LNG接收站工藝管道試壓標(biāo)準(zhǔn)對比分析

侯軍

廣東陽江海陵灣液化天然氣有限責(zé)任公司 （廣東 陽江 529500）

0 引言

近年來，國家多措并舉，完善天然氣產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施布局，推進(jìn)互聯(lián)互通。LNG接收站是LNG儲運的關(guān)鍵設(shè)施，在促進(jìn)天然氣配置和利用上具有重要作用。在國家各項利好政策的激勵下，截至2019年9月底，我國已建成投產(chǎn)的LNG接收站達(dá)22座，處于在建或籌建階段的LNG接收站尚有40余座。可以預(yù)見，未來幾年我國LNG接收站仍將處于高速發(fā)展期。

工藝管道是LNG接收站物料輸送的通道，對接收站的安全可靠運行至關(guān)重要。管道試壓是對管道強(qiáng)度及嚴(yán)密性的綜合性檢驗，能充分發(fā)現(xiàn)管道材料、施工質(zhì)量、完整性存在的問題，對確保管道日后安全穩(wěn)定運行具有重要意義。因此，有必要對工藝管道試壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，進(jìn)而為LNG接收站工藝管道試壓提供參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)簡介

目前，我國尚未針對LNG接收站工藝管道試壓制定專用標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)有關(guān)LNG接收站工藝管道試壓的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。

由表1可知，國內(nèi)有關(guān)LNG接收站工藝管道試壓的標(biāo)準(zhǔn)主要有9個，其中強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)4個、推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)3個、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1個、推薦性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1個。GB 50235—2010應(yīng)與GB 50184—2011配合使用；GB 50517—2010是在總結(jié)我國石油化工領(lǐng)域?qū)嵺`經(jīng)驗、參考ASME B 31.3—2004《工藝管道》有關(guān)技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上制定的；GB 50540—2009的編制重點引用了GB 50235—1997；SH 3501—2011的編制重點引用了GB 50517—2010；GB/T 20801.5—2006，是在總結(jié)吸收國內(nèi)工業(yè)金屬管道施工經(jīng)驗和施工技術(shù)研究成果、參照采用ASME B 31.3—2004有關(guān)內(nèi)容及國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定；GB/T 51257—2017明確要求管道壓力試驗應(yīng)符合GB 50235—2010的規(guī)定；GB/T 20368—2012則明確指出試壓應(yīng)根據(jù)ASME B 31.3—2004中345的規(guī)定進(jìn)行；SY/T 6711—2014的編制則重點引用了GB/T 20368—2012。目前，國際上應(yīng)用最為廣泛的工藝管道試壓標(biāo)準(zhǔn)是由美國機(jī)械工程師學(xué)會編制的ASME B 31.3《工藝管道》，該標(biāo)準(zhǔn)每兩年修訂一次，現(xiàn)行版本為ASME B 31.3—2018。考慮到標(biāo)準(zhǔn)的相互引用與借鑒，主要對GB 50235—2010、ASME B 31.3—2018進(jìn)行對比分析。

表1 國內(nèi)LNG接收站工藝管道試壓相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2 標(biāo)準(zhǔn)對比分析

LNG接收站工藝管道輸送的物料為液化天然氣（LNG）或天然氣（NG）。根據(jù)TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—工業(yè)管道》，LNG接收站內(nèi)中低壓工藝管道（高壓泵前工藝管道，設(shè)計壓力小于4 MPa）的工業(yè)管道級別為GC2級，高壓工藝管道（高壓泵后工藝管道，設(shè)計壓力大于4 MPa）級別為GC1級[1]。從工藝管道試壓方式的選取要求、試壓介質(zhì)、試驗壓力、穩(wěn)壓時間這4個方面對GB 50235—2010、ASME B 31.3—2018進(jìn)行對比分析。

2.1 工藝管道試壓方式選取

GB 50235—2010明確要求管道應(yīng)采用液體進(jìn)行壓力試驗。對于設(shè)計壓力不大于0.6 MPa的管道，在采取有效安全措施的情況下，可選取氣體進(jìn)行壓力試驗。ASME B 31.3—2018規(guī)定，管道應(yīng)采用液體進(jìn)行壓力試驗。兩個標(biāo)準(zhǔn)對工藝管道試壓方式替代條件的規(guī)定詳見表2[2-3]。

兩個標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定，一般情況下管道壓力試驗應(yīng)采用液壓試驗；在特定條件下，允許以氣壓試驗替代液壓試驗。相比之下，GB 50235—2010對在何種情況下采用氣壓試驗有明確的要求。

表2 試壓方式替代條件對比

對于工藝管道液壓試驗的替代條件，兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定存在一定差異。GB 50235—2010規(guī)定的替代條件比ASME B 31.3—2018更明確，因而更具可操作性。但ASME B 31.3—2018規(guī)定，在替代方式選取時需考慮管道內(nèi)壓縮氣體的能量危害程度，對管道試壓方式的選取具有指導(dǎo)意義。

GB 50235—2010規(guī)定，經(jīng)設(shè)計與建設(shè)單位認(rèn)可，允許以液壓—氣壓試驗替代氣壓試驗；ASME B 31.3—2018則未明確氣壓試驗的替代方式。

兩個標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定，在滿足替代條件的情況下，對焊縫進(jìn)行100%檢測，對管道系統(tǒng)進(jìn)行柔性分析，且對管道系統(tǒng)進(jìn)行泄漏試驗后，可不進(jìn)行壓力試驗。兩個標(biāo)準(zhǔn)明確的替代條件有一定差異。ASME B 31.3—2018更明確地指出了采用液壓與氣壓試驗，可能會對管道系統(tǒng)造成的危害。

2.2 試壓介質(zhì)要求

GB 50235—2010與ASME B 31.3—2018對試壓介質(zhì)的要求見表3[2-3]。

表3 試壓介質(zhì)要求對比

1）兩個標(biāo)準(zhǔn)均明確應(yīng)使用水作為液壓試驗的介質(zhì)。相比之下，GB 50235—2010對水的質(zhì)量有更明確的要求，且規(guī)定了在對特定管道進(jìn)行水壓試驗時，水中氯離子不得超標(biāo)。

2）對于在何種情況下可采用其他無毒液體進(jìn)行液壓試驗，ASME B 31.3—2018有更明確的要求。

3）當(dāng)采用可燃液體介質(zhì)進(jìn)行試驗時，兩個標(biāo)準(zhǔn)均對液體的閃點提出了要求，其中GB 50235—2010要求閃點不得低于50℃，比ASME B 31.3—2018要求略高。

4）對于氣壓試驗，兩個標(biāo)準(zhǔn)對試驗介質(zhì)的要求基本一致，相對而言，GB 50235—2010要求更具體、明確。

2.3 試驗壓力要求

2.3.1 液壓試驗壓力要求

GB 50235—2010明確要求，對于內(nèi)部承壓的金屬管道，應(yīng)以設(shè)計壓力的1.5倍作為試驗壓力，對于其中的埋地鋼質(zhì)管道，還要求試驗壓力最小為0.4 MPa；對于存在不小落差的液體管道，要求在確認(rèn)試驗壓力時考慮試驗介質(zhì)的靜壓，并以最高點的壓力作為試驗壓力，最低點的壓力不允許大于管道組成件的承受力。ASME B 31.3—2018規(guī)定，金屬管道應(yīng)以設(shè)計壓力的1.5倍作為試驗壓力。相較而言，GB 50235—2010規(guī)定更明確，且明確了埋地鋼質(zhì)管道試驗壓力的底限，對大位差管道試驗壓力也提出了要求。

對于管道與設(shè)備同屬一個試壓單元開展試驗的，兩個標(biāo)準(zhǔn)對試驗壓力的要求基本一致。對于設(shè)備試驗壓力不低于管道試驗壓力的，應(yīng)采用管道試驗壓力開展試驗。對于設(shè)備試驗壓力小于管道試驗壓力的，如不能將設(shè)備與管道分隔，且設(shè)備試驗壓力大于按式（1）計算的管道試驗壓力的77%時，在得到設(shè)計或建設(shè)單位認(rèn)可后，可選取設(shè)備試驗壓力作為單元的試驗壓力開展試驗[2-3]。

式中：PT為試驗壓力（表壓），MPa；P為設(shè)計壓力（表壓），MPa；[σ]T為試驗溫度下管材的許用應(yīng)力，MPa；[σ]t為設(shè)計溫度下管材的許用應(yīng)力，MPa。

2.3.2 氣壓試驗壓力要求

GB 50235—2010規(guī)定，對于承受內(nèi)壓的金屬管道，應(yīng)取設(shè)計壓力的1.15倍作為試驗壓力對其開展氣壓試驗。ASME B 31.3—2018則規(guī)定，金屬管道的試驗壓力應(yīng)不小于設(shè)計壓力的1.1倍；在試驗溫度下，當(dāng)試驗壓力會產(chǎn)生超過屈服強(qiáng)度的應(yīng)力或1.5倍構(gòu)件額定值時，應(yīng)將試驗壓力降至不產(chǎn)生超過屈服強(qiáng)度和1.5倍管道組成件額定壓力時的最大壓力的90%。相較而言，ASME B 31.3—2018對試驗壓力要求更低，試壓更保守。

2.4 穩(wěn)壓時間要求

兩個標(biāo)準(zhǔn)對穩(wěn)壓時間的要求見表4[2-3]。

表4 壓力試驗穩(wěn)壓時間要求對比

對于液壓試驗，兩個標(biāo)準(zhǔn)對工藝管道達(dá)到試驗壓力后的穩(wěn)壓時間要求均為10 min。GB 50235—2010對工藝管道壓力降至設(shè)計壓力后的穩(wěn)壓時間提出了明確要求，比ASME B 31.3—2018更具可操作性。

對于氣壓試驗，兩個標(biāo)準(zhǔn)對工藝管道達(dá)到試驗壓力后的穩(wěn)壓時間要求均為10 min。對升壓過程的要求兩標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異，相對而言，GB 50235—2010要求更明確，更具可操作性。

3 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行及修訂建議

3.1 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行建議

GB 50235—2010是我國強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，其對工藝管道的試壓要求必須執(zhí)行；SH 3501—2011是我國石化行業(yè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，其對工藝管道的試壓要求應(yīng)予執(zhí)行；ASME B 31.3—2018為國際通用的工藝管道標(biāo)準(zhǔn)，可參考執(zhí)行。在LNG接收站工藝管道試壓時，需在嚴(yán)格執(zhí)行GB 50235—2010、SH 3501—2011的同時，結(jié)合ASME B 31.3—2018有關(guān)要求加以強(qiáng)化，確保LNG接收站工藝管道試壓順利開展，并且工藝管道材料、施工質(zhì)量和完整性得到充分 檢驗。

根據(jù)工藝管道試壓要求，可將LNG接收站工藝管道分為4大類：①中、低壓常溫工藝管道；②中、低壓低溫工藝管道；③高壓低溫工藝管道；④高壓常溫工藝管道。其中，低溫工藝管道大多采用304或304/304 L材質(zhì)的不銹鋼管，對試壓用水有特別要求[4]。對LNG接收站各類工藝管道試壓的具體建議如下[2-5]：

1）對于中、低壓常溫工藝管道，應(yīng)采用潔凈水進(jìn)行液壓試驗，采用設(shè)計壓力的1.5倍作為試驗壓力。試驗過程中應(yīng)慢速升壓，升到試驗壓力后，穩(wěn)壓10 min，確定無異常現(xiàn)象后再降壓到設(shè)計壓力，穩(wěn)壓30 min。應(yīng)在試驗過程中檢查壓降情況、管道所有部位滲漏情況、管道及其組件變形情況。當(dāng)LNG接收站調(diào)試工期緊，設(shè)計、建設(shè)單位認(rèn)為水壓試驗會導(dǎo)致工期延誤時，可采用干燥的空氣進(jìn)行氣壓試驗，氣壓試驗要求在采用干燥空氣進(jìn)行預(yù)試壓后進(jìn)行，采用設(shè)計壓力的1.15倍作為試驗壓力，試驗過程中應(yīng)慢速升壓，當(dāng)壓力升至試驗壓力的一半時，穩(wěn)壓3 min，在確認(rèn)沒有檢查到異常或泄漏情況時，方可接著以試驗壓力的10%逐級進(jìn)行升壓；每級穩(wěn)壓3 min，直到試驗壓力。在試驗壓力下穩(wěn)壓10 min，再降壓到設(shè)計壓力，用發(fā)泡劑檢驗泄漏情況，應(yīng)根據(jù)查漏工作需要確定穩(wěn)壓時間。

2）中低壓低溫工藝管道的試壓要求與中、低壓常溫工藝管道試壓要求基本一致，但要求其使用的潔凈水的氯離子含量不得超過25 mg/L。對中、低壓工藝管道，采用干燥空氣進(jìn)行氣壓試驗的做法已在山東青島LNG接收站等項目實施，可大大降低工藝管道干燥難度，避免閥門冰堵，縮短調(diào)試工期[6]。

3）考慮到高壓常溫工藝管道設(shè)計壓力大，如采用氣壓試驗，一旦管道試壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，對于高壓工藝管道要求采用潔凈水進(jìn)行液壓試驗，試驗壓力為設(shè)計壓力的1.5倍，試驗過程中應(yīng)緩慢升壓，升至試驗壓力后，穩(wěn)壓10 min，確定無異常現(xiàn)象后再降壓到設(shè)計壓力，穩(wěn)壓30 min，檢查壓降情況、管道所有部位滲漏情況、管道及其組件變形情況。

4）高壓低溫工藝管道的試壓要求與高壓常溫工藝管道試壓要求基本一致，但要求其使用的潔凈水的氯離子含量不得超過25 mg/L。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

ASME B 31.3—2018是國際通用的工藝管道標(biāo)準(zhǔn)，按照慣例該標(biāo)準(zhǔn)每2年修訂一次，從ASMEB31.3—2010到ASME B 31.3—2018，該標(biāo)準(zhǔn)已修訂了4次。我國國家標(biāo)準(zhǔn)按慣例每5年修訂一次，但截至2019年10月，GB 50235—2010尚未進(jìn)行修訂。建議根據(jù)ASME B 31.3—2018，結(jié)合國內(nèi)工藝管道試壓經(jīng)驗，對GB 50235—2010進(jìn)行修訂。

1）在考慮用氣壓試驗代替液壓試驗時，應(yīng)由設(shè)計單位對管道內(nèi)壓縮氣體的能量危害程度進(jìn)行分析，并提出防護(hù)措施。

2）明確規(guī)定無需進(jìn)行壓力試驗的條件，指出如采用液壓與氣壓試驗，可能會對管道系統(tǒng)造成的危害。

3）對氣壓試驗的升壓過程進(jìn)行修改，明確要求在進(jìn)行氣壓試驗時，將管道壓力緩慢升至試驗壓力的一半與170 kPa兩者中的較小者，穩(wěn)壓3 min，進(jìn)行初步檢查；在確認(rèn)沒有反常或泄漏情況后，方可接著以試驗壓力的10%逐級進(jìn)行升壓，每級穩(wěn)壓3 min，直至試驗壓力。