摘要：分析現(xiàn)有埋地燃?xì)夤艿绹?yán)密性試驗(yàn)方法的缺點(diǎn)，提出一種基于管壁溫度測(cè)量的嚴(yán)密性試驗(yàn)方法。該方法特點(diǎn)：測(cè)量管外壁溫度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式換算為管內(nèi)介質(zhì)的溫度，提高了溫度測(cè)量精度；在試驗(yàn)過程中，全程動(dòng)態(tài)檢測(cè)管內(nèi)壓力降的變化，準(zhǔn)確掌握泄漏情況；針對(duì)各種試驗(yàn)用壓力表量程，采用不同的允許壓力降作為嚴(yán)密性試驗(yàn)的合格判據(jù)。

關(guān)鍵詞：  埋地燃?xì)夤艿溃?span lang="EN-US">  嚴(yán)密性試驗(yàn)；  溫度測(cè)量；  壓力降

Tightness Test of Buried Gas Pipeline Based on Measurement of Pipe Wall Temperature

Abstract：The shortcomings of existing tightness test methods of buried gas pipeline are analyzed，and a tightness test method based on measurement of pipe wall temperature is proposed．The method has the following characteristics：the measured outside pipe wall temperature is converted to the medium temperature inside the pipe according to the empirical formula，so the precision of temperature measurement is improved；the pressure drop inside the pipe is dynamically measured during the test process，and the gas leakage is precisely ascertained；in the light of different measurement ranges of testing pressure meters，the different allowable pressure drop values are used as acceptance criterion of tightness test．

Key words：buried gas pipeline；tightness test；temperature measurement；pressure drop

1 概述

燃?xì)夤艿赖膰?yán)密性試驗(yàn)是檢驗(yàn)燃?xì)夤艿蕾|(zhì)量合格與否的關(guān)鍵步驟^[1-2]。目前城市燃?xì)夤艿绹?yán)密性試驗(yàn)結(jié)果判定按照CJJ 33-2005《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)進(jìn)行，《規(guī)范》規(guī)定嚴(yán)密性試驗(yàn)在持續(xù)24 h穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)，修正壓力降小于133 Pa為合格，這種判定方法需要準(zhǔn)確測(cè)量試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)的試驗(yàn)介質(zhì)溫度。另外，修正壓力降小于l33 Pa的判定標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際操作過程中存在管內(nèi)壓力降計(jì)算精度較低、嚴(yán)密性判據(jù)設(shè)置不盡合理等問題，嚴(yán)重影響嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)論的可靠性，甚至導(dǎo)致誤判，使燃?xì)夤艿肋\(yùn)行產(chǎn)生很大的安全隱患^[3]。因此，本文針對(duì)現(xiàn)行規(guī)范中存在的小合理性，提出管內(nèi)介質(zhì)溫度、管內(nèi)壓力降計(jì)算和嚴(yán)密性試驗(yàn)合格判定的新方法。

2 試驗(yàn)方法

2．1  現(xiàn)有燃?xì)夤艿绹?yán)密性試驗(yàn)方法

根據(jù)《規(guī)范》的規(guī)定，埋地燃?xì)夤艿绹?yán)密性試驗(yàn)在強(qiáng)度試驗(yàn)合格、管道全線回填后進(jìn)行，嚴(yán)密性試驗(yàn)穩(wěn)壓的持續(xù)時(shí)間為24 h，修正壓力降小于l33 Pa為合格。修正壓力降應(yīng)按式(1)計(jì)算：

式中  Δp——修正壓力降，Pa

      p₁、p_a1——試驗(yàn)開始時(shí)的管內(nèi)氣體壓力、大氣壓力，Pa

      p₁、p_a2——試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的管內(nèi)氣體壓力、大氣壓力，Pa

      t₁、t₂——試驗(yàn)開始、結(jié)束時(shí)的管內(nèi)氣體溫度，℃

現(xiàn)有的燃?xì)夤艿绹?yán)密性試驗(yàn)方法存在以下不足：

①管內(nèi)介質(zhì)溫度測(cè)量精度較低。目前常用的溫度測(cè)量方法采取在閥門井的放散管或試驗(yàn)管道上開孔焊接短管，裝設(shè)溫度計(jì)，測(cè)得的溫度受環(huán)境的影響較大；或者直接將溫度計(jì)插入管道上部的土壤中，測(cè)得的溫度是管道周圍的土壤溫度，與管內(nèi)介質(zhì)溫度存在一定差異；或者在管段的末端裝設(shè)盲板，在盲板上焊接短管，裝設(shè)壓力表和溫度計(jì)，這種方法只能測(cè)得管道兩端及其鄰近管道內(nèi)的介質(zhì)溫度，與整根管道內(nèi)介質(zhì)的溫度存在較大的誤差。

②修正的壓力降計(jì)算只考慮試驗(yàn)開始時(shí)和結(jié)束時(shí)兩種狀態(tài)，試驗(yàn)過程沒有考慮，因此會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

③判斷管道嚴(yán)密與否，采用統(tǒng)一的修正壓力降小于133 Pa為判斷標(biāo)準(zhǔn)，缺乏合理性和實(shí)際可操作性。采用修正壓力降小于l33 Pa為判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于試驗(yàn)壓力在0．1 MPa以下的情況是可行的，但如果試驗(yàn)壓力大于等于0．1 MPa，壓力表的讀數(shù)誤差將大于等于133 Pa，無法準(zhǔn)確判斷試驗(yàn)管道的嚴(yán)密性。

2．2 基于管壁溫度測(cè)量的嚴(yán)密性試驗(yàn)方法

如上所述，采用現(xiàn)有的嚴(yán)密性試驗(yàn)方法無法準(zhǔn)確判斷燃?xì)夤艿赖膰?yán)密性情況，因此本文提出一種基于管壁溫度測(cè)量的嚴(yán)密性試驗(yàn)方法。該方法原理見圖l，具有下列特點(diǎn)：

①管內(nèi)溫度測(cè)量比較準(zhǔn)確

該方法通過粘貼在管外壁上的熱電阻傳感器測(cè)量管壁溫度，再根據(jù)不同材料管道的經(jīng)驗(yàn)公式換算為管內(nèi)介質(zhì)溫度。這種管內(nèi)溫度測(cè)量方法的精度大大提高。同時(shí)考慮管道長(zhǎng)度方向溫度分布不均的影響，在溫度測(cè)量受環(huán)境影響較小的管段沿管道長(zhǎng)度布置l個(gè)或多個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，把測(cè)得的溫度平均值作為測(cè)量時(shí)刻的管壁溫度。

②動(dòng)態(tài)檢測(cè)管內(nèi)壓力降

在嚴(yán)密性試驗(yàn)持續(xù)24 h的穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)，每隔0．5 h測(cè)量一次管內(nèi)壓力和溫度，計(jì)算修正壓力降。在試驗(yàn)周期內(nèi)，只要有l次修正壓力降大于規(guī)定值，即判定嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格。因此，在新的試驗(yàn)方法中，修正壓力降計(jì)算公式見式(2)。

式中  Δp_i——第i次檢測(cè)得到的修正壓力降，Pa

      p₀、p_a0——試驗(yàn)開始時(shí)管內(nèi)氣體壓力、大氣壓力，Pa

      p_i、pa_i——第i次檢測(cè)的管內(nèi)氣體壓力、大氣壓力，Pa

      t₀、t_i——試驗(yàn)開始時(shí)、第i次檢測(cè)的管內(nèi)氣體溫度，℃

這種壓力降計(jì)算方法能反映試驗(yàn)全過程的嚴(yán)密性情況，避免現(xiàn)有試驗(yàn)方法只考慮試驗(yàn)開始和結(jié)束兩種工況可能帶米的誤判。

③采用與壓力等級(jí)對(duì)應(yīng)的壓力降許用值

CJJ 33-2005把壓力降l33 Pa作為嚴(yán)密性試驗(yàn)合格判據(jù)，其含義是不允許有壓力降。因?yàn)椴捎盟y壓力計(jì)測(cè)量壓力降時(shí)，最小刻度lmm汞柱對(duì)應(yīng)的壓力為133 Pa。這個(gè)值實(shí)際上是當(dāng)試驗(yàn)壓力在0．1 MPa以下，采用水銀壓力計(jì)時(shí)產(chǎn)生的最大讀數(shù)誤差。因此，l33 Pa的規(guī)定明顯不合理。試驗(yàn)用壓力表的量程規(guī)定為試驗(yàn)壓力的1．5～2倍，針對(duì)不同的試驗(yàn)壓力，試驗(yàn)用壓力表的精度等級(jí)、表盤直徑和分度值均有具體規(guī)定，見表l。

即使取量程為0～0．1 MPa的壓力表，其分度值為0．5 kPa，一般讀數(shù)誤差為250 Pa，大于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的l33 Pa，用這樣的壓力表來測(cè)量基本不能滿足計(jì)算修正壓力降的要求。表l中其他壓力表的分度值遠(yuǎn)大于0．5 kPa，讀數(shù)誤差更大。因此，CJJ 33-2005提出的允許壓力降在實(shí)際中沒有可操作性。

本文針對(duì)各種試驗(yàn)用壓力表量程，選取不同壓力降許用值，見表l。這樣規(guī)定的壓力降是讀數(shù)誤差，實(shí)際上相當(dāng)于不允許泄漏。

3 試驗(yàn)系統(tǒng)組成

基于管壁溫度測(cè)量的埋地燃?xì)夤艿绖?dòng)態(tài)嚴(yán)密性試驗(yàn)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，見圖1。

硬件主要包括：

①壓力測(cè)量系統(tǒng)：選取l個(gè)或多個(gè)合適的壓力測(cè)量點(diǎn)，安裝壓力表，測(cè)量管內(nèi)的壓力。試驗(yàn)用壓力表的量程根據(jù)試驗(yàn)壓力選定，一般為試驗(yàn)壓力的1．5～2倍，精度等級(jí)和分度值見表l。

②溫度測(cè)量系統(tǒng)：將熱電阻傳感器粘貼于試驗(yàn)管道外壁，外面覆蓋保護(hù)傳感器的防潮和保溫層，再外加管道保溫。考慮溫度在管道軸向分布不均，沿管道長(zhǎng)度布置1個(gè)或多個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，取平均值作為管壁溫度。

③計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)壓力和溫度進(jìn)行定期測(cè)量，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。對(duì)試驗(yàn)過程中的進(jìn)氣和排氣程序進(jìn)行控制。

④加壓和泄壓系統(tǒng)：由氣源、進(jìn)氣閥、排氣閥和相應(yīng)管路組成。

軟件主要包括：試驗(yàn)順序控制程序，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)：溫度和壓力信號(hào)的采集、管內(nèi)介質(zhì)溫度換算、修正壓力降計(jì)算和嚴(yán)密性的判斷等。

4試驗(yàn)步驟

①敷設(shè)埋地試驗(yàn)管段，安裝嚴(yán)密性試驗(yàn)系統(tǒng)，并啟動(dòng)計(jì)算機(jī)測(cè)試平臺(tái)。

②在試驗(yàn)管段內(nèi)注人壓縮空氣，直到管道內(nèi)壓力達(dá)到所需要的試驗(yàn)壓力為止，通過計(jì)算機(jī)測(cè)試平臺(tái)自動(dòng)記錄初始管內(nèi)壓力p₀管外壁溫度t₀^b和試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)大氣壓力p_a0。

③通過計(jì)算機(jī)測(cè)試平臺(tái)定期檢測(cè)管內(nèi)壓力p_i，管外壁溫度t_i^b和試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)大氣壓力p_ai，計(jì)算修正壓力降Δp_i。

④嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果判斷：在連續(xù)24 h試驗(yàn)過程中，如果修正壓力降卸。均小于許用值，則該試驗(yàn)管段嚴(yán)密性試驗(yàn)合格。否則，只要出現(xiàn)1次壓力降超過許用值的情況，嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格。

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本文作者：潘柏定    徐松強(qiáng)   盧志明

作者單位：嘉興市特種設(shè)備檢測(cè)院   嘉興市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司  浙江工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院