工业管道压力试验的替代、免除及实际应用

刘志华*

（上海市宝山区特种设备监督检验所）

0 引言

压力试验是工业管道安装、检验过程中的重要环节。在制订工业管道压力试验方案时，为了确保压力试验全过程的科学性、安全性及合理性，应对管道系统划分，试验介质、试验压力、温度系数的确定等关键环节进行综合考虑。应严格按照压力试验方案对管道进行试压，及时解决试验过程中发现的问题，从而保证工业管道施工质量，为装置长效、安全、稳定运行提供保障。

管道安装过程中需要进行宏观检查，焊接接头无损检测及热处理后硬度检查等，在初次运行前，为了验证管道的强度和密封性能，还需对每个管道系统进行压力试验。通常情况下，压力试验采用液压试验或者按照设计文件规定进行气压试验。若管道实际施工情况无法满足液压试验的条件，征得原设计单位同意后，可按照相关规定采用气压试验或者液压-气压试验来代替。但当业主和设计单位认为所有的压力试验方法都不切实际时，征得原设计单位同意后，可按相关规定采用免除压力试验的办法。

1 压力试验替代或免除的相关规定

压力管道安装过程中一般采用液体试验或气体试验，常用的试验介质为水或空气。特殊条件下可采用压力试验替代或免除。

1.1 压力试验的替代条件

根据GB/T 20801.5—2020《压力管道规范 工业管道 第5部分：检验与试验》[1]标准的相关规定：如果液压试验中存在管道结构损伤，生产过程被污染和管道低温脆断情况，同时气压试验会导致危险后果时，可采用规定的免除试验办法。

在实际施工过程中如果遇到以上情况，需要征得业主及设计单位同意后，方可考虑免除（或替代）压力试验。

1.2 压力试验免除的条件

根据GB/T 20801.5—2020标准中关于压力试验的免除规定，管道系统必须同时满足以下条件：

（1）提高焊缝检测比例，即所有重要的焊接接头（包括环向、纵向以及螺旋焊焊缝等）均应进行100%射线或者超声波检测，其他焊接接头（如结构的连接焊焊缝等）应进行渗透检测或磁粉检测；

（2）管道柔性分析结果合格；

（3）进行敏感性泄漏试验。

以上规定与TSG D0001—2009 《压力管道安全技术监察规程 工业管道》[2]第九十二条“现场条件不允许使用液体或者气体进行耐压试验的管道，在征得设计单位同意后，可以采取替代试验”的要求类似。

2 敏感性泄漏试验方法

管道系统进行敏感性泄漏试验时通常采用敏感气体或浸入液体等方法。

2.1 敏感气体方法

敏感气体是与指定对象作用时产生显著变化（包括现象、动作、行为、物理性质等）的气体。如甲烷会使瓦斯报警器产生信号突变，甲烷对瓦斯报警器来说就是敏感气体。通常管道系统敏感性泄漏试验使用的敏感气体包括惰性气体、氨气等；综合考虑安全性、经济性及现场条件等因素，管道系统敏感性泄漏试验常用的敏感气体为氦气。

2.1.1 氦质谱检漏法原理

采用氦气作为敏感气体时，需要配备专门用于检漏的氦质谱检漏仪，其具有性能稳定、灵敏度高等特点，是目前应用较为广泛的检漏仪器。氦质谱检漏法的工作原理是利用仪器对氦气分压力进行测量，完成对工件的检测工作。试验时在管道中充入氦气，若被检管道连接处存在缺陷而泄漏，氦气作为示踪气体，就会穿过缺陷进入被检外表面附近的大气环境中。将吸枪放置在管道连接处附近，吸枪可将被检外的气体吸入检测腔，通过氦质谱检漏仪的选择性识别功能，检测出气体中氦气浓度的增量，获得被检产品泄漏测量值，并确定泄漏的位置。

2.1.2 敏感性泄漏试验要求

（1）进行敏感性泄漏试验时，所有铸件和工厂制造的焊缝（但不包括100%超声检测的焊缝）都必须接受检查。除了此前已经做过敏感性泄漏试验的焊缝，都不得施加保温层和漆层，预先涂漆的管道组成件焊缝上的漆层应去除。

（2）业主指定的每条管道应满足试验顺序、清洗和干燥等相关要求，并批准泄漏试验类型、试验程序和操作工资质。敏感性泄漏试验应采用能生成具有附着力、稳定而持久薄膜的起泡溶液或显色剂作为敏感性泄漏试验的试液，试验压力为25%设计压力或大于等于105 kPa，取两者中的较小者。具体实施步骤如下：

a） 将管道加压到170 kPa或一半的试验压力值（取二者的较小值），再进行泄漏预检，若存在泄漏则应立即修理；

b）以每步增加25%试验压力或170 kPa（取二者的较大值）逐步升压。每次升压后保压1 min，重复进行泄漏检查和修理，直至管内压力达到试验压力。此时，对各点进行最终检查；

c）起泡液或显色剂应涂刷在焊缝、螺纹和法兰等管道连接件的接头处。起泡液中应尽量避免产生原生气泡。

如果敏感性泄漏试验为空气泄漏试验，试验压力应取设计压力，其他试验要求与气压试验相同。已进行气压试验的管道可免做泄漏试验，也可在试车时进行试验。试验时应采用发泡剂检查阀门填料函、法兰等易泄漏部位，不泄漏为合格。

2.2 管道浸入液体的方法

管道浸入液体的方法是在管道中充入加压气体，当管内压力达到试验压力时，将管道试验部位的外表面用起泡溶液形成一层不破的薄膜或者浸入液体的方法，使泄漏气体通过液体时形成气泡，从而检出被加压部件的泄漏部位。管道浸入液体的方法常为直接加压气泡法。

直接加压气泡泄漏试验具有5个重要变素和4个非重要变素[3]，详见表1。

表1 影响直接加压气泡泄漏试验的重要变素和非重要变素

（1）加压气体

除非另有规定，试验气体通常是空气，但也可采用惰性气体。当采用惰性气体时，应考虑缺氧情况下的安全问题。

（2）起泡溶液

a）形成气泡的溶液应在被试验的部位形成一层不破的薄膜，而且所形成的气泡不会因空气的干燥作用或表面张力过低而迅速破裂。同时，家庭用肥皂或洗涤剂不能用来代替气泡试验的溶液。

b）形成气泡的溶液应能适应试验条件的温度。

（3）浸泡池

a）浸泡池应采用水或者其他适当的溶液。

b）浸泡池应能满足试验条件的温度。

（4）浸泡时间

在检验前，应至少保持压力15 min。

（5）表面温度

需检验零件的表面温度在检验全过程中应不低于4 ℃也不高于52 ℃，只要检验时的温度能保持在4～52 ℃范围内，允许局部加热或冷却。当实际情况不能符合上述温度范围时，如果能验证其他温度的效果，也可采用其他温度。

（6）试验过程中的注意点

a）施加溶液时应将起泡溶液施加到被试验样本的表面，可以采用流布、喷射或涂刷等方法施加在检验区域。应尽量减少溶液由于施加不当所产生的气泡数量，以免掩蔽泄漏引起的气泡。

b）将试样浸入溶池时需关注的区域应置于液池的表面下，并应处于易于观察的位置。

c）当进行试验时，照明和目视器材应按规定要求使用。

d）当材料表面上有连续的气泡出现时，就表示被检验区域中有穿透针孔泄漏。

e）在试验后，为了确保产品的使用性能，应进行表面清洗。

f） 当观察到样本产生泄漏时，应标出泄漏的位置，然后将部件泄压后按要求返修泄漏处，所有经返修的区域，均应重新试验。

4 敏感气体压力试验的免除实际应用

某发电有限公司1号机组增加外置式蒸冷器改造项目中，给水管道按照原设计安装后需进行水压试验。管道设计参数为：管道规格为457 mm×55 mm，材料为15NiCuMoNb5-6-4，设计压力为39 MPa，设计温度为298 ℃，保温层厚度为150 mm。实际施工时发现，管道进行水压试验的难度较大，且会影响工期。因此，业主、设计单位和施工单位召开了专题会议，经讨论，业主和设计单位同意管道水压试验采用压力试验免除的办法。设计单位对该项目的给水管道水压试验方案进行了修改及说明。

施工单位根据GB/T 20801.5—2020标准第9.1.7条规定，对该给水管道上所有环向焊接接头实施进行100%超声波检测，对除环向焊接接头以外的焊接接头进行了渗透检测和磁粉检测。

设计单位按GB/T 20801.3—2020标准第7章的有关规定，采用CAESAR II软件对管道进行了柔性分析，并出具了柔性分析计算书。柔性分析计算书包括以下内容：管道设计相关数据、管道轴测图、管道应力计算输入数据、管道应力计算工况设置、管道应力计算约束反力和位移以及管道应力计算结果。经计算，管道在冷热态情况下的最大应力值未超过最大允许应力，柔性分析结果为合格。

施工单位根据设计单位给出的水管道水压试验方案修改说明，编制了敏感性泄漏试验方案，试验时先封堵给水管道管口，按设计要求使用氦气进行敏感气体泄漏性试验，实际试验压力为110 kPa（满足设计压力不小于105 kPa的要求），在试验过程中先将试验压力逐渐增加至53 kPa，进行初检未发现泄漏，再分级逐渐增加至试验压力105 kPa，考虑平衡管道的应变，每级保压时间为20 min，试验过程过程中用氦质谱检漏仪吸枪法进行检漏，整个过程中未发现泄漏，试验结果为合格。

5 结论

压力试验是验证工业管道安装质量的关键环节，在实际施工过程中要充分考虑现场实施的可行性，结合法规、标准中的相关规定，选择合适的压力试验替代或免除办法。同时，施工单位要征求使用单位和设计单位的意见，严格按法规、标准中的要求来制定压力试验免除方案。

压力试验免除必须通过采取提高无损检测比例、管道系统需经过柔性分析以及管道系统用敏感气体或浸入液体的方法进行敏感气体泄漏性试验这三个措施来保障。

管道系统敏感性泄漏试验通常使用敏感气体或浸入液体的方法，敏感气体方法中运用较多的是氦质谱仪检漏法。