气压试验的安全性分析

2022-05-19

气压试验开始前要划分试压系统、编制试压方案，在方案审批完成后开始各项准备工作，包括：气源准备，空压机、集管、盲板、压力表、安全阀等设备材料准备，开展人员培训和安全技术交底，并做好试压时间安排和试压区域的安全隔离。

气压试验时应避免因材料的脆性断裂而带来的安全风险，同时应对参与试压的管道系统储能进行计算，从而计算出安全距离，试压开始前应按计算值进行安全隔离。

3.1　试验温度

气压试验时要考虑到压缩气体中储存能量的释放风险，因此要最大限度减少试压时材料脆性断裂的风险。ASME B31.3－2016 认为试验温度是重要的，设计在材料选择时必须考虑到试验温度［4］。SH 3501 规定了试验温度应高于相应金属材料的无延性转变温度。ASME PCC－2－2015 规定了为避免试压时造成材料脆性断裂，试验时金属温度应至少维持在最低设计金属温度（MDMT）以上17℃［5］。最低设计金属温度从材料厂家的试验数据中获得，无法从规范标准中查获。ASME B31.3 －2016 标准中规定有材料使用温度下限值，即设计最低温度（Design Minimum Temperature）。GB／ T 20801.2－2006《压力管道规范工业管道》也规定了不同材料的最低使用温度，以碳钢为例，其免除冲击试验的最低使用温度如图1 所示。

图1 中曲线A 代表的材质有Q235A、Q235B、16Mng 等；曲线B 代表的材质有20 号钢、Q345、16Mn、16MnR 等［6］。GB 150.4－2011《压力容器》规定了低温容器液压试验时液体的温度不低于冲击试验温度加20℃［7］。目前国内与管道有关标准规范中仅规定了压力试压时要避免材料的脆性断裂（或非延性断裂）风险，试验温度应高于材料的无延性转变温度，但没有就压力试验时的温度进行统一规定。

综上所述，笔者认为气压试验温度可考虑为不低于材料最低使用温度加20 ℃，不同材料的最低使用温度可以从设计标准方便查得。查询图1 可知，以12 mm 厚20 号碳钢为例，试验温度应不低于0℃，10 mm 厚Q235B 的试验温度不低于10 ℃。管道材料及焊缝金属有冲击试验数据的，试验温度应不低于冲击试验温度（取高值）加20 ℃。采用国外材料的，可按ASME B31.3－2016 的规定查询材料的最低设计温度，在此基础上加20 ℃得到气压试验温度下限值，试验温度应高于该温度值。

3.2　试压系统的储能计算

在管道和仪表流程（P＆ID）图上标注试压系统的范围，标明系统编号、管线号、压力表位置、安全阀位置、临时盲板加装位置及编号、打压点、放空点等信息。当使用空气作为试验介质时可按下列公式计算试压系统的储能［5E：

E ＝2.5patV［1－（pa ／ pat）0.286］

式中：E———系统储能，J；

pat———绝对压力，Pa；

V———试验压力下系统容积，m3；

pa———绝对大气压，pa ＝101 325 Pa。

换算成TNT 当量（kg），即TNT＝E ／4 266 920。

3.3　安全距离计算

进行气压试验时，人员距离试压设备或管道的最小距离，即安全距离R 的选取与系统储能E 有关［5］，一般：

E≤135.5 MJ　　　　　　Rmin ＝30 m

E ＝135.5～271.0 MJ Rmin ＝60 m

E＞271.0 MJ R ＝Rs（2TNT）1／ 3

其中，Rs为安全系数，在计算安全距离时一般取Rs ＝20。当E≤271.0 MJ，按R ＝Rs（2TNT）1／ 3计算出来的安全距离大于最小限值时，按计算值作为安全距离进行现场隔离。

若Rs ＝20 时计算的安全距离，在现场隔离无法做到时，可以选择表1 中的安全系数替代值重新计算安全距离，但按这个安全距离对人员进行现场隔离时，可能造成的人身伤害或结构破坏的风险会增加。因此，当系统储能E＞271 MJ 时，为降低试压时的安全风险，应考虑将试压系统分解成较小的系统进行试验。

3.4　试验压力

气压试验的压力为设计压力的1.15 倍。试验前使用空气进行预试验，试验压力宜为0.2 MPa。GB 50235－2010《工业金属管道工程施工规范》规定了输送极度和高度危害介质及可燃介质的管道应进行泄露性试验，试验介质宜采用空气，泄露性试压的压力为设计压力。ASME B31.3－2016 规定了气压试验压力应不低于设计压力的1.1 倍；泄露性试验（Sensitive Leak Test）压力不低于105 kPa 或25％设计压力（取小值）。

3.5　安全泄压装置

气压试验有超压能量释放的风险，试验时应安装超压泄放装置，GB 50235－2010 规定设定压力不高于试验压力的1.1 倍。ASME B31.3－2016 规定了设定压力不高于试验压力加10％试验压力或345kPa，两者不一致时取较小值，该规定与TSG－D 0001－2009《压力管道安全技术监察规程》的一致。

3.6　焊缝检测

试压用的临时法兰盖和盲板的厚度应经过计算，盲板应进行编号，在试压流程图上标注位置。需要焊接封闭时应选用管帽或封头；当采用内置焊接平盖时，管径应不大于400 mm，试验压力应不大于2.5 MPa［8］，且采用V 型焊口加角焊缝设计结构，焊缝需通过100％ VT（目视检测）＋100％ NDT（无损检测）检测合格。