Kiểm tra thủy tĩnh của ống thép không gỉ: Tính toán áp suất và hướng dẫn an toàn

Thử nghiệm thủy tĩnh là bằng chứng cuối cùng cho thấy ống, khớp nối hoặc ống cuộn bằng thép không gỉ có thể giữ áp suất một cách an toàn trước khi đưa vào sử dụng. Một áp suất thử nghiệm được tính toán sai - quá thấp để phát hiện sai sót hoặc quá cao và có nguy cơ vỡ - có thể biến việc kiểm tra chất lượng định kỳ thành sự cố an toàn hoặc sự chậm trễ tốn kém của dự án. Hướng dẫn này trả lời các câu hỏi mà kỹ sư, thợ hàn và thanh tra viên QA/QC thường hỏi nhất về thử nghiệm thủy tĩnh đối với ống thép không gỉ và hợp kim niken, sử dụng cùng một logic dựa trên mã-mà nhóm kỹ thuật của chúng tôi áp dụng cho mọi thử nghiệm tại nhà máy và hiện trường mà chúng tôi thực hiện.

Thử nghiệm thủy tĩnh là gì và tại sao nó lại cần thiết đối với ống thép không gỉ?

Thử nghiệm thủy tĩnh tạo áp lực cho đường ống hoặc hệ thống đường ống bằng nước ít nhất bằng 1,25–1,5 lần áp suất thiết kế của nó để xác minh rằng nó-không bị rò rỉ và có cấu trúc ổn định trước khi vận hành thử; nó được yêu cầu bởi hầu hết mọi mã bình chứa-áp suất và đường ống chính, bao gồm ASME B31.3, ASME B31.1 và ASTM A312/A999.

Thử nghiệm hoạt động dựa trên nguyên tắc đơn giản: nước gần như không thể nén được, do đó, việc tạo áp suất cho đường ống bằng nước - thay vì không khí hoặc khí - sẽ giải phóng rất ít năng lượng dự trữ nếu xảy ra lỗi. Điều này làm cho thử nghiệm thủy tĩnh an toàn hơn nhiều so với thử nghiệm khí nén trong khi vẫn chứng minh rằng các mối hàn, phụ kiện và vật liệu cơ bản có thể chịu được áp lực trên điều kiện hoạt động bình thường.

Đối với ống thép không gỉ cụ thể, thử nghiệm thủy tĩnh phục vụ ba mục đích xác minh:

Tính toàn vẹn của mối hàn và mối nối - xác nhận các mối hàn chu vi, mối hàn ổ cắm và các kết nối mặt bích không bị rò rỉ dưới áp suất.

Độ bền-của vật liệu cơ bản - phát hiện các lớp mỏng, tạp chất hoặc thiếu sót về độ dày-của tường được đưa ra trong quá trình sản xuất.

Tuân thủ quy tắc và tài liệu - tạo ra hồ sơ kiểm tra được chứng nhận (thường theo EN 10204 3.1/3.2) cần thiết cho việc bàn giao dự án và kiểm tra theo quy định.

Áp suất thử thủy tĩnh được tính cho ống thép không gỉ như thế nào?

Áp suất thử nghiệm được tính từ công thức Barlow - P=2·S·t / D - để tìm áp suất thiết kế cho phép của đường ống, sau đó nhân với hệ số kiểm tra bắt buộc của mã- (thường là 1,5 đối với ASME B31.3, 1,25 đối với thử nghiệm hiện trường API 5L).

Công thức của Barlow liên hệ áp suất bên trong với ứng suất vòng (chu vi) trong một hình trụ có thành mỏng:

P = (2 × S × t) / D

P=áp suất thiết kế bên trong cho phép

S=ứng suất cho phép của vật liệu ở nhiệt độ thử nghiệm (từ bảng ứng suất của mã điều chỉnh)

t=độ dày thành danh nghĩa hoặc tối thiểu (mã thiết kế thường yêu cầu sử dụng mức tối thiểu, tức là, dung sai danh nghĩa trừ đi của nhà máy)

D=đường kính ngoài của ống

Sau khi biết áp suất thiết kế, áp suất thử nghiệm thủy tĩnh cần thiết sẽ được tìm thấy bằng cách áp dụng hệ số áp suất thử nghiệm của mã, phổ biến nhất là áp suất thiết kế 1,5 × cho đường ống xử lý theo ASME B31.3.

Ví dụ đã hoạt động: Ống 6 inch Schedule 40 ASTM A312 TP316L

Tính toán minh họa thôi. Các giá trị ứng suất cho phép, dung sai của máy nghiền và hệ số nhân thử nghiệm khác nhau tùy theo phiên bản mã, cấp độ dày-của tường và nhiệt độ - luôn xác nhận các giá trị hiện tại trong bảng ứng suất mã hiện hành trước khi đặt áp suất thử nghiệm.

Các tiêu chuẩn đường ống chính yêu cầu áp suất thử nghiệm nào?

Hầu hết các mã yêu cầu kiểm tra thủy tĩnh từ 1,25 đến 1,5 lần áp suất thiết kế hoặc áp suất vận hành tối đa cho phép, được giữ trong tối thiểu 10 phút để kiểm tra trực quan - nhưng hệ số nhân chính xác, thời gian giữ và độ giảm áp suất cho phép khác nhau theo tiêu chuẩn.

Luôn xác minh phiên bản và danh mục cụ thể được tham chiếu trong đặc tả dự án của bạn - các yếu tố kiểm tra và thời gian lưu giữ được sửa đổi định kỳ.

Nên giữ áp suất thử nghiệm trong bao lâu trong quá trình thử nghiệm thủy tĩnh?

Hầu hết các mã đường ống đều yêu cầu duy trì áp suất thử nghiệm trong tối thiểu 10 phút để kiểm tra bằng mắt, mặc dù các hệ thống-đường kính lớn, đường ống xuyên quốc gia-hoặc thông số kỹ thuật của khách hàng thường kéo dài thời gian này đến vài giờ để phát hiện rò rỉ chậm.

Thời gian giữ thường chia thành hai giai đoạn:

Điều áp và ổn định Áp suất - được tăng dần (thường tăng 25%) và được phép ổn định trước mỗi lần tăng tiếp theo, tránh gây sốc cho các mối hàn và phụ kiện.

Giữ liên tục để kiểm tra - một lần ở áp suất thử nghiệm tối đa, hệ thống được giữ trong mã-trong khoảng thời gian tối thiểu trong khi thanh tra viên đi trên dây chuyền để kiểm tra các mối hàn, mặt bích và kết nối ren xem có rò rỉ, rỉ nước hoặc biến dạng nhìn thấy được không.

Sự sụt giảm áp suất có thể đo được trong quá trình giữ (vượt quá mức cho phép đối với sự thay đổi thể tích-liên quan đến nhiệt độ) được coi là thử nghiệm thất bại và cần phải điều tra trước khi thử lại.

Những biện pháp phòng ngừa an toàn nào được yêu cầu trong quá trình thử nghiệm thủy tĩnh?

Thử nghiệm thủy tĩnh an toàn yêu cầu vùng loại trừ xác định, đồng hồ đo áp suất kép được hiệu chỉnh và{0}}xác minh, thông gió hoàn toàn trước khi điều áp, tăng áp suất dần dần và áp suất thử nghiệm tối đa được ghi lại không bao giờ vượt quá.

Xả hết không khí trước khi tăng áp. Không khí bị mắc kẹt có thể nén được và tích trữ năng lượng đáng kể - một túi khí dưới áp suất sẽ hoạt động mạnh hơn nhiều so với nước nếu có lỗi xảy ra.

Thiết lập một khu vực loại trừ xung quanh khu vực thử nghiệm, đặc biệt là gần các phụ kiện có ren, mặt bích và đầu mù, những nơi có nguy cơ hỏng đạn cao nhất.

Sử dụng đồng hồ đo đã hiệu chuẩn, lý tưởng nhất là hai đồng hồ đo độc lập (đồng hồ đo kiểm tra và đồng hồ đo tham chiếu/đồng hồ đo chính) để-kiểm tra chéo các chỉ số.

Tăng áp suất dần dần theo từng giai đoạn, không bao giờ tăng áp suất ngay lập tức đến áp suất thử nghiệm đầy đủ.

Không bao giờ vượt quá áp suất thử nghiệm đã chỉ định, thậm chí trong thời gian ngắn - thiết bị giảm áp suất cũng phải được đặt ngay trên áp suất thử nghiệm mục tiêu như một giới hạn cứng.

Kiểm soát-nhiệt độ nước. Thử nghiệm thép không gỉ ở nhiệt độ môi trường rất thấp làm tăng nguy cơ gãy-dễ gãy ở các khuyết tật; hầu hết các thông số kỹ thuật đều đặt ra nhiệt độ-kim loại thử nghiệm tối thiểu.

Kiểm soát hàm lượng clorua trong nước thử nghiệm - đây là yêu cầu cụ thể về-thép không gỉ{2}}được đề cập chi tiết bên dưới.

Tại sao hàm lượng clorua nước lại quan trọng khi kiểm tra ống thép không gỉ?

Các ion clorua trong nước thử nghiệm có thể gây ra hiện tượng nứt ăn mòn do ứng suất do clorua- gây ra (Cl-SCC) hoặc tạo vết rỗ trên thép không gỉ austenit, vì vậy hầu hết các thông số kỹ thuật đều giới hạn hàm lượng clorua trong nước thử nghiệm-ở mức 50 ppm trở xuống - và yêu cầu thoát nước và làm khô nhanh chóng sau khi thử nghiệm.

Các loại Austenitic như 304/304L và 316/316L rất dễ bị ăn mòn cục bộ khi các ion clorua bị giữ lại trên bề mặt kim loại, đặc biệt nếu nước đọng hoặc bay hơi chậm, tập trung clorua ở-bề mặt ướt cuối cùng. Rủi ro này tăng mạnh khi nhiệt độ tăng cao và ứng suất hiện diện trong thành ống - chính xác là các điều kiện được tạo ra trong quá trình thử nghiệm thủy tĩnh.

Các biện pháp kiểm soát được đề xuất bao gồm:

Sử dụng nước uống được hoặc nước khử khoáng có hàm lượng clorua đã được xác minh dưới mức-giới hạn quy định của dự án (thường là 50 ppm, đôi khi là 30 ppm đối với dịch vụ có-độ tinh khiết cao hoặc nhiệt độ-cao).

Tránh sử dụng nước biển, nước lợ hoặc nước chưa qua xử lý từ các nguồn không xác định đối với bất kỳ hệ thống không gỉ austenit hoặc song công nào.

Xả hoàn toàn hệ thống ngay sau khi hoàn tất thời gian tạm dừng và kiểm tra - không để nước thử nghiệm đọng lại trong đường ống.

Thổi-làm khô hoặc làm sạch bằng không khí khô/nitơ sau khi xả hết để loại bỏ các túi hơi ẩm còn sót lại, đặc biệt là ở các điểm thấp, chân chết và vòi dụng cụ.

Ghi lại kết quả kiểm tra nguồn nước và clorua như một phần của gói kiểm tra để truy xuất nguồn gốc.

Bạn nên làm gì nếu xảy ra rò rỉ hoặc lỗi trong quá trình thử nghiệm?

Nếu xảy ra rò rỉ, giảm áp suất hoặc biến dạng có thể nhìn thấy, hãy ngay lập tức giảm áp suất một cách có kiểm soát, cách ly và xả nước hệ thống, ghi lại vị trí hư hỏng và không cố gắng sửa chữa hoặc thử lại dưới áp suất.

Dừng điều áp ngay lập tức và bắt đầu giảm áp suất có kiểm soát - không bao giờ cố gắng xác định hoặc đánh dấu chỗ rò rỉ trong khi hệ thống vẫn ở áp suất thử nghiệm.

Giảm áp suất hoàn toàn và xả hết nước trước khi có người tiếp cận điểm hỏng hóc.

Ghi lại chính xác vị trí, hướng và hình thức của khuyết tật (mối hàn, kim loại cơ bản, khớp nối) bằng ảnh và số đo.

Xác định nguyên nhân gốc rễ - độ xốp, thiếu sự kết hợp, thiếu độ dày của tường- hoặc khiếm khuyết vật liệu - trước khi sửa chữa, vì phương pháp sửa chữa phụ thuộc vào nguyên nhân.

Sửa chữa theo thông số kỹ thuật quy trình hàn hiện hành (WPS), sau đó lặp lại thử nghiệm thủy tĩnh đầy đủ từ đầu; việc kiểm tra lại một phần chỉ khu vực đã sửa chữa không được chấp nhận theo hầu hết các mã.

Thử nghiệm thủy tĩnh khác nhau như thế nào đối với ống hợp kim niken và ống thép không gỉ?

Các hợp kim niken nhưHợp kim 625, Hợp kim 825 và C-276 thường yêu cầu áp suất thử thủy tĩnh cao hơn do giá trị ứng suất cho phép cao hơn và mặc dù chúng có khả năng chống lại sự ăn mòn do ứng suất do clorua- gây ra cao hơn so với thép không gỉ austenit, nước có hàm lượng clorua thấp và thoát nước kịp thời vẫn là phương pháp tốt nhất cho cả hai họ vật liệu.

Vì hợp kim niken hỗ trợ ứng suất cho phép cao hơn nên tính toán-công thức tương tự của Barlow mang lại áp suất thiết kế cao hơn - và do đó áp suất thử nghiệm yêu cầu cao hơn - đối với các kích thước ống giống nhau. Thiết bị kiểm tra, đồng hồ đo và thiết bị giảm áp phải được định mức ở mức đủ cao hơn áp suất thử nghiệm hợp kim niken{4}} đã tính toán.

Bài đăng nào-Quy trình kiểm tra ngăn chặn sự ăn mòn sau khi kiểm tra thủy tĩnh?

Sau khi vượt qua thử nghiệm thủy tĩnh, ống thép không gỉ phải được xả hết nước, làm khô bằng không khí khô hoặc nitơ, kiểm tra vết bẩn trên bề mặt và, nếu cần, được thụ động hóa trước khi hệ thống được đưa vào sử dụng hoặc bảo quản{0}}lâu dài.

Xả ngay lập tức - không để đọng nước thử nghiệm, thậm chí qua đêm.

Làm khô hoàn toàn bằng cách sử dụng không khí sạch, khô hoặc khí nitơ, nhắm mục tiêu vào các điểm thấp, chân chết và các kết nối máy đo/dụng cụ nơi đọng nước.

Kiểm tra sự đổi màu hoặc vết ố trên bề mặt có thể cho thấy dư lượng clorua hoặc rỉ sét do nước bị ô nhiễm.

Thụ động hóa hoặc-thụ động hóa các bề mặt tiếp xúc theo tiêu chuẩn ASTM A967 nếu quan sát thấy vết ố, nhiễm bẩn hoặc thu nhận sắt tự do.

Ghi lại quá trình kiểm tra và sấy khô trong gói tài liệu chất lượng cùng với biểu đồ áp suất hoặc chỉ số đo.

Câu hỏi thường gặp

Thông thường, gấp 1,5 lần áp suất thiết kế được tính toán cho đường ống xử lý theo ASME B31.3, mặc dù hệ số nhân chính xác phụ thuộc vào mã quản lý - các thử nghiệm hiện trường API 5L, ví dụ: thường sử dụng 1,25 lần MAOP.

Bạn có thể sử dụng nước máy để kiểm tra thủy tĩnh ống thép không gỉ?

Chỉ khi hàm lượng clorua của nó được xác minh là nằm trong-giới hạn do dự án chỉ định, thường là 50 ppm trở xuống. Nước máy, nước giếng hoặc bất kỳ nước nào từ nguồn không xác định chưa được kiểm tra sẽ không được coi là an toàn đối với thép không gỉ austenit.

Sự khác biệt giữa thử nghiệm thủy tĩnh và thử nghiệm khí nén là gì?

Thử nghiệm thủy tĩnh sử dụng nước, gần như không thể nén được và giải phóng rất ít năng lượng dự trữ nếu xảy ra sự cố. Thử nghiệm bằng khí nén sử dụng không khí hoặc khí, có thể nén được và lưu trữ nhiều năng lượng hơn, khiến việc thử nghiệm bằng khí nén vốn dĩ trở nên nguy hiểm hơn và thường chỉ được sử dụng khi hệ thống không thể chịu được nước.

Kiểm tra thủy tĩnh có bắt buộc đối với tất cả các ống thép không gỉ không?

Điều này là bắt buộc khi mã quản lý hoặc thông số kỹ thuật của dự án yêu cầu - bao gồm hầu hết đường ống xử lý theo ASME B31.3 và hầu hết đường ống áp lực theo ASME B31.1 - trừ khi phương pháp kiểm tra thay thế được phê duyệt (chẳng hạn như siêu âm hoặc thử nghiệm dòng điện xoáy) được cho phép rõ ràng tại vị trí đó.

Bao lâu sau khi thử nghiệm thủy tĩnh, ống thép không gỉ nên được sấy khô?

Ngay sau khi quá trình giữ thử và kiểm tra hoàn tất. Để nước - đặc biệt là nước chứa clorua-có chứa clorua - trong ống thép không gỉ trong thời gian dài làm tăng đáng kể nguy cơ rỗ và nứt ăn mòn do ứng suất.

Làm việc với một nhà chế tạo

Thử nghiệm thủy tĩnh đúng cách bắt đầu với độ dày thành chính xác - trong quá trình sản xuất, chứng nhận vật liệu đã được xác minh và xử lý-clorua sạch, thấp từ nhà máy cho đến thử nghiệm cuối cùng.

Nhóm chế tạo và chất lượng của chúng tôi tính toán, ghi chép và chứng kiến ​​các thử nghiệm thủy tĩnh theo yêu cầu ASME, ASTM và API trên mỗi ống ống bằng thép không gỉ và hợp kim niken mà chúng tôi sản xuất, được hỗ trợ bởi khả năng truy xuất nguồn gốc vật liệu đầy đủ và chứng nhận 3.1/3.2. Nếu thông số kỹ thuật dự án của bạn yêu cầu áp suất thử nghiệm, thời gian lưu hoặc giới hạn clorua xác định, nhóm kỹ thuật của chúng tôi có thể xác nhận kế hoạch tính toán và thử nghiệm trước khi bắt đầu chế tạo.