石油化工工藝管道壓力試驗研究

王玉堂，鄒方政，王慶濤，葉楠，于翰彬(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266555)

1 壓力試驗準備工作

1.1 編制試驗方案

在石油化工工藝管道安裝過程中，施工技術人員在對其壓力試驗方案進行編制時，工作開展的前提條件就是對施工場地進行全面實地考察，從而根據其場地環境設計出形影的施工方案。然后是在工作人員進行管道試驗前的準備工作，施工單位提前與各承包商、監理、設計施工等單位進行協商，并在獲得審批資格后進行施工作業。

1.2 劃分試壓系統

在開展實際壓力試驗工作時首先要進行試壓系統劃分，才能為后續的實地施工工作提供極大地便利。一般將壓力管道劃分為工藝管道與公用工程管道，在壓力試驗中包括這兩大部分，其中對于工藝管道的劃分，根據管道工藝流程與設計壓力等條件詳細劃分管道壓力系統。在同一壓力管道系統安裝過程中根據其工藝流程要求，一般是利用設計壓力將工藝管道劃分為低、中、高和超高四部分壓力設計。此外，溫度對材料性能的影響也是試壓系統劃分的重要因素，在工藝管道設計中其溫度也各不相同，一般范圍在5～30 ℃，當設計溫度大于試驗溫度時其試壓系統劃分就是對其承載能力的最大考驗。在完成試壓系統劃分之后，再根據相關設計圖紙等對其管道安裝過程中的具有相同材質、相近壓力、布局類似以及流程相貫通的各個管道系統部件進行組合，從而形成統一的試壓系統。

1.3 整理試壓資料

在施工技術人員完成試壓測試的前提下，必須將每次試驗的完整信息進行整理分析。信息數據主要包括管道安裝工藝流程中管道設計圖紙、壓力試驗以及試驗條件的記錄信息，還包括管道的焊接記錄、射線影響報告以及熱反映處理報告等方面。在之后將整理的數據結果交由相關審核單位，再由承包商、建立以及設計單位等進行驗證處理，檢驗合格后在進行實際管道壓力試驗。

2 壓力試驗介質選取

2.1 選取試驗介質

根據相關標準規定嚴格表明，壓力試驗介質的選取都以液體為主，除此之外只有在較低壓力試驗下才選取氣體作為試驗介質，因此大多管道施工過程中選用液體作為試驗介質。但目前由于石油化工工藝管道在利用水作為試驗介質方面存在一定缺陷，且極易受到外界環境因素影響，所以液壓試驗的可操作性比較低。而以氣體作為試驗介質則由多種優勢，比如：來源廣泛、設施量少以及容易排放等特性，因此在石油化工裝置的安裝中一般選用氣體介質作為管道的壓力試驗材料。此外，以氣體為介質的壓力試驗存在安全漏洞，故而在進行試驗時必須加強安全防患意識。

2.2 分析管道失效模式

在管道壓力試驗中其大多事故原因是由管道焊接缺陷引起的，比如焊接縫隙及熱影響區域斷裂等原因。經研究表明，管道失效模式的產生主要由于兩種原因：一是由于工藝管道系統材料的強度與曲度極限不足以滿足當前管道的薄膜應力，從而借由各種因素影響而產生管道破壞現象，進而出現塑性破壞或韌性撕裂，比如：設計不合理，管壁較??；違反操作流程，管道超壓；腐蝕現象出現，致使管壁變薄。這種破壞程度一般只是出現管道裂口，裂口程度與試驗介質儲能有關，故而這種破壞程度危害性較小。而第二種原因則是因為材料的許用應力遠遠大于管道應力需求，故而產生脆性斷裂，又稱之為低應力脆斷，比如管接縫或管材自身缺陷，故而管道破裂時產生大量碎片，危害性極大。

2.3 明確試驗介質步驟

在明確試驗介質步驟的過程中假若施工場地條件不佳，則必須進行校核檢驗確定試驗介質。而其校核監測主要分為兩方面：一是強度校核，主要與兩個數據密切相關，分別是管道計算壁厚度δ和管道實際壁厚度t。在校核過程中，若δ≤t則說明管道實際強度良好，不會產生塑性破壞或韌性撕裂；若δ＞t時則表明管道設計強度過強，此時應當降低試壓壓力強度。一般而言，新配備的壓力管道各項性能良好，滿足當前壓力試驗強度，而相較于已在用管道，其壓力管道、實際壁厚等都產生了不小改變，因此此時應該進行現場實際測量，并以此數據位基準進行壓力試驗。二是韌性校核，首先假若壓力管道中存在裂紋潛伏，此時進行壓力試驗就會導致裂紋擴展，所以在施工時要選擇良好韌性的管道建材，此外，若壓力管道出現斷裂，則進行壓力試驗的前提是進行泄漏判定，從而防止脆性斷裂。之后再通過管道校核來完成明確試驗介質的最后步驟，在管道材料強度與韌性指標皆合格的前提條件下，選擇具有安全性與科學性的氣體作為壓力試驗介質，而管道系統一經使用，在一段時間后就會產生腐蝕、蠕變以及疲勞等各種現象，其強度與韌性相對而言就有所降低，此時若沒有精確數據作為試驗依據，則液體試驗介質是最好的選擇，能夠很好地避免危險事故的發生[1]。

3 確定試驗溫度與壓

3.1 定試驗溫度

在液壓介質試驗過程中溫度適宜同樣也是試驗成功的關鍵，假若管道溫度未得到及時明確，此時可根據施工管道與設備材料進行試驗溫度明確，若管道材質為非合金鋼或低合金鋼，管道設計試驗溫度不低于5 ℃，若管道材質為合金鋼，則試驗溫度應當不低于15 ℃。同時材料的脆性轉變溫度應遠低于管道系統溫度，從而避免試驗溫度超過脆性轉變溫度，進而引起管道脆性斷裂，同時要根據實際狀況在合理范圍內提高試驗溫度，從而避免因管壁厚度增加而管道材料脆性轉變溫度升高的結果，進而使管道缺口或焊接處的脆性強度增加。此外，試驗介質存在介質沸點，此時試驗溫度應該低于介質沸點，并且在壓力試驗前做好準備工作，提前預防溫度驟變或設備泄漏等危險問題。

3.2 確定試驗壓力

在試驗中要確定試驗壓力，首先應該以設計文件為依據。假若未明確規定設計資料，此時則應該以相關公式的分析結果為準，比如經由試驗壓力、試驗溫度下的許用應力以及設計溫度下的許用應力等數據進行比較，假若壓力管道的對位差數值過大，此時試驗介質靜壓則應列入試驗壓力中，而在試驗壓力中則應以最高點壓力為最高基準，最低點壓力為其管道組件承受力的最低標準。此外，確定管道與設備焊接處試驗壓力，必須確保兩者在同一系統內進行試驗，若設備試驗壓力大于管道試驗壓力，則試驗壓力以管道試驗壓力為標準并進行試驗工作，反之亦然，此時選擇設備試驗壓力進行壓力試驗工作時，管道設計壓力應不高于設備試驗壓力的0.87倍。

4 壓力試驗的方法步驟

4.1 壓力試驗方法

據試驗考究表明，工藝管道壓力試驗主要應用設備與管道聯合、系統串聯、單挑管線以及逐項實驗等試驗法。其中逐項試驗法是先進行管道強度試驗，確認焊接口質量后，再進行密閉性試驗，并以此工作流程為基準檢測法蘭密封面的連接狀態。這種方法比較適用于大型石油化工管道裝配壓力試驗。而設備與管道聯合試驗法，則是因為管道系統鋪設時本身存在設備與管道的串聯相接，假使此時兩者焊接處無法用盲板進行隔離，這時就可以采用此種方法。系統串聯試驗法主要是管道鋪設時存在壓力相近、位置類似的試壓系統，此時應該將此類系統進行串聯試驗，從而保證整個管道試驗系統影響因素相似，這種方法可以用在管道較為密集區域。單條管線試驗法則是對一套管線進行壓力試驗，這種方法比較適用于管道較長、直徑較大或不便帶入試驗的壓力管道。

4.2 壓力試驗具體步驟

在進行壓力試驗時要同時考慮液壓與氣壓試驗的雙向進行，其中進行水壓試驗時，在對管路注水操作前，首先將法蘭、閥門以及排氣口等開關開啟。當管道注滿水時，鄰近排氣系統全部封閉。此時在管道系統內部進行逐步升壓，直到緩慢升至試驗強度的30%，此時經過5 min的穩壓階段，若未出現泄漏、變形以及降壓等各種異常現象時則繼續緩慢升壓，并在穩壓10 min后，讓各個相關技術部門工作人員對整個試驗管道系統進行統一檢測，直至檢測壓力試驗強度指標合格，之后再進行降壓處理，從而使試驗壓力緩慢降至設計壓力試驗程度，并在停壓30 min后，再次進行全面檢測。而在進行氣壓試驗時，首先進行以壓力范圍為0.2 MPa左右浮動的預實驗。若無異常出現則可進行氣壓試驗，此時要先在放置泄壓裝置的試驗系統中進行發泡劑泄漏試驗，假若檢測合格，此時在試驗中設定其壓力試驗強度不得超過0.345 MPa，然后在逐步緩慢升壓，當升至壓力試驗的50%時，進行管道系統的全面檢查工作，若無泄漏，此時其升壓工作可進行逐級10%的設計壓力緩慢上升，并且每級穩壓3 min，同時進行逐級全面檢查工作，最后直到其壓力升至試驗壓力并穩壓10 min后，若無異常出現，則可將壓力緩慢降至設計壓力。此外，試壓工作都是較為危險的工作范疇，所以在進行試壓時要確保施工技術人員具有安全防患意識[2]。

5 結語

總而言之，通過對石油化工工藝管道系統的充分了解與研究，在試壓系統中采取安全、科學以及穩定的試驗方法，試壓前要做好準備工作，過程中則要加強管道系統的全面檢查，結束后則應該及時回復試壓管道系統，這種方法不僅能夠促使壓力管道保持長期、穩定、安全的正常運行，而且能夠保證石油工業的正常生產。