探析超高压氦气管道的安装施工技术

杨光

摘 要：超高压氦气管道安装是指输送介质为氦气，压力等级P≥100 MPa的金属管道安装。文章结合笔者公司承接的某风洞超高压氦气管道安装工程的实际施工经验，简要阐述超高压氦气管道卡套式安装技术措施，确保超高压管道安装质量及使用安全，在实际施工中起到一定的指导意义。

关键词：超高压管道；氦气；加工件

中图分类号：TH138 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0026-01

1 概 况

氦气是一种无色无味的惰性气体，气体密度0.1786 g/L（0 ℃、1 atm），在干空气中的体积含量仅为5.24×10-6。氦气作为国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一，然而我国现有氦气资源相当贫乏，含量很低，提取难度大，成本高。鉴于上述诸多现状对超高压氦气管道的安装提出了很高的要求，特别是超高压管道连接的密封面面临严苛的考验。

2 施工步骤

2.1 施工前的准备工作

2.1.1 技术准备

超高压氦气管道安装之前，首先由安装单位专业技术人员认真审阅设计施工图、安装技术任务书及相关技术规程、规范；其次由设计单位、安装单位、业主方一起进行图纸会审，将设计缺陷完善或对有疑问的事项进行补充说明、解答；最后编制超高压氦气管道安装施工方案、超高压氦气管道水压强度试验及气密性试验专项方案、超高压氦气管道吹扫专项方案。

2.1.2 材料机具准备

根据施工图及安装技术任务书的要求提交材料需求计划，采购所需材料及施工机工具。超高压氦气管道采用卡套式连接，不采用焊接，过渡接头、管件、螺栓、锁紧螺母、透镜垫等采取外协加工，所以准备常用施工机具及检验工具即可。

2.2 超高压管道安装原材料检验

原材料的质量是否合格，直接影响整个安装工程的质量。因此，超高压无缝钢管、阀门、加工件到货后必须进行复检，每一个技术指标依照国家现行有关标准进行严格检测，不能麻痹大意。

2.3 超高压氦气管道安装

超高压氦气管道采用锥面密封连接，管端加工螺纹和120 ？觷锥面，然后用连接螺母将高压管与阀门、三通、90 ？觷直角弯头或设备上的接头牢固连接。上述管道及管件的密封面为透镜面，之间加透镜垫连接安装。

2.3.1 超高压氦气管道安装具体措施

①管道安装前及安装后，为保证管道的洁净度采用干燥压缩空气或氮气将管道内壁进行吹除。

②超高压供气管道水平安装，固定后不能产生较大的弯矩及扭矩，为了避免管道振动，使用U型管卡将管道固定在角钢支架上，并采用防震耐磨的顺丁橡胶把管道与支架相互隔离开。

③所有管道、管件密封面应采用2 000目金相砂纸进行研磨，使其表面粗糙度达到1.6 mm。

④管道与管道之间采用连接螺母连接，使用特制透镜垫密封，每个连接螺母均使用一个锁紧螺母锁连。

⑤超高压氦气管道转弯部分，需用直角弯头连接，严禁使用弯管替代直角弯头。

⑥管道下料尺寸需精确测量，充分考虑管件、透镜垫等本身的尺寸，采取现场量具测量与三维软件相结合的方式下料，确保下料尺寸的精确。

⑦超高压管道与气动截止阀安装时，需先确定气动截止阀位置，阀门安装完成后，再根据实际尺寸下料进行安装；超高压氦气管道与气动截止阀及激波管本体连接安装方式，如图1所示。

2.4 支、吊架安装

超高压管道支、吊架安装需要确定两大因素：支架的间距及支架形式。

管道支吊架允许跨距应同时满足管道强度和刚度两个条件。强度条件是控制管道自重弯曲应力不超过设计温度下材料许应力的一半；刚度条件是限制管道自重产生的弯曲扰度，一般管道设计扰度不应超过15 mm，装置外管道的扰度不应超过38 mm；由管道自重产生的弯曲扰度不应超过支吊架跨距的0.005；尽端管道两支吊架间的管道长度不应大于水平直管段上支吊架最大允许跨距的0.81倍；水平90 ？觷弯管两支吊架间的管道展开长度，不应大于水平直管段上支吊架最大允许跨距的0.73倍。

2.5 超高压氦气管道试压吹扫

2.5.1 水压强度试验

①施工前准备。超高压氦气管道安装完毕及检查合格后，应进行水压强度试验。首先应编制水压强度试验及吹扫专项方案，经甲方负责人及监检单位共同确认后方可组织实施。

②试压压力确定。超高压氦气管道水压强度试验介质为洁净的自来水，其氯离子含量不超过25 ppm，其实验压力为管道设计压力的1.5倍。当管道的设计温度高于试验温度时，实验压力应按下式计算，并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。

③试压具体措施。超高压氦气管道压力试验用压力表的满刻度值应为试验压力的1.5～2倍，其精度不得低于1.5级，并且经过校验合格。管路上的压力变送器、仪表元件等不能参与试验的物体要进行拆除或用相同长度的超高压管道进行替换。试压时应在管线最高处设置排气阀，然后按水压强度专项施工方案设立的压力梯度缓慢进行注水及升压。

在此过程中应注意观察超高压管道有无变形，待压力达到试验压力后稳压10 min，查看所有管道连接的密封面有无渗水或泄露的现象，再将试验压力降至设计压力，保压30 min以压力不降及无渗漏情况为合格。

压力试验合格后应及时将管线内试验介质排掉，首先将管线压力降至常压。其次，排液时应防止产生负压，先打开高处的排气阀，最后打开低处泄压阀进行排液。

最后按照规范要求如实填写管道系统压力试验记录。

2.5.2 超高压管道吹扫

①超高压氦气管道试验合格后进行吹扫，吹扫气源采用科研试验新区高压空气气源站提供的高压干燥空气进行吹扫。

②吹扫气源流速不应低于20 m/s，吹扫压力不得高于设计压力。

③管道吹扫前，应先将水排出并检查支吊架是否牢固可靠。吹扫分三次进行，每次吹扫需间隔一定的时间。

④在排气口设置贴有白布或涂刷白色涂料的木制靶板进行检验，吹扫5 min后靶板上无铁锈、尘土、水分及其他杂物则为合格。

2.5.3 气密性试验

由于氦气资源稀缺、成本高，为了防止泄漏带来的损失，应进行气密性试验。气密性试验应符合下列规定：①试验介质采用干燥洁净的氮气；②气密性试验时应装有安全阀，超压后能自动泄压；③气密性试验的试验压力为设计压力的1.15倍；④在试验压力下保持10 min，再将压力降至设计压力，在试验过程中应以发泡剂检验所有密封面连接处以不泄露、无压降为合格。

3 结 语

超高压氦气管道工作压力特别高，存在一定的危险性。在施工过程中坚决执行“三不”政策，即原材料不合格不使用、本工序不合格不交付、上一工序不合格不接受。严格执行国家相关规范标准，不得随意更改设计要求及降低质量验收标准。根据施工中遇到的实际问题采取合理、科学、高效的措施进行施工，确保整个安装工程的质量。

参考文献：

[1] GB 50184—2011，工业金属管道工程施工质量验收规范[S].

[2] 劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局.压力管道安全管理及监察规定[M].大连：大连理工大学出版社，1996.

[3] 《动力管道设计手册》编写组.动力管道设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4] 陈宏钧.机械加工常用标准便查手册[M].北京：中国标准出版社，2006.

[5] GB/T 577—2008，无缝钢管超声波探伤检验方法[S].