压力管道液压试验取值探讨.pdf

C 耻 MI C AL E NG I N E E R I NG D E S I GN 化 工设计 2 0 1 5 ， 2 5 I 压力 管道液压试 验取值探讨 郝伟 李玉国东华工程科技股份有限公司合肥2 3 2 4 摘要 介绍液压试验取值的计算原则，结合国内现行标准对压力管道液压试验合理取值提出建议， 指出液压 试验的合理取值是装置安全运行的重要保障，并对工程投资有较大影响。 关键词 压力管道液压试验精细化设计节约投资 压力管道是指 利用一定 的压力 ，输送气 体或 者液体 的管状设 备 ，其范 围规定 为最高工作压力 大于或 者等 于 0 ． 1 MP a 表 压 的气 体、液 化气 体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、 最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质 ， 且公称直径大于 2 5 m m的管道 ⋯ 。 管道压力试验 能够检测管道 系统 的强度 和严 密性 ，可以降低或 消除某些部 位 的峰 值应力 ，且 短时超压能钝化裂纹 ，使其产 生闭合效应。在试 验过程中，通过 观察 管道 有无 明显 变形 或破裂 ， 来验证其是 否具有设计压力下安全 运行所必需的 承压能力 。同时 ，通过 观察焊缝 、法兰 等连 接处 有无渗漏，来检验管道系统的严密性。因此，管 道安装完毕 、热处理 和无 损检测合格 后 ，应进行 压力试验。压力试验 的方 法及压力试验值应按照 设计文件执行。通常压力试验应 以液体为试验介 质 ，当管道的设计压力小于或等于 0 ． 6 MP a时 ，也 可采用气体为试验介质，但应采取有效的安全措 施 J 。本文仅针对液压试验取值进行探讨。 1 液压试验值的确定 在 工业金属管道设计规范 、 工业金属管 道工程施工规范和 工业金属管道工程施工质 量验收规范 中均要 求 当管道 的设计温度高 于试 验温度时，液压试验应符合以下规定 。 液压试验计算公式 P 1 ． 5 P[ ] ／ [ ] 1 ％ 9 E j ， 2 C C 。 C 2 3 由公式 2 可以获得液压试验下的直管名义 厚度 ，即 ≥ c ㈩ 式中，P 为试验压力 ，MP a ；P为设计压力 ，M P a ； [ ] 为试验温度下管材的许用应力，M P a ； [ ] ’ 为设计温度下管材的许用应力 ，MP a ；盯 为试验条 件下管材的圆周应力 ，MP a ；D。 为管道外径 ，m m； t 为直管名义厚度 ，n u n ；C为所有厚度 附加量之 和，i n l n ；C 为厚度减薄 附加量 ，包括加工、开槽 和螺纹深度及材料厚度负偏差 ，mm；C 为腐蚀或 磨蚀附加量，t 砌 ；Ei 为焊接接头系数 ；叮。 为材料 标准常温屈服点 ，MP a 。 当试验温度下管材的许用应力与设计温度下 管材的许用应力的比值 [ 仃 ] ／[ ] 大于 6 ． 5时， 应取 6 ． 5 。 应校核管道 在试验压力条件下 的应力 ，当试 验压力在试验温度下产生超过屈服强度的应力时 ， 应将试验压力降至不超过屈服强度时的最大压力 。 但是，在以上标准中并没有对法兰最大允许 试验压 力 有 所 限 制。然 而 ，国 内现 行 法 兰 标 准 钢制管法兰、垫片、紧固件与 石油化工钢制 管法兰 中均要求管法兰原则上不进行单个法兰 的水压试验。当法兰安装到管道 或设备上后 ，其 水压试验 压力应不大于法 兰标准规范 中规 定的常 温最高允许工作压力的1 ． 5 倍。因此，建议在满足 以上要求 的 同时，考虑 法 兰最大允 许试 验压 力 ， 以满足管道系统法兰密封性能的要求。 郝伟助理工程师。2 0 1 2年毕业于北京化工大学化工过程机械专业获硕士学位。从事工程设计工作。联系电话 0 5 5 1 6 3 6 9 6 81 2， E ma i 1 h a o we i c h i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郝伟等压力管道液压试验取值探讨 3 1 2 液压试验取值对装置安全性及经济性的 影 响 2 ． 1 现行设计模式下存在的问题 在现行设计 模式下 ，压力 试验值 由管道布 置 专业在相应成品文件中进行说明，而管道壁厚由 管道机械专业进行计算 ，但最终 壁厚 由管道材料 专业确定 。在 此设计过 程 中，如果管道 材料专业 不考虑压力试 验下 的最小壁厚 ，同时在压力试验 取值时 ，管道布置专业也没有校核内压 圆周应力 ， 就可能出现试验 压力下管 道材料超过 屈服强度 的 情况 ，使管道产 生塑性变形 ，为装 置运行埋 下安 全隐患。反之 ，如果 管道材 料专业 采用 了压 力试 验下的最小壁厚 ，虽能保证装 置 的可靠运行 ，却 使其成本大幅提高。 2 ． 2 液压试验所需壁厚与内压计算壁厚 的比较 为便 于 和 液压 试 验 所 需 壁 厚 进 行 比较 ，将 工业金属管道设计规范内压壁厚计算公式摘录 如 下 器 t ≥t ， - t- C 5 6 式中，t 为直管最小 计算壁厚 ，m m；Y为温度修 正系数 ；其他参数与前述相同。 下面以新疆某 大型企业 2 0 0 0 k t ／ a煤制 油项 目 净化装置为例进行详细说明。 工艺气管道规格 D N 9 0 0 ，设计温度 2 0 5 ％，设 计压力 4 ． 5 0 MP a ，材质 0 6 C r l 9 N i l 0 I 类 ，具体参数 见表 1 。 表 1 壁厚计算参数 按照液压试验下的直管名义厚度公式 4 校 核，最小试验壁厚 为 1 7 ． 3 9 m m，考虑所有厚度 附 加量之和 ，经圆整取值为 2 2 m m；按照内压壁厚计 算公式 5 得最小计算壁厚为 1 5 ． 7 0 m m，考虑所 有厚度附加量之和 ，经 圆整取值为 2 0 ra m。显然 ， 液压试验下核算壁厚大于内压下计算壁厚 。 经统计 ，该装置此规 格管道用 量约为 5 0 0 m， 按照壁厚差值 2 m m核算 ，重量相差 2 2 t 。若按市场 价2 ． 5 万 t 计算，将多花费5 5万元，使装置费 用大幅提高 ，不利 于控 制成本 。另外 ，由于净 化 装置规模较大 ，所用不锈钢管道普遍大于 D N 4 5 0， 且 D N 4 5 0以上时壁厚差值大多高于 2 m m，见表 2 。 考虑到其用量超过5 0 0 0 m，如果仅仅为了保证装置 的安全性 ，仍最终选择 液压试验所需壁厚 ，装置 将会增加投资 4 0 0多万元 ，再加上管件等费用 ，此 数字将会更 大。因而，为 了节约投资 ，必 须按照 现行标准进行精细化设计。 表2 各规格管道壁厚比较 m i l 1 注①计算参数见表 1 ； ②焊接不锈钢管壁厚取值一般为偶数。 2 ． 3 对现行设计模式的建议 仅决定装置安全 ，还 直接影响工程投 资。鉴 于现 由以上论述可知，压力管道液压试验取值不 行设计模式 中存在的问题 ，结合 工业金属管道 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 C HE MI C A L E NG I N E E R I NG DE S I GN 化 工设计 2 0 1 5 ， 2 5 1 设计规范 第 1 1 ． 5 ． 3规定 “ 按照压力试验下计算 的内压 圆周 应 力超 过 许用 值 ，可 以降低 试 验 压 力” ，本文提 出 以下 建议供 化工设 计领 域 的 同行 参考 1 管道机械专业根据设计压力计算最小壁 厚 ，结果提给管道材料专业。 2 管道材料专业考虑各种工艺要求，将最 小计算壁厚 圆整后得到名义壁 厚 ，其作为成 品文 件提给管道布置专业 。 3 管道布置专业计算压力试验值，并根据 名义壁厚校核管道的 内压圆周应力。如果 超过相 应许用值 ，应将试验压力降至不超过屈 服强度 时 的最大压力。同时应考虑法兰最大允许试验压力 ， 以满足法兰密封性能的要求。 依据现行标准规 定，基于 上述建议 ，使各个 专业分工 明确 ，设计 才能更加经 济合 理 ，进而 达 到精细化设计的 目的。 3结语 近年来 ，随着化 工项 目大 型化 的发 展趋 势 ， 所用管道 规格 越来 越大 ，同时用量 也越 来越 多 ， 个别管道 甚至超过 了现行标准尺寸 范围 ，这就更 加凸显了精细化设计 的重要性及必要性 ，即设计 不但要保证装置的安全可靠 ，同时也必须考虑项 目的经济性 。鉴于此 ，建议在压力管 道液压试验 取值时，应严 格按 照相 应标 准进 行精 细化设 计 ， 特别是对于不 同屈服强度 的材料 ，更应该 区别 对 待 ，从而保证装置的经济可靠。 参考文献 1 2 0 0 3 年国务院第3 7 3 号令 特种设备安全监察条例 ． 2 G B 5 0 2 3 5 2 0 1 0 ，工业金属管道工程施工规范 [ s ] ． 3 G B 5 0 3 1 62 0 0 0，工 业金 属 管 道设 计规 范 2 0 0 8版 [ s ] ． 4 G B 5 0 1 8 42 0 1 1 ，工 业 金属 管道工 程 施工 质量 验 收规 范 『 S ] ． 5 HG ／ T 2 0 5 9 22 0 6 3 52 0 0 9，钢制管 法兰 、垫 片、紧 固件 [ s 1 ． 6 S H ／ T 3 4 0 6 2 0 1 3 ，石油化工钢制管法兰 [ s ] ． 7 G B ／ T 1 2 7 7 1 2 0 0 8 ，流体输送用不锈钢焊接钢管 [ s ] ． 收稿 日期 2 0 1 4 0 80 9 上 接 弟 1 3页 高的 1 ／ 5 5 0 ，在罕遇地震作用下 的弹塑性层间位移 不超过层高的 1 ／ 5 0 。 据上所述 ，两 国规范对结构在地震 作用下 的 变形要求都是分两 阶段考虑 ，但 具体 的限值不尽 相同。S N 1 0 31 7 2 6 2 0 0 2对结构弹性变形的要求 更松 ；对 于 弹塑 性 变 形 ，两 国规 范 的 要求 是 一 致的。 6 结语 从工程应用角度 出发 ，简要 介绍 了印尼抗震 设计规 范 S N 1 0 31 7 2 62 0 0 2的相关设 计规定 ， 并与中国抗震设计规范 G B 5 0 0 1 12 0 1 0进行 了逐 一 比较。结果表 明，两 国规范在 理论体 系上基本 相同 ，主要差别在 于抗震设 防 目标 不 同。印尼规 范仅要求建筑物中震 不倒 ，而 中国规范要求建筑 物小震 不坏 ，中震可修 ，大震 不倒 。这 就导致两 国规范在地震作用计算 时所采用 的地震动参数不 同，而且思路 也不 同。印尼规范采用 中震下 的地 震影响系数进行计算 ，考 虑结构 和构件 的延性 以 及荷载和材 料的超强对该地震作用进行 折减从而 得到等效地震作用 ，而中国规范直接 采用小震下 的地震影响系数计算 弹性地震 作用 ，两者的概率 意义是不同的。因此 ，在 从事 印尼工程 的结构设 计过程 中，应结合 印尼抗震 设计规范的实际情况 进行设计计算。 参考文献 1 S N 1 0 31 7 2 6 2 0 0 2 S t a n d a r P e r e n c a n a a n K e t a h a n a n G e m p a U n t u k S t r u c t u r B a n g u n a n G e d u n g [ s ] ． 2 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范 [ s ]．北京中国建 筑工业 出版社 ，2 0 1 1 ． 3 G B 5 0 2 2 3 2 0 0 8 ，建筑工程抗震设防分类标准 [ s ]．北 京 中国建筑工业 出版社 ，2 o o 8 ． 收稿 日期 2 0 1 40 9 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m