石油化工装置管道系统的压力试验

石油化工装置管道系统的压力试验沧州渤海石化工程有限公司 师洪斌摘要石油化工装置管道内的介质多为易燃、易爆和有毒性的物质。选择科学合理、安全适用的压力试验方法在炼化装置管道系统施工中起着至关重要的作用。关键词试验方法 试验介质 压力试验 1 前言石油化工装置管道内的介质多为易燃、易爆和有毒性的物质。为了确保石油化工装置安全、稳定生产，工艺管线安装过程中的压力试验是管线安装十分重要和不可或缺的一道重要工序，通过压力试验不仅可以考核压力管道在超设计压力状态下是否存在缺陷，还考核连接件的密封性和焊缝致密性。因此，选择科学合理、安全适用的压力试验方法在炼化装置管道系统施工中起着至关重要的作用。2 试压方法的选择管道试压方法有如下几种：1）设备与管道联合试验法；2）系统串联试验法；3）单条管线试验法选择何种试验方法，应根据工程规模大小、工期长短、管道管件和阀门的到货情况以及现场盲板拆装数量、管道特点等现场实际情况确定。如果现场管线较长、直径较大，可以选择单条管线试验法，例如2010年气分装置改造中部分管线使用的就是此方法，其缺点是效率低，但如果有漏点，处理起来相当方便；比较密集的工艺管道试压，为提高效率，可以采用串联试验法，如液化气质量升级项目，其管线近150条且相当密集串联起来试压缩短了很多时间，但其缺点是容易造成部分管线的局部超压。3 试压系统划分试压系统的划分是管道压力试验的关键，其划分的科学性和可行性直接影响压力试验的结果。3.1试压系统的划分原则：1）在同一操作单元内，按其工艺流程要求，根据设计压力将管道划分为低压、中压、高压和超高压管道试压系统，再根据其他因素如材质、管道介质、管道位置等进行详细划分。 2）当设计温度远大于试验温度（一般5C-30C）时，试压系统的划分要考虑温度对材料性能的影响。 3）工艺管道与公用管道尽量避免分在同一系统，每一系统所含管线尽量集中。 4）系统储能要适当，大管径管线系统要小，小管径管线系统可适当增大。 管道系统压力试验前建设、监理等有关部门要对相关资料进行审查确认，试压系统也要考虑工程资料的完整性要求。4压力试验介质的选取和分类管线压力试验介质一般分为两类：一类是气体，一类是液体。气体一般采用空气和氮气，液体一般采用洁净水。4.1 SH3501-2011 8.1.4条明确指出“管道系统的压力试验介质应以液体进行。液压试验确有困难时，经设计单位和建设单位同意，可用气压试验代替，但试验压力不宜大于1.6Mpa,管道系统内现场施工焊接接头已按规范要求无损检测合格，脆性材料管道组成件经液压试验合格，试压方案中有经施工单位技术总负责人批准的切实的安全措施。究其原因，主要有以下几点：1）气压试验比液压试验危险得多，在通常情况下采用液压试验来考察系统的强度，当确实不能用液压试验时，才允许做气压试验。气体的压缩系数比液体大得多，管道系统内增加多少倍大气压力，就相当于将多少倍相同体积的气体压缩成一个体积的大小。当爆炸时，被压缩的气体瞬间释放出大量能量，引发爆炸，进而造成人身伤亡和设备损坏。2）气压试验时，气体储能的大小和试验系统的容积、试验压力、气体种类有关。气体爆炸所产生的爆炸能量，相当于该气体绝热膨胀时对外所做的功。美国Kellogg公司气压数据表明，在做2.94MPa的气压试验时，气压试验积蓄的内能是水压试验内能的2380倍。因此，控制气压试验时管道的直径和压力，主要是控制管道试压系统的储能，以确保安全。3）脆性材料的失效模式是脆性破坏模式，即低应力脆断。脆性材料管道组成件在应力远远小于材料许用应力且没有宏观变形时可能发生爆炸，产生大量碎片，危害性极大，因此，脆性材料管道组成件要先经液压合格才能进行气压试验。4.2 除以上规定外，选择气压试验还是液压试验，还应遵循以下原则：1）新安装的压力管道，在满足材料强度及韧性的条件下，可以选择气压试验，否则，必须采用液压试验。2）在用压力管道运行一段时间后，可能会产生腐蚀、蠕变和疲劳现象，强度和韧性会发生不同程度的降低，所以对于在用压力管道，应首选液压试验。3）在以下情况下的新安装管道，应首选气压试验：a管道系统结构复杂，液压试验不能达到各部件的试验要求；b原设计只考虑气相载荷或壳体及内件不允许含有氯离子的介质；c由于工艺生产的原因，不允许管道系统内含水或因系统复杂不易把残留水分除掉；d工艺生产介质严禁含水，而管道系统结构复杂又不易把水除净；e冬季寒冷、水易结冰或因环境条件限制系统容积过大，供水困难；在实际施工中，具体采用水压试验还是气压试验，应根据工程特点综合考虑。像高纯气体管道、煤气管道、氧气管道等，不允许进行水压试验，其主要原因是管道内会有残余水；但如果现场能有有效措施将管内水吹干，也可用水压试验。5 试验压力的确定5.1管道系统的试验压力按设计文件规定执行；5.2设计未作规定时，按下列方式进行：1)液体压力试验的压力为设计压力的1.5倍；2)气体压力试验的试验压力为设计压力的1.15倍，且试验压力不宜大于1.6Mpa；3)承受外压的管道，液压试验压力为设计内外压差的1.5倍，且不应小于0.2Mpa；4)当管道系统的设计温度高于试验温度时，管道的试验压力按下式进行计算： Pt=KP01/2式中Pt试验压力，MPa； K系数，液体压力试验取1.5；气体压力试验取1.15； P0设计压力，MPa； 1试验温度下材料的许用应力，MPa； 2设计温度下材料的许用应力，MPa；当1/2大于6.5时，取6.5； 5.3对位差较大的管道，如塔的附属管线，应将试验介质的静压计入试验压力中。即试验压力以最高点的压力为准，但最低点的压力不得超过管道组成件的承受力。 5.4当管道与设备作为一个系统进行试验时，应征得建设/监理和设计单位同意。当管道的试验压力小于或等于设备试验压力时，按管道的试验压力进行试验；当管道系统的试验压力高于设备试验压力且设备无法隔离，设备的试验压力大于或等于管道试验压力的77%时，按设备试验压力进行。在实际工作中，温度修正系数很重要，但往往被人们忽略。作为炼化装置的运保单位，现场动改管线在施工完毕进行压力试验时，试验压力的选择要充分考虑修正系数1/2，尤其合金钢材质管道（1Cr5Mo、12Cr5Mo）的压力试验，因其工作温度在450C左右，若压力试验时未考虑，尽管常温压力试验合格，如在投用时会出现问题，将影响炼化装置的生产和安全。6 压力试验的安全措施安全性是压力试验成功的关键要素之一。为确保安全，应落实以下措施：1）编制的试压方案必须包含安全技术措施，并将方案报单位技术负责人批准后实施。2）依据系统管道图，对管道的完整性进行检查，试验机具检查合格后使用。3）冬季试压，要有防冻防凝措施，环境温度宜5C以上进行；4）试压区域要设置警戒线，危险部位要有明显标识，无关人员不得进入；5）如遇泄漏点，不得带压修理；检验泄漏点时，面部应避开泄露方向，以免试压介质喷出，伤及脸部。6）进行焊缝、连接部位的检查时，当检查液位计、玻璃试镜等危险部位时，检查完后立即离开，不允许长时间停留。7总结管道试压是对已完工艺管线的质量检验，要严格执行相应标准规范。在编制管道试压方案时要充分