石油化工装置管道泄漏试验问题探讨
石油化工装置管道泄漏试验问题探讨
王金富，姜万军，潘晓斐
(中石化洛阳工程有限公司，河南省洛阳市)
摘要：石油化工装置中的绝大多数工艺管道都需要在管道压力试验合格后进行泄漏试验，检查管道系统静密封点的密封性能。根据国内相关管道施工验收规范，大多数规范要求泄漏试验的空气介质压力按照管道设计值设置，该试验可操作性较差，且存在安全风险，现场难以满足要求。国外标准和GB/T 20801.5—2020推荐采用敏感性泄漏试验，敏感性泄漏试验的试验压力低、风险低、可操作性好、检测灵敏度高，完全可以满足施工验收的要求，解决了以往常规试验无法满足标准、与设计文件要求相矛盾的问题。
关键词：石油化工装置 管道 泄漏试验 敏感性
石油化工装置加工的原料和生产的产品多是易燃易爆物质，操作温度和操作压力都比较高，为保证管道系统的安全运行，国家法规和技术标准等对管道施工阶段的管道系统泄漏试验均作出了规定和要求。TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程——工业管道》(以下简称《管规》)第九十三条规定：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。泄漏试验应当符合以下要求:试验在耐压试验合格后进行，试验介质宜采用空气，也可以按照设计文件或者相关标准的规定，采用卤素、氨气或者其他敏感气体进行较低试验压力的敏感性泄漏试验[1]。GB/T 20801.5—2020，GB 50235—2010，GB 50517—2010和SH 3501—2011等国家和行业管道施工验收标准对管道系统的泄漏试验均做出了规定。根据这些规定，石油化工装置中的绝大多数工艺管道都需要在管道压力试验合格后进行泄漏试验，其目的是在管道安装完成后对管道系统静密封点进行泄漏检查，为装置进料开车做准备。泄漏试验检查重点是阀门填料函、法兰或者螺纹连接处、放空阀、排气阀、排水阀等静密封点。在目前的施工过程中，采用管道设计压力进行管道泄漏试验时，存在一些难以实施的问题。文中针对施工过程中发现的问题进行探讨，为管道泄漏试验的可实施性提出建议。
1、管道泄漏试验要求
根据《管规》的规定，国内现行管道施工及验收规范均对管道的泄漏试验作出相应的规定。表1是国家现行标准对管道泄漏试验的具体规定[2-5]。从表1中各标准规范对管道泄漏试验的规定可以看出，对于管道泄漏试验，除GB/T 20801.5—2020外，其他规范均要求试验介质为空气，试验压力为管道设计压力，即为通常所说的气密性试验。事实上，GB/T 20801.5—2020修改前版本对管道泄漏试验的规定与GB 50235—2010,GB 50517—2010和SH 3501—2011等规范基本一致，也要求采用空气按照管道设计压力进行泄漏试验。2021年6月1日开始实施的GB/T 20801.5—2020对该条款进行了较大的修改。所以，长期以来设计文件对石油化工装置管道的泄漏试验的要求是按照施工验收规范要求采用空气介质按管道设计压力进行试验的。
2、泄漏性试验存在的问题
在施工过程中按照相关施工规范进行泄漏性试验时，存在着诸多的问题。
(1)装置建成后，工艺系统是一个复杂的组成体，包含压力容器、管道、安全附件、动设备等，其设计压力各不相同，对系统静密封点的泄漏性试验无法完全按照设计压力进行，同时可操作性差,存在较大的安全风险。
表1 现行标准对管道泄漏试验的要求
根据石油化工装置管道设计规范，管道的设计压力一般远高于正常工作压力，同时不低于管道的最高工作压力；而管道系统的安全泄放装置(如安全阀)设定压力一般小于或等于管道系统的设计压力。即管道设计压力高于或等于管道系统安全装置的泄放压力，且高于管道的最高工作压力。因此，当管道的泄漏试验中的试验压力采用管道的设计压力时，其试验压力大于或等于安全泄放装置的设定压力，这就会造成泄漏试验时安全泄放装置开启泄压，从而无法达到规范规定的试验压力。同时安全泄放装置也必须参与泄漏试验，这就出现了矛盾。即使根据SH 3501—2011的规定，管道和设备组成的系统其泄漏性试验压力为管道系统设计压力或设备试验压力两者的较小者，一般说来设备试验压力往往低于管道系统的设计压力。安全泄放装置(如安全阀)一般设在设备上，若设备试验压力高于安全阀的设定压力，则按照设备试验压力进行泄漏性试验，也存在安全泄放装置开启泄压的情况发生，从而无法达到规范规定的泄漏性试验压力。
(2)以管道系统的设计压力进行管道泄漏试验，检查人员需要长时间、近距离接近管道系统的每一对法兰、螺纹、填料等管道接头进行观察是否存在泄漏，存在很高的安全风险。特别是对于高压工艺管道，如高压加氢裂化装置，高压工艺管道的设计压力可达到20 MPa左右，若采用设计压力进行管道泄漏试验，其试验过程的安全风险非常大，同时为了满足规范的要求，此类安全风险就难以规避。
(3)采用空气按照管道系统的设计压力进行泄漏试验相当于对管道系统按照气压试验的程序进行，而管道的气压试验在相关标准规范中有诸多限制，GB 50235—2010就规定只有管道设计压力小于或等于0.6 MPa时可采用气体为试验介质，SH 3501—2011则规定气压试验的试验压力不宜大于1.6 MPa，并应符合一定的条件。同时气压试验时需采取安全可靠的措施，程序复杂，危险性大。
正因为如此，国外标准ASME B31.3—2012规定采用敏感性泄漏试验来达到管道泄漏试验的目的，而其试验压力取值为不小于105 kPa或设计压力的25%两者中的较小值[6]，从而使管道系统的泄漏试验具有了试验压力低、可操作性好、检测灵敏度高的优点，可以很好地满足管道施工验收的要求。
由于泄漏性试验是一个系统性试验，每台设备和每根管道的设计压力各不相同，系统无法采用设计压力进行泄漏性试验，并且存在风险较高等问题，在以往已建工程项目中，结合实际情况，管道的泄漏试验一般是在管道压力试验合格后，结合装置试车过程，在装置系统气密阶段以工艺系统的操作压力作为试验压力进行泄漏试验。国外工程公司的开车规定也是采取这种操作方法进行的，但严格来说，这种做法并不完全符合国内规范和设计文件的要求。在部分项目中，该问题已经引起有关部门的高度重视，并采取了相应的措施。
3、敏感性泄漏试验
2021年6月1日实施的GB/T 20801.5—2020第9.2条规定，对于GC1级(毒性)，GC1和GC2级(易燃性)的管道应进行敏感性泄漏试验，经业主、设计者以及安装、检验者同意，可采用第9.2.2条气密性试验代替敏感性泄漏试验。而第9.2.2条气密性试验规定，气密性试验压力应为设计压力，试验介质可采用空气。经业主或设计者同意，气密性试验可按最高工作压力或结合试车一并进行。同时规定除另有规定外，敏感性泄漏试验应符合NB/T 47013.8—2012附录A规定的气泡泄漏试验——直接加压技术，试验介质可采用空气，根据业主或设计者要求，试验压力应不小于105 kPa或25%设计压力(取较小值)。
GB/T 20801.5—2020对管道的泄漏性试验首选的是敏感性泄漏试验，其试验压力低，检测灵敏度高，安全可靠。如果要进行传统的气密性试验，不但要经过业主、设计者的同意，还要经过安装、检验者的同意。考虑到试验的危险性，强调除试验压力外，气密性试验应按照气压试验的相关要求进行。经业主或设计者同意，气密性试验可按最高工作压力或结合试车一并进行。
4、建议
根据相关法规和标准规范的要求，石油化工装置中大多数管道均需要进行泄漏性试验，而现有的施工技术规范的规定使泄漏试验实施起来可操作性较差，且具有安全风险。建议:①结合工程实际操作经验及国内外相关标准规范的规定，尽快修订相关管道施工验收规范，及时对该部分内容进行修订；②实际工程项目中对于GC1级(毒性),GC1和GC2级(易燃性)的管道，采用敏感性泄漏试验；③气密性试验是一个系统试验，作为装置开车的部分程序，可结合装置的工艺流程采用最高工作压力进行试验。
