直埋热力管道型式试验规范标准的讨论VIP

第 4 1 卷第 2 期 2 0 1 2年 3月 石油化工设备 PETRO CHEMI CAL EQUI PMENT V01 4 1 No 2 M a r 2 O1 2 文章编号 ：1 0 0 0 7 4 6 6 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 5 9 0 5 直埋热力管道型式试验规范标准的讨论 张富胜 ，任 智铨 ( 江苏省 特种设备 安全监督检验研究 院 徐 州分院 ，江苏 徐州 2 2 1 0 0 0 ) 摘 要 ：介 绍 了 国 内 直 埋 热 力 管 道 型 式 试 验 规 范 标 准 发 展 情 况 ， 结 合 工 作 实 践 ， 通 过 对 T S GD 7 0 0 2 - 2 0 0 6 压 力 管道 元件 型式 试验规 则 和 C J T 2 0 0 - 2 0 0 4 城镇 供 热预 制直埋 蒸 汽保 温 管技 术 条件 等标准规 范进行讨论， 对沙箱试验 、 保温性能试验、 产品覆盖范围等方面存在的问题提 出了改 进 建议 。 关 键词 ：直埋热力管道；型式试验；标准；规范；讨论 中图分 类号 ：TK 2 8 4 1 文 献标 志码 ：B Di s c u s s i o n o n t he Co d e s a n d S t a n da r d s o f t h e Ty p e Te s t o f Di r e c t l y bu r i e d He a t i ng Pi p e s ZHANG Fu - s he n g，REN Zhi qu a n ( Br a n c h o f Xu z h o u，S p e c i a l Eq u i p me n t S a f e t y Su p e r v i s i o n I n s p e c t i o n I n s t i t u t e o f J i a n g s u Pr o v i n c e ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e t e x t h a s i n t r o d u c e d t h e d e v e l o p me n t s i t u a t i o n o f c o d e s a n d s t a n d a r d s o f d i r e c t l y bu r i e d he a t i ng pi p e s t y pe t e s t d ome s t i c a l l y Combi n e d wi t h wo r k i ng pr a c t i v e，t he p r e s e nt c o de s a n d s t a n d a r d s wa s d i s c u s s e d，f o r e x a mp l e 。TS GD 7 0 0 2 2 O O 6 Pr e s s u r e Pi p i n g C o mp o n e n t s Ty p e Te s t Rr e gu l a t i o n a n d C J T 2 O 0 2 0 O 4 Pr e f o r me d Di r e c t l y Bu r i e d S t e a m I n s u l a t i n g Pi pe s T t e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n f o r He a t i n g i n C i t y，e t c P u t t i n g t h r o u g h t h e d i s c u s s i o n ， r e f e r t o t h e e x i s t i ng p r obl e m s i n a s p e c t s o f t he s a nd b ox t e s t ，t e mpe r a t u r e h o l di n g pe r f o r m a n c e t e s t a nd C O V e r i ng r a ng e o f pr o du c t s a m p l e s，p ut pr o p os a l s f or i m p r ov e m e n t Ke y wo r d s ：d i r e c t l y b u r i e d h e a t i n g p i p e s ；t y p e t e s t ；s t a n d a r d ；c o d e ；d i s c u s s i o n 2 0 0 7 0 1 - 0 1 起 施 行 的 TS G D 2 0 0 1 2 O O 6 压 力 管道元件制造许可规则 中 _ 1 ， 直埋热力 管道被调 整为直埋夹套管 AX级的品种范围， 许可方式改 为 型式试验的方式， 即型式试验机构在现场取样 时同 时进行资源条件、 质量体系 、 设计工艺文件审查等工 作 ， 型式试验合格后 ， 报审批机关发证 ， 不需要特种 设备行政许可鉴定评审机构的现场评审 ， 通 常称为 型式试验代评审 的方式。这种方 式简化 了工作程 序 ， 受 到 企业欢 迎 ， 但对 直埋 热力 管道 型式试 验提 出 了更 高要 求 。 徐州市直埋热力管道生产厂家较多， 在有关高 校、 科研单位、 专业型式试验机构 的帮助指导下， 按 照标准规范的要求 ， 先后制作了多套型式试验装置 ， 共进行了几十批次试件的试验 ， 经江苏省特检院和 浙江省特检中心等专业型式试验机构的确认 ， 试验 过程和结果基本反映了直埋热力管道的产 品质量性 收稿 日期 ：2 0 1 1 1 O 一 1 4 作者简 介 ：张富胜 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 山东海阳人 ， 高级工程师 ， 工程硕士 ， 从 事特种设备检验和安全监察工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 2年第 4 1 卷 能 ， 获得 了一些直埋管道的基础理论数据 ， 总结了一 些埋地保温管 的性能参数规律 。但是根据这几十批 次试件的试验经验 ， 笔者认为现行的有关直埋热力 管道型式试验 的标 准规范需要进一步完善 ， 现将有 关问题提出讨论 ， 供同行参考。 1 国 内直 埋 热 力管 道型 式试 验 标 准规 范 发 展概况 国内热力管道元件 的型式试验经历了从无到有 的过程 ， 国内自2 0世纪 7 0年代末引进直埋热力管 道后 ， 相关的法规标准一直不完善 ， 最早的设计 、 施 工标准对管道元件的试验 、 检验 内容分散在几个标 准 中， 其规定既不系统也不详细。直到建设部 C J T 2 0 0 -2 0 0 4 城镇供热预制直埋蒸汽保温管道技术条 件 将总体抗压强度和工作管轴向移动性能试验( 沙 箱试验) 和保温性能试验列入基本性能测试内容 ， 在 附录 A中规定 了 冲击强度试验方法 2 。至此 ， 热 力管道元件 的主要型式试验方法 以性能测试项 目的 方 式得 到 明确 。国家质 检 总 局 2 0 0 7 0 2实施 的 T S - G D 7 0 0 2 -2 0 0 6 压力管 道元件型式 试验规则 3 ， 进一步确定 了型式试验项 目和方法。 结合工作 实践 ， 笔者认为总体抗压强度和轴向 滑动性能试验( 沙箱试验) 、 保温性能试验 、 防腐层抗 冲击性能试验这 3 项试验是埋地管道型式试验的主 要 内容 ， 这 3 项试验分别测试直埋夹套管道的工作 内管在 外 管 内 滑 动 、 保 温 结 构 、 外 管 防 腐 等 基 本 性 能 ， 与保温性能试验 和防腐层抗冲击性能试 验等相 比， 总体拉压强度和 内管轴 向滑动试 验( 沙箱试验) 是核心 ， 该试验是模似直埋保温管道的实际运行而 设计 的 。国 内主要 型式试 验 机构 也把 总体 抗 压强 度 和 轴 向滑动 性 能 试 验作 为 主要 项 目 4 。沙 箱试 验 即在沙 箱 中装入 由包 括 工作 内管 ( 承 压 ) 、 保 温结 构 层、 外护管一体的直埋 管道成 品试件 ， 沙箱 中填沙 ， 沙 层上 承受 均 布载荷 ， 试 件 内管 连接 传动 系统 ， 在 内 管 做一 定速 度往 复 运 动 的 条 件 下 ， 分 别 测 试 空 载 和 加 载 时所 需 的推 ( 拉 ) 力 ， 空 载 和 加载 时推 ( 拉 ) 力 之 比大于或等于 0 8 ， 且 内管无卡涩现象时测试合格。 据了解 ， 国内对沙箱试验 的基础研究十分薄弱 ， 上世纪 8 0年代 ， 哈尔滨建工学院和北京煤碳热力设 计院为测定聚乙烯管外壳摩擦 因数而采用沙箱试验 台 ， 后又测试沥青玻璃纤维布 的摩擦 因数。这 和 测试埋地管道抗压强度和轴向移动性能试验有很大 区别。2 0 0 4年， 江苏等地一些直埋管道生产厂家开 始少量沙箱试验 ， 沙箱规模尺寸 、 加载 方式 、 传动方 式和测试仪器五花八 门， 缺乏统一要求 。建设部的 C J T 2 0 0 -2 0 0 4 城镇 直埋 供 热管 道工 程技 术 规 程 中有关沙箱尺寸、 沙的粒度质量要求等重要 内容 均照抄 E N 4 8 9 -2 0 0 3 ( 区域热力管道 等国外标 准 的内容I 2 ， 国家 质检 总局 颁 发 的 TS GD 7 O 0 2 2 0 0 6 压力管道元件型式试验规则 在 C J T 2 O O 一 2 0 0 4 城镇直埋供热管道工程技术规程 的沙箱试验 内容 的基 础上 改进 而成 _ 1 。 2 相关标准规范 要求不一致 的问题 2 1 总体抗压强度和轴 向滑动性能试验( 沙箱试 验) 2 1 1 沙箱 的规格尺 寸 文献 2 ， 3 要求 的沙箱尺寸示 意图分别见 图 1 和图 2 。 图 1 按照 C J T 2 0 0 - 2 0 0 4 城镇直埋供热 管道工程 技术规程 制作 的沙箱 G G 图 2按照 T S GD 7 0 0 2 -2 0 0 6 压力 管道 元件型式 试 验规则 制作 的沙箱 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 张富胜 ， 等 ： 直埋热力管道 型式 试验规范标准的讨 论 2 0 0 7年以前， 徐州市直埋热力管道生产厂家制 作的几台沙箱试验机是按照 C J T 2 0 0 -2 0 0 4 城镇 直埋供热管道工程 技术规程 的要求 制作_ 2 ， 2 0 0 7 年以后按照 TS GD 7 0 0 2 -2 0 0 6 压力管道元件型式 试验规则 的要求制作 ， 两者有很大 区别 ， 主要是 沙箱尺寸不同。 文献 2 的沙箱高度和宽度均按直埋管外护管 的尺寸加 3 0 0 mm为限 ， 而文献 3 是以直埋夹套管 内管直径加 2 0 0 mm 为 限 ( 报批稿时为 3 0 0 ram) 。 这一改动将沙箱的高度和宽度都减少了约5 0 0 mm， 长度 也 由 1 8 0 0 mm 改 为 1 5 0 0 mm。以 内 管 D N4 0 0 mm 的 直 埋 夹 套 管 为 例 ， 其 外 管 直 径 为 7 2 0 mm， 按文献 2 ， 其规格尺寸为 1 8 0 0 mm X 1 3 2 0 mm1 5 0 0 mm， 而按照文献I- 3 制作的沙箱 宽度 减少 近一 半 。 因为一家直埋管制造厂通常不会制造两台沙箱 试验机 ， 如按文献 2 ， 取工作管内径 DN 4 0 0 mm的 试件设计沙箱 ， 当试件 内管 为 DNI O 0 mm( 外 护管 为 03 2 5 ram) 时， 外 护管两侧 的沙层厚度已经 达到 5 0 0 mm， 由于加载方式 的限制 ， 试件上部 沙层 也在 4 0 0 mm以上 。而按照文献 3 制作的沙箱规格尺寸 为 1 5 0 0 mm X 8 2 6 mm 1 0 0 0 mm， 制 作 内管 D N4 0 0 mm试件 时， 外护管上部和两侧的沙层 厚度 仅5 0 mm左右 ， 相差 近 1 O倍。经 多次试验 ， 如此沙 层厚 度 的变 化 ， 对试 验 结果 影 响很大 。此 外 ， 个别 企 业制造的直埋蒸汽管道 内管 DN4 0 0 mm， 选用外管 直径为 8 2 0 mm， 则无法在按文献E 3 制作的沙箱 内做 型式 试验 。 文献 3 3 对沙箱尺寸的规定 比较笼统 ， 如果 以外 护管的直径为依据确定沙箱尺寸更合理 。文 献 8 则认为外管上沙层厚度 1 0 0 2 0 0 mm为宜 。通过 实际应用分析 ， 笔者认 为， 大直径管道按照文献 2 设计沙箱 、 小直径管道按照文献 3 3设计沙箱 较合 适 。各 管 道生 产厂 家 可以根 据各 自产 品情 况 和产 品 型式试 验 覆盖 范 围 ， 对 沙 箱 尺 寸适 当调 整 。鉴 于文 献 E 3 是用 于行 政许 可 的强制 性标 准 ， 改动 尺寸 应有 相 关部 门同意 。 2 1 2 加 载 和 测 力方 式 文献E 3 附件 B中规定 ， 总体抗压强度和轴 向 滑动试验时应使外管承受均匀载荷， 其载荷值应不 低于 0 0 8 MP a ， 在沙箱上配备 刚性压板 。文献 2 中规 定 ， 蒸 汽保 温 管道 总体 抗 压 强 度 不 应 低 于 0 0 8 MP a ， 沙箱配备刚性压板 ， 在 刚性 盖板上施加 的载荷 包括 加沙 自重 。 作为标准的文献 2 ， 3 均未对加载方式提出要 求 ， 如前所述 ， 沙层厚度变化很 大， 载荷 G也有一定 差别。理想状态下， 使用砝码加载方便形成均布载 荷 ， 如制作 D N4 0 O mm( 内管) 的试件， 按文献1- 3 试 验时沙层较薄， 约需 9 0 0 0 k g以上的砝码 。而按文 献 2 试验 ， 因沙箱尺寸较大 ， 即使考虑沙子的 自重 ， 也需1 2 0 0 0 1 3 0 0 0 k g的砝码 ， 目前国内均没有采 用砝码加载 。欧美 国家大多使用液压加载 ， 对 大型 沙箱 ， 一般为多液压缸加载 ， 保证试件受力均匀 。对 小型沙箱使 用单液 压缸 加载 ， 满足文献 7 的要 求 。国内生产厂家对 型式试验不够重视 ， 试验装置 简单， 没采用液压加载方式的， 多使用一些杠杆加载 的简单方法 ， 试验可靠性差 。笔者采用专门设计 的 液压千斤顶装置加载 ， 简便实用 。 与加载方式的规定相同， 文献 2 ， 3 对测试内管 移动的推( 拉) 力的方式也没有 明确要求 ， 很多单位 甚至使用扭力仪一类 的测力方法 ， 难 以反映内管往 复运动时的真实情况。根据笔者的经验 ， 试验采用 B K一 2 F型测力传感器( 量程 3 0 0 k N， 精度等级0 0 5 ) 的测试效果 比较真实 。 建议对文献 2 ， 3 这两个标准进行修订， 明确加 载方式并对测力精度提出要求。 2 1 3 试 验 用 沙 文献E 2 中要求使用室温下干燥的 自然沙 ， 粒度 范围套用文献 7 ， 文献 3 中没有沙子质量要求 。 文献 9 ， 1 o 中都强调沙箱试验时， 必须使用干燥 的沙子 ， 要求粒径为 2 mm左右的沙子要 占一定 比 例 ， 说明国外在进行沙箱试验时， 注意到 了沙子的干 燥和密度 对试验结果 的影响 。笔 者在试 验 中发现 ， 对 于小直径 管 ， 由于沙 子 的原 因 出现过 空 载和 加 载 时 ， 推 ( 拉 ) 力 之 比几乎 为 1 0的情况 ， 可见 沙 子对试 验结 果 的影 响不容忽视 。根据经验 ， 凡是 肉眼可见 有潮湿 的沙子 ， 要经过晾晒后使用。目前在国内标准没有具 体要求 时 ， 可 以参 考 文献 E 9 中丹 麦理 工 学 院对 沙子 中水质量分数不大于 0 5 的要求选择沙子 。 2 2保 温性 能试验 文献 3 中规定夹套管 的检验与试验项 目含保 温性能试验， 但未介绍具体试验方法和要求 ， 也未提 及适用的标准 ， 目前 国内一般采用文献 2 ( 属于产 品标准) 中性 能试 验方 法 的规 定 ， 按 C T T 1 4 O 一 2 0 0 1 供热管道保温结构散热损失测试 与保温效果 评定方法 规定的 4种测试供热管道保温效果的方 法口 引， 选择其 中较简便的表面温度法快速测试直埋 热力管道保温性能 ， 主要是使用便携式红外测温仪 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 2年第 4 1卷 对 试样 外 表面 温 度测 量 ， 内管介 质温 度 为3 0 0时 ， 外 表 面温 度小 于 5 O为合格 。 由于文献 3 中无明确要求 ， 型式试验机构依据 企业产品情况 可以选择文 献 2 和 C J J 1 0 4 2 o O 5 城镇供热直埋蒸汽管道技术规程 进行试验_ 1 ， 而 文献 2 中注明按 C J T 1 4 0 2 o 0 1 供热管道保温 结 构散 热损 失测 试 与保 温效 果 评 定 方 法 进 行 保 温 性能测试l_ 】 ， 但要注意文献 1 1 中保温性能测试是 分级的， 用于新产 品鉴定应为一级 ， 需用两种 以上不 同测试方式对照 ， 同步进行 。文献 1 3 要求测试复 合保 温结 构 中两个 复合 层 间 的界 面 温 度 ( 界 面 温 度 不 超过 外层 保温 材料 安全 使用 温度 的 0 8 倍 ) ， 这 种 设计文献 1 1 是没有要求的。大多数单位利用文献 E 3 未明确保温性能测试方法的情况， 仅选用一种方 法测 试保 温性 能 ， 也不 测试 复合 保 温层 间温 度 ， 这 种 型式 试验 实 际意 义不 大 。 按照实 际经验 ， 可 以通过专 门设计的直埋夹套 管保温性能测试试验 台进行上述性能测试 ， 利用电 加热模拟夹套管工作管的温度 ( 3 0 0) ， 自动加热 ， 保持工作管内的温度稳定 ， 通过测量夹套管外护管 表面温度及保温层 间温度 的方法 ， 来记 录和判断受 测 试 夹套 管 的保 温性 能 。 建议文献E 3 明确保温性 能试验 的具体方法和 要 求 。 3型式试验 的覆盖 范围 文献E 3 对直埋管道的覆盖范围为 ： ( 1 ) 工 作 管 及 其 管 件 适 用 范 围 0 5 D N DN 2 D N， 0 5 S D N S D N 3 S DN( S为其 内管 公 称 壁 厚 ) 。 ( 2 ) 有 与样 品( 试 件 ) 相 同 的保 温结 构 。 ( 3 ) 外管与工作管公称 直径 的比值不超过样 品 ( 试件 ) 的 比值 。 ( 4 ) 覆 盖 规格 尺 寸 的 工作 管 及 管 件 材 料 焊 接 工 艺 已评 定合 格 。 上述要求对压力管道元件典型产 品型式试验覆 盖范围的规格尺寸 的规定没有歧义， 但在相同保 温 结构、 材料等的理解上存在争议 。 3 1 对相同保温结构 的理解 按文献E 3 对直埋热力管道试件 的型式试验覆 盖范围的规定 ， 产品可 以覆盖与试件相同的保温结 构 。在实际操作 中， 对相同保温结构的理解有差异 。 直埋保温管道的保温层结构 、 材料形式众多 ， 种类繁 杂 。从滑动方式上有 内滑动 、 外滑动和 内外管与保 温 材 料 一 起 滑 动 3种 。从 结 构 上 分 单 层 、 两 层 、 多 层 、 复合层等 ， 空气层还分 内空气层 、 外空气层 ， 复杂 一 些 的外护 钢管 外还 有 聚氨酯 和玻 璃钢 。从 材料 上 分 ， 保温 材料 大类 就 有 无 机 、 有 机 之 分 ， 外 护 管 的材 料还 有 钢管 、 玻璃 钢管 和 聚 乙烯 ( P E ) 管 等 。怎 样 明 确相 同保温结构的概念 ， 难度较大。从 目前情况看 ， 许多厂家认为 内管+保温层 +外护管是直埋夹套管 的基 本结 构 ， 只要 对典 型产 品进 行 型式试 验合 格后 ， 就可 以覆 盖所 有产 品 。一些 厂家 在通 过 型式试 验取 得 生 产许 可后 ， 任 意 生产 各 种 类 型 的直 埋 热 力 管道 元 件 ， 甚 至生产 带真 空层 的直埋 热力 管道 ， 而真 空绝 热管 及 其 管 件是 另一 项 压 力 管道 元 件 制造 许 可 _ 】 ， 产 品型式试 验 的内容完 全不 同 ， 这点 特别 容易 混淆 。 笔者认 为 ， 应该 从影 响轴 向滑动 ( 如 内滑动 、 外 滑 动等 ) 和保 温材 料性 能 ( 如无 机 材 料 、 有 机 材料 、 复 合 材料等) 等主要因素确定相同保温结构的概念 ， 对于 滑动方式相同、 保温机理类似 的结构 ， 可以根据典型 产 品情况 ， 选择 一 种试 件 进行 型 式试 验 ， 覆 盖 同类 产 品。另外 ， 直埋 热水 管 道元 件 因结构 简 单 ， 内外 层 差 小 ， 保 温材料单 一 ， 轴 向变 形小 的原 因 ， 小 直径 热水 管 可以不做型式试 验 。对带 有真空绝 热层 的管 道元 件 ， 要 进行真空 绝热管 的型式试验 ， 取 得相应制 造许可 。 3 2 外护管的防腐层覆盖范围 直埋管道的防腐层型式试验主要是对防腐层性 能和抗冲击强度性能进行检查 ， 确定制造厂家的生 产工艺和产品质量 。防腐层的种类很 多， 绝缘性 能 及价格差异很大， 各种类 之间难 以相互覆盖 。例如 三布五油防腐层和多层聚乙烯( P E) 防腐层 ， 防腐机 理 、 性能和价格有本质区别 。有的型式试验机构采 取 在压 力管 道元 件型 式试 验报 告 和证 书上 标 明产 品 试件防腐层种类的方法 ， 来规避责任风险， 要求生产 厂家只能生产与试件防腐层相 同的产 品， 这样 的做 法 缺乏 法律 依据 ， 而且 有 失公 允 。 建议在文献 3 修订 时明确防腐层形式的覆 盖 范围 ， 使该规范更有操作性。 4 结 语 直埋保 温管道 自从 国外 引进 用于热力管道 以 来 ， 虽然法规标准逐渐增多， 型式试验工作也得到了 相 应 的发展 ， 但仍 然存 在 以下 问题 。 ( 1 ) 直埋热力管道是一项实用技术 ， 国内的基础 研究工作 比较薄弱， 型式试验技术 和发展与其所具 有的性能试验鉴定和行政许可的地位和作用不相适 应 。与发达国家相 比， 国内高校和科研机构很少对 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 张富胜 ， 等 ： 直埋热力管道 型式试验规 范标 准的讨 论 直埋 热力 管道 型式 试 验 进 行 系 统 研究 ， 标 准 法规 的 制定 缺乏 理论 基础 。 ( 2 ) 目前 压力 管 道 型 式试 验 的规 范 主要 包 括 涉 及安全质量的试验项 目、 产 品性能测试和设 计制造 资料 审查 等 内容 ， 对一 些试 验项 目、 试 验方 法 以及产 品性能测试标准规定较模糊或不明确 ， 造成 执行过 程中漏洞较多 。因此 ， 现行 型式试验规范标 准有待 完善 。这些规范标准的修订应该科学 、 实用， 更具操 作性。例如应明确重要 的试验项 目、 试验方法等具 体要求 ， 以适应实际工作需要 ， 使压力管道元件型式 试验真正发挥应有的作用。 参考文献 ： 1 T S G D 2 0 0 1 - 2 0 0 6 ， 压力管道元件制造许可规则 I s 2 C J T 2 0 0 -2 0 0 4 ，城镇供热预 制直埋蒸汽保 温管道 技 术条件 s 3 T S G D 7 0 0 2 - 2 0 0 6 ， 压力管道元件 型式试验规则 I s E 4 江苏省特种设备检验研究 院特种 设备型式试 验报告 ( S X S ( G) 一 0 7 0 9) R 南京 ：江苏省特 种设备 检验研 究院 ， 2 0 0 7 5 浙江省特种设备检验 中心压力 管道元件 型式 试验报 告 ( YS Y 2 0 0 7 0 0 8 2 ) R 杭 州 ：浙 江 省 特 检 中 心 ， 2 007 1- 6 谈丛熙供热管道无补偿直埋技术 的合理性 J 北京 节 能 ，2 0 0 0，6：3 1 3 2 7 E N 4 8 9