工艺管道气压试验条件限制

2009年赛科扩建项目、大检修项目中一些容器及管道需要进行气压试验。由于气压试验存在较大的风险，因此需要特别引起重视,以下2点需要重视:

(1) 关于冲击波超压造成的危险

气压试验时管道一旦爆炸,冲击波超压会对周围的设备和人员造成伤害,因此,人员要撤离到冲击波超压不至对人员造成伤害的范围外。当地面冲击波超压值降至0.0196MPa 时（即对人体无伤害）。对于管道来说，当管道试验的压力P （MPa ）与管道体积V （m 3）之积：PV>535时，当相当于146kg TNT 所具有的能量，此时的冲击波超压对人员的安全距离为50m 。这是一个比较大的能量，一旦爆炸，会造成严重破坏。

因此，对于PV>535 MPam 3时，需要进行特别检查。对于PV<535 MPam 3的管道气压试验时其安全距离可以确定为50m 。

（2）管道周向应力的限制

气压试验时最危险的情况是管道发生低应力脆断，此时发生爆炸且有碎片飞出。管道周向应力越大，发生低应力脆断的可能性就越大，因此对周向应力的限制非常重要。

发生低应力脆断，一是材料脆化，二是存在缺陷（应力集中），用断裂力学的理论可以确定在材料断裂韧度一定的条件下发生抵应力脆断所需要的临界缺陷尺寸。

假定管道/焊缝存在与周向应力相垂直的穿透裂纹，其裂纹长度为2a ，周向应力为σ，则裂纹尖端的应力强度因子K I 可表达为

a Y K I πσ=

式中Y 为裂纹在圆筒体上的应力强度因子形状系数。

若K I 达到了材料的临界应力强度因子K IC （材料断裂韧度表达形式之一）时则裂纹要发生低应力脆断，容器或管道要在气压试验时从裂纹处发生爆炸，即

K I = K IC 时，a

Y K IC c πσ= 形状系数Y=1.25，σc 即为发生低应力脆断的临界应力。

根据以上计算，当管道/焊缝存在30mm 长的穿透缺陷时（假设材料的冲击功为5~8J ），发生低应力脆断的临界应力为97MPa 。

因此，气压试验时管道周向应力大于97PMPa 时，需要特殊检验。 管道周向应力计算方法为：

()S S D P t 20-=θσ

式中，σθ——受气压作用而产生的周向应力，MPa ；

P t ——气压试验时的试验压力，MPa ；

D 0——管道的外直径，mm ；

S —— 管道的壁厚，mm 。

管道气压试验达到以上2个条件其中之一时（即PV>535 MPam 3，管道周向应力大于97PMPa ），需要特别进行安全检查（焊接规范，材料及热处理质量等）。以上2条件同时满足时，要设法降低管道的体积，可以分段试压。