基于中美欧标准的HDPE消防管道压力试验对比

2020-04-09冯光华刘雪洋

水运工程 2020年3期

冯光华，刘雪洋

(中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510310)

HDPE管道以其耐腐蚀、质量轻、造价低、密封性好、安装便捷及使用寿命长等特点，日益取代了传统金属管道。HDPE水压试验常用水压泵加载，压力表常设置在阀门附近，水压试验见图1。对于HDPE压力试验，国内外的同行做了较多的研究。周敏等[1]利用自制室内足尺大型模型试验系统,以粗砂为管道开挖沟槽回填料,通过调整模型箱底板的下沉模拟地层沉陷形成过程,研究埋地HDPE双壁波纹管道的受力变形特性及其上覆回填料土体的沉降分布规律。朱永涛等[2]以南水北调配套工程邢清干渠南宫干线试验段为依托,分别对4种不同回填方式的管道变形率进行测试,建立管道变形有限元模型。尤佺等[3]通过有限元数值模拟分析并综合现场试验数据,提出了基于填土高度的管顶挠度预测公式和基于管顶挠度的最大管周环向应变预测公式,可以方便快捷地预测HDPE管道装配应变。张震等[4]利用时温叠加原理将不同温度下的蠕变试验曲线移动形成一条光滑的主曲线，准确地确定土工格栅HDPE50的蠕变折减系数。上述的试验研究，大多参考国内的规范，而对于一带一路的工程项目，特别是东非的坦桑尼亚项目，常用的美标和英标试验却少见报道。

图1 水压试验

1 工程概况

某项目位于东非第二大港——达累斯萨拉姆港，为改扩建水工项目，其新建滚装泊位堆场消防管线全长1 920 m，包含40座消防井，设计全部采用HDPE管道，其工作压力为9.5 bar(0.95 MPa)，均采用法兰连接，见图2。

图2 法兰连接示意图

压力试验初期未考虑到HDPE管道的蠕变特性，采用刚性管道水压试验方法，在试验期间发生明显压力下降及爆管现象，爆管现场见图3，通过对HDPE消防管道水压试验失败的不断总结，对比分析中国、欧洲和美国3种关于管道蠕变的水压试验规范后，最终采用欧洲规范BS EN 805:2000取得了HDPE消防管道水压试验的成功。

图3 加压爆管

2 中欧美规范介绍

2.1 中国规范GB 50268—2008

GB 50268—2008[5]水压试验流程见图4。

图4 GB 50268—2008水压试验流程

1)试验管道在不大于工作压力条件下充分浸泡不少于24 h。将管道内水压缓缓上升至试验压力并稳压30 min，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力，检查管道接口、配件等处无漏水、损坏现象，有漏水、损坏现象时应及时停止试压，查明原因并采取相应措施后重新试压。停止注水补压并稳定30 min，当30 min后压力下降不超过试验压力的70%，则试验结束；否则重新注水补压并稳定30 min再进行，直至30 min后压力下降不超过试验压力的70%。

2)迅速将管道泄水降压，降压量为试验压力的10%～15%，期间应准确计量所泄出的水量ΔV,并按下式计算允许泄出的最大水量ΔVmax：

(1)

式中：1.2为空气系数；V为试压管段总容积(L)；ΔP为降压量(MPa)；en为管材公称壁厚(m)；Di为管材内径(m)；EW为水的体积模量(MPa)；EP为HDPE管道弹性模量(MPa)。EP、EW取值见表1。

表1 水的体积模量EW和HDPE管道弹性模量EP取值

3)ΔV≤ΔVmax时，继续进行试验；ΔV> ΔVmax时，应停止试压。排除管内过量空气再从2)重新开始试验。

4)每隔30 min记录一次管道剩余压力，应记录30 min；30 min内管道剩余压力有上升趋势时，则水压试验结果合格见图4流程①；30 min内剩余压力无上升趋势时，则应持续观察60 min；整个90 min内压力下降不超过0.02 MPa，则水压试验结果合格，见图4流程②。

上述两条均不能满足时，则水压试验结果不合格，应查明原因并采取相应措施后再重新组织试压。

2.2 欧洲规范BS EN 805:2000

欧洲规范BS EN 805:2000[6]试验流程(图5)与中国规范GB 50268—2008基本相同，关于具体不同点在下文规范对比及算例中会提及，注意公式计算时的单位换算。

图5 欧洲规范BS EN 805:2000水压试验流程

2.3 美国规范ASTM F2164-18

美标ASTM F2164-18[7]对于管道试验的规定要点如下(图6)：

1)缓慢注水排空试验管道内的空气，保证试验段管道与管内液体温度相同。

2)注水加压至试验压力。检查管口、配件等处有无漏水、损坏现象。

3)保持试验压力稳定4 h，期间有压力下降，可以注水补压至试验压力。

4)将试验压力降低10 psi(69 kPa)，停止注水补压，观测1 h。

5)如果1 h内管道无明显泄露，且压力下降不超过5%，则水压试验结果合格；反之水压试验结果不合格，查明原因并采取相应措施后再重新组织试压。

图6 美国规范ASTM F2164-18水压试验加载

3 中欧美规范对比

3.1 预试验阶段前

3.1.1压力试验的确定

对于试验压力的确定，中国规范为1.5倍工作压力且不小于0.8 MPa；美国规范为1.5倍工作压力；欧洲规范比较1.5倍工作压力与工作压力+500 kPa，取两者之间较小的数值为试验压力。

3.1.2注水浸泡要求

对于消防管道注水浸泡时间，中国规范要求至少24 h；欧洲规范要求至少60 min；美国规范在时间上没有具体要求，但提出管内外温度保持一致且保证管内空气排空。

3.2 预试验阶段

在注水加压阶段，中国规范要求缓慢升压至试验压力；欧洲规范要求快速升压，且在时间上规定10 min之内升压至试验压力;美国规范对于注水加压没有时间上的要求，但要求保证整个压力试验时间在8 h之内。

中国规范与欧洲规范基本相同，在预试验阶段均有单独的合格通过标准，欧洲规范要求更严格，主要体现在注水加压时间短、停压观测时间长；美国规范补压稳定时间长，没有合格标准，可以理解为预试验阶段与主试验阶段一体化、不分开。

3.3 主试验阶段

主试验阶段前中欧美3种水压试验规范对比见表2。

中国规范与欧洲规范都有允许泄出最大水量ΔVmax的计算，均要求降压泄水量ΔV≤ΔVmax，泄水降压量与ΔVmax的计算公式完全相同。在满足ΔV≤ΔVmax后，均要求停压观测30 min，中国规范要求每3 min记录一次，欧洲规范无具体要求。30 min压力无上升趋势时，均继续观测60 min，中国规范要求压力下降不超过0.02 MPa，欧洲规范要求压力下降不超过25 kPa。美国规范的泄水降压量为固定值10 psi(69 kPa)，同时停压观测时间固定为1 h，相反，合格标准非固定，要求不超过试验压力5%。

中国规范与欧洲规范基本相同，相比之下中国规范要求更严格，体现在最后90 min的压力下降比欧洲规范少5 kPa；美国规范与其他两种规范差距较大，流程相对简单，主要体现在无须公式计算，停压观测时间固定。

表2 主试验阶段前中欧美3种水压试验规范对比

4 基于欧洲规范BS EN 805:2000的算例

基于欧洲规范算例水压试验流程见图7。

图7 基于欧洲规范算例水压试验流程

试验当天中午12:00点温度为30 ℃，两座消防井之间相距73.9 m，采用的HDPE消防管直径为0.16 m、壁厚0.01 m，试验前一天晚上注满水浸泡，保证时间大于60 min。消防管道工作压力为950 kPa，根据表2，试验压力取1 425 kPa，管道体积为V=1.486 m3=1 486 L。

将管道内水压缓缓上升至1 425 kPa并通过注水补压稳定30 min，停止注水补压并稳定60 min，测得压力为1 150 kPa。

迅速将管道泄水降压200 kPa(试验压力的14.04%)，此时压力为950 kPa，期间出水量为0.85 L。

V=1 486 L，ΔP=200 kPa，e=0.01 m，D=0.14 m。根据表1，EW=2.23 GPa;EP=6.1 GPa。由式(1)计算得，ΔVmax=0.979 L，ΔV=0.85 L< 0.979 L(=ΔVmax)。

继续观测30 min，此时压力仍为950 kPa，压力无上升趋势，继续观察60 min，此时压力为935 kPa，期间压力下降15 kPa，小于25 kPa，水压试验结果合格，此次消防管道压力试验成功。