北方大型化工装置水压试验探讨

周芳 曾纪龙姜波中国成达工程有限公司 成都 610041

北方大型化工装置水压试验探讨

周芳*曾纪龙姜波中国成达工程有限公司 成都 610041

结合某大型甲醇装置水压试验的实施情况，就试压方案和试压中出现的问题及解决办法进行了阐述，提出了一些设计和操作上的建议。

水压试验设计操作化工装置

1 问题的提出

现场水压试验是在装置设备和管线已完成安装，投料试车前开展的一项必须的工作。水压试验的实质是强度试验，目的是检验装置的安全性，查找施工过程中遗留的安全隐患。项目地处北方，因为进口设备到货周期长，甲醇合成塔到货延误，为满足进度需要，必须在冬季气温甚至－30℃的情况下进行水压试验。而对于北方大型化工装置，由于暂无相应的标准规范，也暂无可借鉴成熟的水压试验经验，如何开展水压试验工作是一个难题。

北方地区由于资源丰富，近年来在建或拟建的大型化工装置呈上升趋势，该项目是目前国内已投产的规模最大的甲醇装置，且为单系列串级流程操作。该装置最高设计压力为8.9MPa，水压试验最高压力为15.57MPa，管道尺寸从1″到42″不等，且大多数高压管道管径均在26″以上，部分管道的壁厚高达44mm。由此可见，大直径、高等级法兰的密封问题将是水压试验中最大的难题。

2 方案的实施

由于管道的水压试验压力为1.5倍的管道设计压力和试验温度与设计温度下许用应力比值的乘积，设备的水压试验压力为1.25倍的设备设计压力和试验温度与设计温度下许用应力比值的乘积，故一般不建议将设备与管线串起来进行水压，也不建议将不同压力等级的管线串起来进行水压，特别是对设计压力相差较大的管线和设备、管线与管线。针对该甲醇装置，由于出厂设备均在制造厂完成了水压，并通过相应配套程序完成了检验和验收，且制造厂已按照项目工程设计统一规定，将设备氮封后运输到现场。所以项目安装现场仅对管线和现场组装的设备进行水压。

2.1 水压试验方案

根据管线等级、用途、流程走向等，将本装置划分为125个试压包。每个试压包包内采用如下的封闭方式:对于DN350以下的管线采用管帽封闭的方式;对于大于等于DN350的管线采用现场制作的封头进行封闭的方式;水压后的最后一道封闭口，采用按与主管线相同的焊接工艺进行100%的射线探伤，按JB/T 4730－2005规定II级合格。系统封闭完成后，按QB－CNCEC J050702－2004系统水压试验工艺流程开展工作，具体为:连接试压泵及管线→系统灌水及放风→升压→检查→验收检查→填写记录。

2.2 冬季水压试验方案

进入12月份后，由于自然环境温度较低，按照GB 50235－1997要求进行水压试验时，环境温度不宜低于5℃，当低于5℃时应采取防冻措施。但规范上并未规定具体的防冻措施。为此，本项目进行了冬季水压试验方案的尝试和探索。

方案一:采用热水进行水压试验。实践证明:对于大管线，由于系统容量大，灌水和充压时间较长，且往往还要经历晚上灌水，而晚上平均气温明显低于白天十多度，这样系统还未进入保压阶段就出现部分结冰现象;对于小管线，虽然灌水时间较短，由于热容小，保压阶段也会出现结冻现象。

方案二:同样采用热水进行水压试验，所不同的是对水压包内的管线实施保温。实践证明，对于小管线，由于热容小，即使保温也同样会出现结冻现象。

方案三:采用乙二醇防冻剂，将其配成30%质量浓度的溶液。这样试压介质的冰点显著下降，在操作中完全可以避免管道被冻坏的现象。但试验介质的温度可能接近或低于某些管道材料的脆性转变温度。从安全角度出发，这是水压试验中严禁的。

方案四:根据上述方案的实施情况，经过多次方案讨论，并辅以理论传热计算，最终确定采用如下既满足相关规范又适合于多种工况的冬季试压方案:防冻剂+适当保温+蒸汽加热。具体操作:充分利用装置内的火炬分液罐，将采购的桶装乙二醇溶液注入火炬分液罐内，并将其配制成质量浓度为30%的乙二醇溶液，然后通过放在火炬分液罐旁边的约2m2的临时容器，对溶液进行加热，加热源为附近蒸汽管线上的低点导淋。对热容较小的DN300以下的管线进行保温，但在保压阶段需将焊缝和可能的泄漏点暴露出来;对热容较大的大管线，实践证明无需保温也可满足水压试验的规范要求，可节省部分冬季试压的材料和人工成本。

3 出现的问题及解决方法

(1)本水压试验充分暴露出了大规模装置的工程化问题。由于本装置为1800kt/a甲醇装置单系列操作，合成塔进口管线上设置的蝶阀高达36″，与管线的连接方式为法兰连接。合成塔出口管线上设置的插环/插板高达40″，与管线的连接方式也为法兰连接，其设计意图是在装置生产准备阶段，将插环倒成插板，与其余系统隔离开，可单独对合成塔进行化学清洗，而在装置停车检修时，能将合成塔隔离出来，以保护昂贵的铜基甲醇合成催化剂。在水压试验的实施过程中，发现这两处的密封最为困难，耗费了大量的时间、人力和物力。其中，为检验36″蝶阀处的法兰密封(600LB，RF)，重复过几次泄压、换改良加厚垫片和紧螺栓的操作;为检验40″插环/插板处的法兰密封(900LB，RF)，进行了多次试压探讨，第一次使用的是插环，当压力升至5.0MPa时，金属缠绕垫就被打散，经过分析，这与法兰组对的平整度有很大关系;第二次换成临时垫片，用游标卡尺严把法兰和垫片的平整度，结果在压力升至11MPa时，垫片处出现泄漏;第三次采用的是插板，并换上重新定货的加厚型改良垫片，在压力升至10MPa时，垫片处又出现泄漏，最后不得不在各方的认可下将该法兰割下来，用焊接短管的方式完成了水压试验。这样插环/插板处法兰的密封便没有在水压试验中得以验证。接下来的气密试验也证明40″的RF密封是很困难的，同时也说明采用锥子紧固螺栓的方式很难满足法兰组对的平整度要求。在条件许可的情况下，应尽量使用液压扳手。此外，也证实设置的40″插环/插板用于隔离合成塔的操作，在工程上是很难实现的，因实际操作中，要将插环倒成插板并紧固螺栓，至少需要一周的时间，这时空气早已漏进合成塔。对于小规模装置，可以使用八字盲板，但对于大型装置不但达不到预期的目的，反而会给生产带来麻烦，从水压到气密，到将来的生产，从插板倒成插环又将面临着又一次的密封不严的问题。可燃气体泄漏到装置区，不仅会造成原料的浪费，产生的安全隐患更是不堪设想。项目从试车到目前为止，还从未动过此插板/插环。专利商亦意识到了这点，在接下来的类似项目中，已经修改了设计，插板仅用于原始开车时合成塔做化学清洗隔离使用，清洗完后，拆除插板，采用短管焊接的方式连接管线，这样插板也可以薄些。

(2)进行蒸汽管线水压试验时，几次重复打压造成管壁多处结冰，同时水压造成加热炉入口蒸汽立管上的手动阀阀杆的阀腔中积水，致使该阀门冻裂，现场只有实施紧急采购预案来满足项目进度的需要。在类似北方装置中，还出现过由于初冬将换热器和管线连起来进行水压，水压完成后换热管中水未排净，第二年年初才发现大量换热管冻坏的情况。为满足试车进度，不得已采取了现场临时堵管的方式。这充分说明，一定要高度重视冬季试压后水的排净工作。对于无法排净的地方，尤其是具有特殊结构的阀门、U型管束等地方，最好辅以干燥空气吹扫的方式，否则后患无穷。

(3)仪表空气管线完成水压试验后，由于水未排净，准备送气时，发现整个管线因结冰严重堵塞，现场经长时间吹扫后才将管线疏通。仪表空气投用两个月后，在对甲醇装置内的仪表空气进行取样分析时，发现其水分含量仍然高达670ppm，而出空压站的仪表空气露点温度却为零下67℃。这充分说明，对于要求较高的仪表空气管线，即使用干燥空气进行长时间的吹扫，也不能完全排除管线中的水，这种状况对仪表的调试也具有极大风险。建议在北方项目中，对于特殊的仪表空气管线，一旦遇到冬季试压，仪表空气管线可不纳入压力管道管理，只进行气密试验即可。

本装置现已实现了满负荷运行，并顺利通过了性能考核。

4 建议

(1)最好避开冬季严寒季节进行水压试验。

(2)防冻剂+适当保温+蒸汽加热的冬季水压试验方案的应用是非常成功的，建议可以在其它北方项目中加以推广。

(3)水压试验完成后，一定要把液体完全排净，并最好辅以干燥空气进行吹干。

(4)对于北方项目，遇到冬季开展水压试验时，仪表空气管线可不纳入压力管道进行管理，只进行气密试验即可。

(5)装置中36″、600LB以上垫片在水压中均换成改良加厚型垫片，实践证明密封效果可以得到较大改善，建议可在其它项目中采用。

(6)大型装置的工程化问题，在设计时必须予以充分的考虑。

The test scheme，test problems and solutions are discussed based on the actual hydraulic test in the large methanol plant of Shenhua coal-toolefin project．Some suggestions on design and operation are put forward as well，which may be used for reference for northern China large chemical plants．

Discussion on Hydraulic Test in Large Northern China Chemical Plants

Zhou Fang，et al
(China Chengda Engineering Co.，Ltd．Chengdu 610041)

hydraulic testnorthern Chinadesignoperation large chemical plants

*周芳:工程师，全国注册化工工程师。2004年毕业于四川大学化学工程专业获硕士学位。主要从事天然气化工和煤化工工艺设计工作。电话:(028)65530912。

2011－08－02)