长输管道空气试压应重视的几个问题
夏锋社
1 前 言
管道试压是长输管道施工中极其重要的质量检查项目之一。管道试压分为强度试压和严密性试压，且严密性试压必须在强度试压合格后进行。强度试压是指在超工作压力的条件下进行的工艺性液压（或气压）试验，是一种验证性的综合检验，其目的是为了检查管道在超工作压力下的宏观强度、焊缝的致密可靠程度及密封结构的紧密程度，是检验管道的静压强度的。而严密性试压是指在设计压力的条件下进行的密封性试验，旨在检查焊缝和连接处有无泄漏。鉴于此，目前长输管道施工普遍遵循的GB50251《输气管道工程设计规范》及SY0401－98《输油输气管道线路工程施工及验收规范》对管道试压都有规定。
管道试压既可以采用洁净水试压，也可以采用空气试压。采用洁净水试压时，首先必须考虑水源（在干旱、半干旱等常年缺水地区尤为重要），其次要考虑因管道自然高差引起的静压的影响，还要考虑排水问题及排水后管道的干燥问题。因此，针对长输管道的特点，在工程实际中，常常优先考虑空气试压，除非设计和规范有明确要求时才采用洁净水试压。笔者在对某输气管道空气试压进行现场监检时，发现了一些带有普遍性的问题，应引起重视。
2 SY0401－98规范对管道空气试压的规定
SY0401－98规范对位于一、二级地区的管段除明确规定了试验介质、试验压力、试验过程、稳压时间及安全注意事项外，还对试验用的测试仪表做了专门规定：“试验用的压力表应经过校验，并应在有效期内。压力表精度应不低于1.5级，量程为被测最大压力的1.5～2倍，表盘直径不应小于150mm，最小刻度应能显示0.05MPa。试压时的压力表应不少于2块，分别安装在试压管段的两端。稳压时间应在管段两端压力平衡后开始计算。试压管段两端应各安装1只温度计，且避免阳光直射，温度计的最小刻度应小于或等于1℃。”试压合格标准是“强度试压以管道不破裂、无渗漏为合格，严密性试压以压降不大于1％试验压力值为合格”。
3 压降的计算
根据分子运动论可知：定容状态下的气体运动变量的变化取决于单位时间内气体量的多少，也就是说，管道内气体的压力与外界压力（大气压）的差值是气体向外泄漏的内因，而且，气体本身还具备扩散和渗透的物理特性。
管道试压时，在稳压过程中，以下几个因素可引起表压的变化：
（1）发生在焊缝、母材、试验工装的阀门和连接接头处的泄漏，使表压降低。
（2）介质温度降低，使表压降低；介质温度升高，使表压升高。
另外，实际存在着泄漏而未发现，但由于介质温度升高的影响大于泄漏的影响，也可使表压升高。因此，确定空气试压的结果时，首先要确认是否存在泄漏，在确认无泄漏的情况下，再确认压降是否符合要求。当稳压开始和终了时管内气体的温度不同时，压降应考虑温度的影响。管道空气试压时的压降可按下式计算：
式中：ΔP为压降值，MPa；Ps，Pz为稳压开始及终了时管内气体的绝对压力，MPa；Ts，Tz为稳压开始及终了时管内气体的绝对温度，K；Ps，Pz，Ts，Tz各值均指全线各测点平均值。
若压降超过允许压降值时，应设法找到漏气点并将其消除，然后重新试压直到合格为止。
4 应重视的几个问题(www.xing528.com)
由于管道严密性试压在强度试压合格后进行，严密性试验时间较长，在设计压力下稳压24h，以观察压降为主，压降不超过允许的压降值为合格。以严密性试验压力6.4MPa，允许压降为试验压力的1％为例，严密性试压允许的压降值为0.064MPa，允许值是很低的。从压降的计算公式可看出，压降是通过对试压气体测量的温度和压力数值进行计算后获得，计算数值的精确与否，直接决定于试验温度及压力数值的测量精度，稍有疏忽，就会影响到压降值的准确性，从而影响到试压的有效性。因此，为了求出稳压期间压降的真实数值，在空气试压时，一定要严格按照SY0401－98标准的规定，并结合试验实际情况，配置精度和数量符合要求的压力、温度测量仪器。但笔者在管道安装监检时，发现在管道空气试压时存在着一些问题，这些问题应引起管道施工和监理单位的重视。
（1）压力表精度不够。大多数施工单位试压采用的压力表，量程为0～16MPa，表盘直径150mm，精度等级1.5级。这种压力表的量程（对强度试验压力为8.0MPa，严密性试验压力为6.4MPa而言）、表盘直径符合要求，精度等级虽然不低于1.5级，但每格示值为0.2 MPa，不符合“最小刻度应能显示0.05MPa”的规定。由于最小刻度值过大，压力表指针发生偏移后，不能较精确地读出压力示值，从而产生了压力测量的误差。因此，选用压力表时，不但要注意量程、表盘直径的要求，更要注意精度等级和最小刻度值的要求。SY0401－98标准规定的“压力表精度应不低于1.5级”与“最小刻度应能显示0.05MPa”是压力表精度同时满足的两个条件。
（2）未配备气压表。从压降的计算公式可看出，首先必须知道稳压开始及终了时管内气体的绝对压力，而绝对压力必须通过当时当地的大气压与当时的表压数值相加后获得。经了解，所有的施工单位均未配备气压表。由于未配备气压表，也就无法确切地知道当地当时的大气压，而他们通常的做法是：将表压数值加上0.1MPa后的数值作为绝对压力数值。
事实上，由于长输管道距离长，跨地域多，沿线各地的气象情况不尽相同。以笔者监检的该输气管道为例，沿线共有6个地区，各地区年平均大气压如表1所示：
表1
由上表可看出，各地年平均大气压差别较大。
除此之外，管道分段试压时，两端所在地的高差有可能较大，一端在山上，一端在川地；两端所在地在稳压开始及终了时的气象差别也可能较大，同一时间，一端所在地下着小雨，而另一端所在地晴间多云。
基于以上分析，管道空气试压时，不能简单地采用“将表压数值加上0.1MPa后的数值作为绝对压力数值”来计算压降，而应该使用气压表实时实地测量大气压，用测量得的数值进行计算，以避免因大气压数值不准确而产生的误差。
（3）温度计选用不当。温度计接口分无保护套管和带保护套管两类。当有保护套管时，为减少在套管上的热损失，应将保护套管尽量深入。监检中发现，部分施工单位使用液体膨胀式的红液或水银温度计，由于温度计插入较深，读数时必须先将温度计抽出。当管内气体温度高出外界气温许多时，使温度计抽出后的示值很快下降，不易观察到管内气体实际温度值。因此，为了准确读出管内气体温度值，避免产生读数误差，应采用便于读数的每格示值为1℃带刻度表盘的温度计，如双金属温度计（固体膨胀式）。
（4）试压工装的对接焊缝未进行探伤。SY0401－98标准第9.4.3条规定：“试压装置，包括管道和阀门应经过试压检验后方能使用。现场开孔和焊接应符合压力容器制造、安装有关标准的规定。”管道试压用工装壳体由管段和椭圆封头焊接而成。但各施工单位认为仅仅为了试压，焊接时采用与线路焊接相同的焊接工艺即可，对工装封头环焊缝、工装与管道环焊缝不必进行射线或超声波探伤检查。笔者认为，在管道进行试压特别是空气试压前，对该焊缝必须进行射线或超声波探伤检查，且其合格级别与线路焊缝的要求相同。其原因有三：第一，线路对接焊缝在试压前已进行了100％的超声波探伤和（或）一定比例的射线探伤检查，同比要求，该焊缝也应进行射线或超声波探伤检查，以保证焊缝在试验压力下有足够的强度；第二，工装采用的封头，其材质难免与管段材质有所不同，为保证封头环焊缝质量，除按新工艺进行焊接外，该焊缝也应进行射线或超声波探伤检查；第三，由于气压试验比水压试验危险性大得多，且管道试压的两端有试压人员值班检查，为确保试压人员的安全，按照《压力容器安全技术监察规程》第85条规定，采用气压试验时，对接焊缝必须进行100％的射线或超声波探伤，因此，该焊缝也应进行射线或超声波探伤检查。另外，对接管与壳体角焊缝，接头必须是全焊透结构，必要时对角焊缝须进行表面探伤。
5 结语
由于长输管道空气试压允许的压降值很小，实际压降值是通过对测得的压力、温度数值进行一系列计算后获得。因此，在空气试压时，要严格按照有关标准的规定，并结合试验实际情况，配置精度和数量符合要求的压力表、气压表和温度计，认真按时做好压力、温度示值的记录和压降值的计算，以保证试压的有效性，达到对管道焊接质量和强度最终验证的目的。为保证气压试验的安全进行，应按照压力容器的有关要求对试压工装及其与管道的对接焊缝进行100％的射线或超声波探伤检查。
［1］中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50251—2003输气管道工程设计规范.北京：中国计划出版社，2003
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