海洋石油平台管道敏感性泄漏试验标准的分析及应用

马志刚

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

压力管道试验是管道施工过程中必不可少的一道工序，其目的主要是验证管道的强度和严密性，防止生产过程中有毒易燃气体扩散到管道外，引起火灾爆炸或人身伤害。尤其是对于海上平台的油气管道，如果建造过程中管道试验工作质量不高，就很难保证管道的正常使用，从而会影响油田正常运行。

本文以海洋石油平台管道试验中的敏感性泄漏试验为研究对象，通过对管道试验相关的标准进行对比分析，在考虑海洋工程建设特殊性的情况下，综合梳理了敏感性泄漏试验的定义、分类、应用范围等问题。相信这些梳理，不但能提高海洋石油平台管道系统的工程质量，而且对海上平台管道系统试验程序的改进和完善有重要意义。

1 国内外管道试验的分类对比

由于海洋石油工业的特点，为了方便对外合作并与国际接轨，海上石油平台管道设计的基础标准为ASME B31.3《工艺管道》，该标准包括设计、材料、组件、建造安装、检验和试验等内容，是一部完整的综合性标准。其中ASME B31.3第345节中给出了6种管道系统的试验方法，如图1所示。

图1 ASME B31.3中要求的管道试验方法

TSG D001—2009《压力管道安全技术监察规程－工业管道》、GB/T 20801.5—2006《压力管道规范－工业管道》以及GB 50235—2010《工业金属管道工厂施工规范》等标准都把管道试验划分成耐压试验和泄漏试验，压力试验又细分为各种试验方法，见图2。

图2 国标中要求的管道试验方法[1-3]

国标上根据试验的目的性，将试验方法分为两大类：耐压试验及泄漏试验。泄漏试验相对耐压试验，其检测的泄漏灵敏度更高；而ASME B31.3中的敏感性泄漏试验相对其他泄漏试验检测的泄漏灵敏度更高。结合ASME B31.3和国内的标准来对比，ASME B31.3中的敏感性泄漏试验与国标中的泄漏试验虽然名称表述有部分差别，但通过分析，两者都是同类型的试验方法，相对于其他试验方法目的是为了更好地验证管道的严密性。

2 敏感性泄漏试验的定义

关于敏感性泄漏试验，通过对比ASME B31.3及国标中对于敏感性泄漏试验方法的描述，ASME B31.3中的描述较为具体。根据ASME B31.3标准，敏感性泄漏试验应该包括气泡检测－直接加压技术（按BPV规范第Ⅴ卷第10章中附录Ⅰ的直接加压方法）以及其他方法已被证明灵敏度不小于10-3std mL/s的其他方法[4]。

那么这里有个疑问，即气泡检测是否泄漏量也需要满足不小于10-3std mL/s，根据ASME B31.3标准委员会对于标准的解释：标准只对除了气泡检测以外的其他检测方法要求证明灵敏度不小于10-3std mL/s，这是标准委员会编制标准时的选择。表1列出了各种试验灵敏度。

表1 各试验方法的灵敏度 单位：std mL/s

3 标准中敏感性泄漏试验的应用范围

3.1 ASME B31.3标准的试验要求

ASME B31.3标准综合考虑了流体性质、操作条件、其他因素对管道系统进行了细分，对于不同流体工况，标准有针对性地区别对待。通过对标准中各流体工况的试验要求进行梳理，总结了标准中对于敏感性泄漏试验的适用范围，见表2。

表2 美标敏感性泄漏试验的适用范围

从表2可以看出，ASME B31.3标准中对于敏感性泄漏试验的要求主要出现在3个地方，分别是：常规流体工况和高温流体工况中的替代试验、M类流体工况、高纯度流体工况。

由于海洋石油平台的生产性质，基本不会存在高纯度流体工况，故本文分析的将其排除。

3.2 替代试验中的要求

根据标准，如果业主认为采用液压及气压都不太实际，可能会对管道本身产生损害或引起断裂危险，经业主同意，可以采用替代试验。替代试验主要包括对于焊缝的无损检验、系统的柔性分析以及对管道系统的敏感性泄漏试验。此时的敏感性泄漏试验应采取相对较低的试验压力。

采用替代试验，仅对管道焊缝有无损检验要求，对于管道母材没有针对性的检验要求。对于母材而言，即便系统进行了低压的敏感性泄漏试验，但无法达到压力试验对于母材的检验效果（制造厂的母材试压压力存在无法覆盖施工现场强度试验压力的情况），存在风险。

3.3 M类流体工况中的要求

根据标准，如果管道中流体有高毒性（流体工况为M类），即使在采取措施的情况下，微量泄漏都能对人产生不可逆的伤害；或者业主认为常规流体工况没有足够的严密性来保护人免于伤害，这种情况下，对管道进行敏感性泄漏试验就是标准的强制要求。

3.4 国标中的试验要求

根据 TSG D001—2009、GB/T 20801.5—2006以及GB 50235—2010，除了压力替代试验要求敏感性泄漏试验外，以上标准中同时提出：“输送极度危害、高度危害流体以及可燃流体的管道应当进行泄漏试验”[1-3]。除了极度危害、高度危害流体的要求与ASME B31.3中类似外，还有对于输送可燃流体管道的敏感性泄漏试验要求。

4 项目中敏感性泄漏试验的应用情况

4.1 项目的试验要求

根据以往国内外海洋石油平台项目统计分析，无论油田还是气田，流体工况大都为常规流体工况，业主都不直接定义为M类流体工况。因此根据标准，对常规流体工况的管道进行压力试验，特别是只做水压试验就已满足设计标准ASME B31.3的要求，没有强制要求进行敏感性泄漏试验。

但是ASME B31.3是压力管道进行安全设计及建造时所需要的工程设计要求，是基于安全的最低要求。在需要时，为了实现合理的管道安装质量，业主也应负责对规范提出补充要求，以保证所安装管道的安全性。因此即使流体是常规流体工况，在正常进行了压力试验的情况下，考虑到海上油气生产的危险性，在满足标准的前提下，业主也通常会增加额外的敏感性泄漏试验，一般在合同中约定。合同中约定时，需要明确试验的类别、试验压力以及试验的范围，以免在试验实施阶段产生争议。

4.2 敏感性泄漏试验的类别

目前常规油、气田的可燃流体系统一般要求采用气密试验（气泡泄漏检测），含硫化氢的气田采用氦氮试验。但具体采用哪种试验，需要看合同中的约定。

（1）气密试验（气泡泄漏检测）：气密试验通常采用空气或氮气作为试验介质，使用中性发泡剂进行泄漏检测。将系统加压到测试压力后，将要测试的法兰等部位涂上溶液。如果溶液开始起泡，则说明此处存在泄漏，需要维修。如果发现泄漏，则必须先对系统泄压，然后才能开始对系统进行任何维修。

与使用氮气（N2）相比，使用空气作为试验介质更具成本效益。但由于N2的惰性特性，氮气泄漏试验后保留在系统中的氮气可有效减少氧气含量，避免在引入油气等碳氢化合物时产生爆炸性混合物，使其成为油气管道系统试验更优选择。

（2） 氦氮试验（He/N2）：氦氮试验通常采用N2/He混合介质，使用质谱仪（针对He进行校准）来测量可量化的泄漏率。将系统加压到试验压力，并将法兰包裹在薄膜中。然后试验人员用He质谱仪刺穿包裹物，并通过检测到的He记录泄漏率。99%的N2与1%的He混合物提供了测量可量化泄漏率的能力。

两种方法各有利弊，He分子比空气分子（N2和O2）的尺寸小，可以通过高压系统中可能存在的微小泄漏点，有助于识别采用空气（N2和O2）难以发现的泄漏。使用N2/He混合物的主要缺点是成本高，但也可以有效减少氧气含量，避免在引入油气等碳氢化合物时产生爆炸性混合物。

4.3 试验压力

ASME B31.3标准对于气泡泄漏检测（气密试验）最低试验压力为不小于105 kPa（15 psi）或25%的设计压力中的较小值[4]，但并未提出最高试验压力限制。根据气泡检测所采用的ASME BPV规范第Ⅴ卷第10章，在标准正文中虽然针对所有泄漏试验提出试验压力不超过25%设计压力的要求，但前提是本章节或引用标准的章节没有特别规定。而在NB/T 47013中第8部分泄漏检测中规定：“除本部分附录或相关要求另有规定外，需进行压力泄漏检测的工件，最大检测压力不应超过设计压力的1.15倍”[3]。显然如上文所述，ASME B31.3标准已经对引用的气泡检测-直接加压这种试验方法特别规定了最小试验压力，如与气泡试验方法所在标准规定的试验压力有冲突，可优先采用ASME B31.3中的要求。

ASMEB31.3标准对于泄漏量不小于10-3stdmL/s的其他方法也没有做出试验压力规定。

考虑到气体介质试验的危险性，中海油集团公司规定设计压力大于0.6 MPa的管道原则上禁止使用气体介质进行试验，如确需高压力气体试验时，必须进行详细的风险分析，采取防护措施，试验方案必须得到上级主管部门的批准。

通常在实际项目中，对于气密试验（气泡泄漏检测）一般都规定以0.6 MPa为上限值。对于氦氮试验，如果业主合同中有更高的试验压力要求，应该执行更为严格的试验方案。

4.4 敏感性泄漏试验的实施地点

一般来说施工计划（施工延误或者海上安装窗口期等）可能导致在海上进行敏感性泄漏试验，但理想的情况是在陆地上进行试验。海上试验可能会对项目进度和计划产生重大影响。试验所需的设备、需要的甲板空间、在试验期间中止的工作、试验人员的生活需求都可能导致项目进度的延迟。因此，应该在出海前尽可能地提高施工场地泄漏试验的完成率。

4.5 敏感性泄漏试验的一些说明

根据ASME B31.3，对于敏感性泄漏试验，试验前管道接头（焊接接头、法兰接头、螺纹接头等）都不允许进行涂油漆以及保温。但是实际项目中的敏感性泄漏试验，都是业主额外提出的试验要求，而不是上文提到的标准中的强制性试验要求。实际项目中敏感性泄漏试验的检查重点为法兰、阀门填料函、螺纹等可拆卸部位[2]，考虑到工期与成本的问题，无需对于已经通过水压试验的焊接接头再要求裸露接头。

5 结束语

本文针对海洋石油平台工艺管道普遍进行的敏感性泄漏试验，系统梳理了试验的定义、各标准的要求、分类、应用范围等，不仅加深了对试验本身的理解，同时对海上平台管道系统试验程序的改进和完善有重要意义，进而有助于提高建设工程质量。