璃纖維制造而成，與常規的鋼鐵管道相比，該種管道材料具有很強的抗腐蝕性。圖1 所示即為常規鋼鐵管道腐蝕圖，如果管道材料出現腐蝕問題，不但可能引發火災爆炸事故，管道中輸送的介質還可能會對周圍環境產生污染，因此，GRE管道可以在腐蝕性環境中得到廣泛應用，同時也不需要考慮腐蝕風險問題[4]。

圖1 常規鋼鐵管道材料腐蝕示意圖Fig.1 Schematic diagram of corrosion of common steel pipeline materials

(2) 耐磨性強。對于常規鋼鐵管道而言，經過長時間運行以后，不可避免地會出現磨損問題，圖2所示即為常規鋼鐵管道的磨損示意圖，磨損問題將會使管道的使用壽命大大降低。對于GRE管道而言，經過大量的砂石磨損實驗后發現，其磨損狀況較為輕微，能有效維持其使用壽命。

(3) 質量輕且強度高。與常規鋼鐵管道相比，在同直徑、同壁厚、同長度的前提下，GRE管道種類僅是鋼鐵管道的1/5，同時，其管道強度略大于鋼鐵管道，這從側面說明GRE管道的安全性高于鋼鐵管道[5]。表1為GRE管道與常規鋼鐵管道的對比情況。

圖2 常規鋼鐵管道材料磨損示意圖Fig.2 Schematic diagram of material wear of common steel pipeline

性能GRE管道鋼鐵管道抗腐蝕性具備不具備抗磨損性具備不具備重量較輕較重強度較高較低屈服性能較強較弱使用壽命較長較短耐高壓能力較高較低密封性較好較弱安全性較高較低使用范圍應用廣泛應用廣泛

2 GRE消防管道水壓試驗

(1) 試驗準備。進行試驗準備是實施GRE消防管道水壓試驗的前提，該階段的主要任務有三項，首先，應根據設計圖紙對GRE消防管道進行安裝，安全質量必須符合相關規定要求，確保管道可以一次整體試壓，在GRE管道運輸的過程中應使用木底平板車，管道與管道之間使用木材隔開，圖3所示即為GRE管道運輸圖；其次，如果GRE管道上含有儀表設備，則在進行水壓試驗之前應使用盲板將其隔開，如果某些閥門也需要進行水壓試驗，則需要保證閥門所能承受的壓力大于水壓試驗壓力；最后，水壓試驗所使用的壓力儀表量程應為實際水壓試驗壓力的1.5倍～2倍，且整個水壓試驗過程使用的壓力儀表數量不少于兩塊。

(2) 系統充水。在水壓試驗準備工作完成以后，首先應將GRE管道內的空氣排出，并檢查GRE管道上的密封劑是否固化，不同固化溫度下密封劑的固化時間如表2所示，待密封劑固化后，向其內部注入一定量的水。在注水過程中，如果GRE管道所處地理位置起伏較大，則需要從地勢相對較低的位置注水，并在地勢較高的位置處排出空氣。在進行水壓試驗的過程中，周圍環境中的溫度、濕度等客觀因素都會對GRE管道壓力產生影響，因此，管道內產生較小的壓力波動屬于正?，F象，如果壓力波動較大，則在試壓之前需要在管道中部使用沙袋將其壓住。

圖3 GRE管道運輸圖Fig.3 GRE pipeline transportation chart

固化溫度/℃固化時間/h132416161811219244.5274293.5323382.5

(3) 加壓。在GRE管道注水以后，即可緩慢升高管道壓力，直至達到試驗壓力為止，一般情況下，管道壓力的升高值不得高于0.7 MPa/min。當管道壓力升高到設計壓力的1.5倍時，管道的穩壓時間只有大于10 min才算合格，然后將管道壓力逐漸降低至設計壓力，管道的穩壓時間只有大于30 min才算合格。

(4) 試壓合格后處理事項。在水壓試驗完成以后，應緩慢降低管道壓力，直至管道最高壓力點位置處的壓力降低至0時，才可以打開排氣口對其進行排氣，在整個過程中應防止管道內出現負壓問題。如果在水壓試驗的過程中發現了GRE管道泄漏問題，則需要先降低管道壓力，然后處理泄漏問題，不得帶壓處理缺陷。在試壓結束以后，應及時將盲板拆除，并及時將管道內的積液排出。整個水壓試驗結束以后，應由專業人員填寫水壓試驗記錄表并簽字確認。

(5) GRE管道的分段試驗。如果GRE管道需要經過大量的辦公區、油區等站外區域，則需要對其進行分段水壓試驗。在分段試驗的過程中，盡可能在閥門部位將管道斷開，在斷開的部位應使用斷開法蘭并加設盲板封堵。哈法亞油田的GRE管道就是使用了分段試驗的水壓試驗方式，其所使用的相關分段設備如表3所示。

3 GRE消防管道水壓試驗風險分析

對我國GRE消防管道水壓試驗進行調研后發現，最常見的水壓試驗風險為管道接口脫落問題，當出現接口脫落問題時，將會對整個水壓試驗過程產生較為嚴重的影響。例如，某地對GRE消防管道進行水壓試驗，試驗所采用的水資源為海水，由于海水本身就具有一定的腐蝕性，會對常規的鋼鐵管道產生腐蝕，因此，該地區采用GRE材料作為消防管道的主要材料，整個水壓試驗過程的設計壓力為2.6 MPa，當管道內水資源的壓力升高到2.0 MPa時，整條GRE管道僅出現了一處泄漏問題，該問題并沒有引起工作人員的重視，當管道內水資源的壓力升高到2.45 MPa時，GRE管道出現了大規模泄漏問題，并引發了管道位移，GRE管道的連接處出現了嚴重的接口脫落問題。通過對此事件進行研究后發現，引發GRE 管道接口脫落問題的原因主要有四點：

(1)當GRE管道出現一處泄漏問題時，并沒有引起工作人員的重視，在繼續升高管道壓力以后，管道內出現了水壓不穩問題，進而導致接口脫落風險；

(2)進行水壓試驗前，盡管采取了一定的排氣措施，但管道內的空氣并沒完全排出，在進行水壓試驗的過程中，空氣聚集于管道彎頭部位，此部位正是管道的連接位置，隨著管道水壓的持續升高，空氣在管道連接部位產生了氣囊，隨著氣囊的不斷膨脹，管道連接位置會出現滲漏問題，從而對管道產生了推力，使得管道產生位移，進而引發接口脫落問題[6]；

(3) 在對GRE管道進行整體檢查后發現，管道的實際施工與設計存在一定的誤差，在實際中，管道與支架進行了焊接，并沒有在兩者的連接部位設置止推瓦片，從而使得管道無約束力，管道的穩定性相對較差，在水壓的作用下出現了接口脫落問題；

(4) 現場工作人員缺乏安全意識，在進行水壓試驗之前，并沒有采取一定的安全措施，同時，也沒有通知水壓試驗監管部門，在水壓試驗的過程中，出現問題后并沒有立即采取措施解決。在另一方面，也存在水壓試驗監管不到位的問題，現場監管人員并沒有發現工作人員違規操作現象，沒有對工作人員起到約束作用[7]。

在進行水壓試驗的過程中，還可能會引發超壓、管道開裂、墊片破損、雜物傷人以及物體打擊等問題，這些問題的后果及風險等級如表4所示。盡管這些問題較為少見，但是在進行水壓試驗的過程中也應盡可能避免這些風險出現。

表4 水壓試驗風險后果及等級Tab.4 Risk consequence and grade of hydraulic test

4 GRE消防管道水壓試驗風險防控措施

(1) 事故處理措施。通過分析發現，當GRE消防管道水壓試驗過程中出現接口脫落問題時，將會產生較為嚴重的影響，因此，要及時采取一定的措施防止接口脫落問題擴大化。首先，當水壓試驗過程中出現滲漏問題時，應對管道進行及時的檢查，并對破損管道進行更換；其次，出現滲漏問題以后，應及時檢查管道是否出現了遷移問題，若出現遷移問題應及時采取一定的措施進行解決；最后，若出現了接口脫落問題，應及時派遣維修人員，并及時制止水壓試驗，當接口脫落問題解決以后才能繼續試驗。

(2) 事故預防措施。為了防止出現GRE消防管道水壓試驗風險，首先應對GRE 管道的施工過程進行監督，要求現場施工人員必須完全按照施工圖紙進行工作，在施工完成以后，監管人員應對管道進行及時的檢查，防止出現違規施工問題；其次，規范水壓試驗流程，當管道內的壓力升高到1.5 MPa時，應及時停止加壓，檢查管道是否出現滲漏問題，若無滲漏問題，方可繼續加壓，此后管道每升高0.5 MPa，都需要對其進行停工檢查，直至達到水壓試驗的額定壓力為止。管道壓力達到額定壓力以后，應穩定一段時間并對管道進行檢查后才能進行泄壓操作。

(3)加強安全管理。在安全管理方面，首先應設立專門的水壓試驗監管部門，該部門的主要任務就是對整個水壓試驗過程進行監督，以防出現工作人員違規操作問題，監管部門將對整個水壓試驗過程起主要領導責任；其次，制定合理的試驗流程，在試驗之前應向相關部門備案，且只有在現場工程師同意的前提下，才能進行試驗；最后，應對試驗人員進行科學的培訓，培訓的主要目的是提高工作人員的知識水平和安全意識，并要求工作人員發現試驗問題后及時上報，全面保障試驗過程順利實施。

5 結論

研究過程中，首先對GRE管道特點進行分析，闡述進行GRE消防管道水壓試驗的基本步驟，通過調研國內外水壓試驗的實施情況，發現水壓試驗過程中存在的風險問題，并根據風險問題出現的原因，分別從多個角度出發，提出多項解決措施，保障水壓試驗順利進行。通過研究，得出以下三條結論：

1)GRE管道具有耐腐蝕性強、耐磨性強以及質量輕且強度高等特點，與常規鋼鐵管道相比，其優勢明顯，因此，未來需要加強該種類型管道的推廣及應用；

2)在進行GRE消防管道水壓試驗的過程中，應按照試驗準備、系統充水、加壓以及處理試驗結果的步驟進行，且相應步驟的操作應符合相關規定；

3)在實施GRE消防管道水壓試驗的過程中，管道接口脫落問題是最常見、最嚴重的風險問題，引發該問題出現的原因較多，因此，需要從事故處理、事故預防以及安全管理三個角度出發，分別采取多項措施，防止風險問題擴大化。