大管道壓力試驗的問題分析及設(shè)計思考

王永磊

（中海油石化工程有限公司，山東青島 266100）

壓力管道在安裝完畢后、涂漆防腐前都要進行相關(guān)的壓力試驗，以保障焊接施工質(zhì)量以及整個系統(tǒng)的承壓性能。水壓試驗和氣壓試驗是最常用的試驗方式。由于壓縮氣體中存儲著巨大能量，氣壓試驗時如果有泄漏，在此能量的爆發(fā)性釋放過程中可能會引起嚴(yán)重的危險。所以，水壓試驗是現(xiàn)場常用的試壓方式。相對于小管徑、低壓管道，大口徑高壓管道試壓有以下特點：① 充水重量大，對承重支架要求嚴(yán)格；② 柔性不足，加倒盲板比較困難、施工方面也比較困難；③ 相連接的設(shè)備一般不與管線試壓，設(shè)置盲板較多。鑒于此，對大管道安裝試壓方面的設(shè)計，很有必要總結(jié)和探討一下。

筆者在施工現(xiàn)場工作近兩年的時間，參與了某煉廠氣分裝置大口徑管線安裝及試壓的全過程，參與了管道試壓的一系列討論和會議。本文根據(jù)現(xiàn)場的所見所聞所想，對大管道的安裝及試壓的特點、難度以及對策進行詳細地闡述。

1 丙烯塔底重沸器管線

1.1 存在問題

由于總圖專業(yè)在平面布置時，將氣分裝置的平面布置得比較緊湊，丙烯塔與重沸器之間的距離相對較小，加上進出口管線的管徑較大，給配管設(shè)計增加了難度，最終的三維配管模型圖如圖1 所示，現(xiàn)場施工過程中的圖片，如圖2 所示。

由于丙烯塔已在制造廠試壓完畢，考慮到現(xiàn)場也無試壓條件，不再參與試壓。所以，在試壓過程中，需要用盲板在法蘭處將丙烯塔與管線隔開，試驗包流程如圖3 所示。管線設(shè)計壓力為2.43 MPa，由于重沸器的進口φ1= 813 mm，出口φ2= 914 mm，管徑太大，加上中間的直管段太小，柔性不足，使用撬棍、葫蘆的方式，現(xiàn)場人力去添加盲板，無法實現(xiàn)，即使使用千斤頂、吊車，由于空間狹小，也無法實現(xiàn)。

查閱詳細設(shè)計階段的會議紀(jì)要，發(fā)現(xiàn)為便于安裝試壓盲板，在丙烯塔與丙烯塔重沸器的進出口管線與塔體管嘴處，共增設(shè)4 個墊環(huán)。但在90%模型審查時，業(yè)主認(rèn)為僅僅因為試壓試驗的原因，增加一處墊片，會增大后期泄漏的風(fēng)險，建議取消增設(shè)墊環(huán)，出圖時也就未作該方面的設(shè)計，從而導(dǎo)致管線試壓時的困難重重，施工也出現(xiàn)一段時間的停滯。

圖1 三維模型圖Fig.1 Model diagram of 3D

圖2 現(xiàn)場施工圖Fig.2 Picture of site construction

1.2 解決方案

對于該管線的試壓，業(yè)主、監(jiān)理、施工單位以及現(xiàn)場設(shè)計，經(jīng)過反復(fù)討論，提出以下兩個可行的方案：

（1）使用一些專門工具撬開法蘭，強制添加盲板。若能找到例如法蘭開口器之類的器具，則此種方案較好，施工簡單，不必增加額外的焊口。

（2）管線分兩段，用吊車將容易起吊的一段移出到地面處，不方便起吊的管線保持原位置不變，相應(yīng)增加支架。對兩段管線的兩端封堵，并單獨做水壓試驗，壓力試驗完畢以后，對對接焊口進行100%的射線和磁粉探傷，此處的對接焊口也就是我們常說的黃金口[1]。

最終，選擇用法蘭開口器將法蘭撬開合適的空間，成功將隔離盲板安裝到位，保證了后續(xù)壓力試驗的順利開展。

圖3 試壓包流程Fig.3 Process of pressure test package

2 管廊上的火炬總管

2.1 存在問題

煉廠氣分裝置的火炬總管口徑為DN 900，位于EL+10 000 層?？紤]到是氣相管道，設(shè)計人員給出的方案是做氣壓試驗，因為正常運行的氣相管道的重量與充水管道相差較大，水壓試驗時，充水的重量對管道的支架，甚至對整個框架都會有很大的沖擊。所以，在對其管架及承受荷載選型和設(shè)計時，也是按氣相管道進行。

但是，考慮到氣壓試驗的危險性，現(xiàn)場對管道的氣壓試驗有著嚴(yán)格的控制，除非對特殊的管道，現(xiàn)場一般不允許進行氣壓試驗。

2.2 解決方案

經(jīng)過現(xiàn)場業(yè)主監(jiān)理及總承包單位的商議，并經(jīng)過設(shè)計院的同意，決定在地面分段（分段數(shù)量盡量少），預(yù)制好以后，分段封堵并進行液壓試驗。試壓后，在地面將管道清理干凈，合格后再吊裝到EL+10 000層。最后在高處焊接黃金口，并對焊縫進行100%的射線探傷，并達到合格標(biāo)準(zhǔn)[2]。

考慮到不同框架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，分段試壓后的穿管難易程度也不一樣，所以，在現(xiàn)場試驗過程中，應(yīng)針對現(xiàn)場特點，靈活掌握試壓方法。對于鋼構(gòu)比較復(fù)雜的穿管工作，施工難度較大，例如催化裝置管廊上的火炬總線，這種情況下，只能整體試壓，選擇氣壓、水壓試驗或者其他替代方案。

3 存在高低點的管線

3.1 高點無放空口

圖4、5 中的附塔管線以及重沸器管程進口管線，施工圖設(shè)計時，最高點沒有放空點，無法安裝打壓用的壓力表和排放空氣，無法試壓。另外，管線里有較多的空氣，試驗時，升壓很慢，壓力也不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致試壓結(jié)果不準(zhǔn)確。

圖4 附塔管線高點放空Fig.4 Vent line of the tower line

圖5 重沸器高點放空Fig.5 Vent line of the reboiler

施工后期，現(xiàn)場進行了整改，將所有大管線的高點都設(shè)置了放空閥。有經(jīng)驗豐富的施工人員建議，可以用附塔管線頂部與塔連接的法蘭松開作為放空的設(shè)置，但這樣做存在一定的安全隱患，不推薦使 用。

3.2 低點無導(dǎo)淋

配管設(shè)計時，形成“液袋”的地方，管廊上主管的末端，都應(yīng)設(shè)置導(dǎo)淋。例如圖6 所示的低點沒有設(shè)置導(dǎo)淋，水壓試驗完畢后，水無法排除，只能通過拆卸部分螺栓，通過法蘭間的縫隙將水排出，操作不方便且不符合規(guī)范要求。

管廊上的大口徑火炬管線，一般都在末端加排凝閥，由于口徑大、管線長，水順著坡度排出大部分水后，會有一部分水滯留在管壁處。雖然水壓試驗之后，會有吹掃，但管道末端是死區(qū)，滯留的水會一直存在，無法排除。現(xiàn)場根據(jù)實際情況，在火炬管線的末端添加導(dǎo)淋閥，將閥門引到就近的平臺附近，方便操作，如圖7 所示。

圖6 管線低點無導(dǎo)淋Fig.6 No guide tube at the low point of the line

圖7 火炬線末端設(shè)置導(dǎo)淋Fig.7 Guide tube is arranged at the end of the torch line

4 設(shè)計啟發(fā)及對策

4.1 對于試壓過程中需要和設(shè)備隔開的大管線

（1）對于中低壓管道，應(yīng)從配管方面著手，增加部分直管段和彎頭數(shù)量，提高試壓管道的柔性，以便試壓時抽插盲板；

（2）對于高壓管道，一般管道和設(shè)備口焊接在一起，可以考慮與設(shè)備一起試壓，或增設(shè)黃金焊口。

（3）對于柔性不足的中低壓管道，也可考慮增添墊環(huán)的措施，方便試壓和檢修。

4.2 需要考慮設(shè)置黃金口的管線

除了上述所說的管線，設(shè)置黃金口以外，也有一些情況需要設(shè)計工程師了解并清楚黃金口的作用。

（1）改造項目

技改技措項目中，改造的管線與原有管線的碰口處，一般需要留有黃金口。碰頭前應(yīng)該完成新管線的試壓工作，然后在接口處的焊縫再做100%探傷檢驗。這樣做，一方面在施工質(zhì)量保障的前提下，減少了工作量；另一方面，如果新舊管線一起試壓，有些情況很難做到，比如停工時增加預(yù)留甩頭的項目，工期緊，若連通新舊管線一起試壓，會延誤工期；或者碰口處附近無閥門或盲板隔離點，若試壓，參加的管線系統(tǒng)會很復(fù)雜，試壓就不經(jīng)濟。

（2）裝置界區(qū)

施工過程中，在裝置與裝置界區(qū)，一般會留有很多的黃金焊口。這是因為不同的裝置中，施工隊不一樣，施工時間不一樣，就會導(dǎo)致管道的試壓時間不同。設(shè)計階段，考慮到施工誤差和試壓損耗，設(shè)計人應(yīng)在界區(qū)處多預(yù)留一段距離，方便施工人員在兩個裝置試壓完畢以后，將管線的黃金口進行對口焊接，并進行100%射線探傷，如圖8 所示。

圖8 黃金焊口的應(yīng)用Fig.8 Application of gold solder joint

（3）黃金焊口的控制

設(shè)置黃金焊口，不僅降低了試壓難度，而且方便了現(xiàn)場施工[3]。但并不是說，黃金焊口可以適用于任何情況，黃金焊口的使用，是一個“下下策”。對于一些可以在一個試壓包里做壓力試驗的管線，絕不能留有黃金口，必須保證每個焊縫都要做壓力試驗。在工程項目中，有些施工人員單純?yōu)榱耸┕みM度，把能參加試壓的管道也不試壓，使用RT 代替，是要嚴(yán)格禁止的。在現(xiàn)場試壓過程中，監(jiān)理工程師以及設(shè)計人員一定要嚴(yán)格控制黃金口的數(shù)量，保證施工質(zhì)量。在對黃金焊口確認(rèn)時，設(shè)計工程師要謹(jǐn)慎批準(zhǔn)。

4.3 統(tǒng)籌兼顧地去設(shè)計

設(shè)計人員在做大管線施工圖設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮管線施工過程、試壓以及試壓之后等工序的整個過程，將過程中預(yù)測可能出現(xiàn)的施工問題，盡量在設(shè)計階段提出，并找出合適的解決方案。

5 結(jié)束語

管道的壓力試驗，特別是一些高壓大管道的壓力試驗，是對管道整個系統(tǒng)的一次全面檢驗，也是以后石化裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行的可靠保障。所以，壓力試驗是施工過程中最重要的質(zhì)量控制節(jié)點之一，要做到管線不遺漏、壓力不偏低、時間要達標(biāo)。要完成以上工作，需要設(shè)計院和施工單位相互配合，結(jié)合試壓管線的特點、試驗難點以及現(xiàn)場實際情況，共同研究，找出最合適的試壓方案，才能提高試壓效率，減少現(xiàn)場窩工。

[1] 季文亮. 壓力管道安裝中無損探傷和液壓試驗的相互關(guān)系[J]. 化學(xué)工程與裝備. 2009， 38（10）：93-95.

[2] 張碩. 大型塔器及其氣相管道試壓方案的選擇[J]. 石油化工設(shè)計. 2015， 32（2）：48-50.

[3] 何小超， 程兆欣， 史海峰， 等. 黃金焊口在試壓中的應(yīng)用分析[J]. 2015， 56（2）：300-303.