Гидростатическое испытание — это способ, с помощью которого сосуды под давлением, такие как трубопроводы , водопровод , газовые баллоны , котлы и топливные баки, могут быть проверены на прочность и герметичность. Испытание включает заполнение сосуда или системы труб жидкостью, обычно водой, которая может быть окрашена для визуального обнаружения утечки , и нагнетание давления в сосуд до указанного испытательного давления. Герметичность можно проверить, перекрыв клапан подачи и наблюдая, есть ли потеря давления. Место утечки можно визуально определить легче, если вода содержит краситель. Прочность обычно проверяется путем измерения постоянной деформации контейнера.
Гидростатическое испытание является наиболее распространенным методом, используемым для испытания труб и сосудов высокого давления. Использование этого испытания помогает поддерживать стандарты безопасности и долговечность сосуда с течением времени. Новые изготовленные детали изначально квалифицируются с использованием гидростатического испытания. Затем они регулярно проходят повторную проверку в соответствии с соответствующим стандартом. В некоторых случаях, когда гидростатическое испытание нецелесообразно, пневматическое испытание под давлением может быть приемлемой альтернативой. [1]
Испытания сосудов высокого давления для транспортировки и хранения газов очень важны, поскольку такие емкости могут взорваться, если они выйдут из строя под давлением.
Гидростатические испытания проводятся в соответствии с ограничениями, налагаемыми отраслевыми или заказчикскими спецификациями, или могут быть предусмотрены законом. Сосуд заполняется почти несжимаемой жидкостью — обычно водой или маслом — под давлением, соответствующим испытательному давлению, и проверяется на наличие утечек или постоянных изменений формы. В воду могут быть добавлены красные или флуоресцентные красители , чтобы сделать утечки более заметными. Испытательное давление всегда значительно выше рабочего давления, чтобы обеспечить коэффициент безопасности. Этот коэффициент безопасности обычно составляет 166,66%, 143% или 150% от расчетного рабочего давления в зависимости от применяемых правил. Например, если баллон был рассчитан на DOT-2015 PSI (приблизительно 139 бар), он будет испытан при давлении около 3360 PSI (приблизительно 232 бар).
Вода обычно используется, потому что она дешева и легкодоступна, и обычно безвредна для проверяемой системы. Гидравлические жидкости и масла могут быть указаны там, где загрязнение водой может вызвать проблемы. Эти жидкости почти несжимаемы, поэтому требуют относительно небольшой работы для создания высокого давления, и поэтому также способны высвободить только небольшое количество энергии в случае отказа - только небольшой объем выйдет под высоким давлением, если контейнер выйдет из строя. Если бы использовался газ высокого давления , то газ расширился бы до V=(nRT)/p с его сжатым объемом, что привело бы к взрыву с сопутствующим риском повреждения или травмы.
Небольшие сосуды под давлением обычно испытываются с помощью испытания водяной рубашки. Сосуд визуально осматривается на предмет дефектов, а затем помещается в контейнер, наполненный водой, в котором можно измерить изменение объема сосуда, обычно путем контроля уровня воды в калиброванной трубке. Затем сосуд находится под давлением в течение определенного периода, обычно 30 или более секунд, и, если указано, расширение будет измеряться путем считывания количества жидкости, которая была вытеснена в измерительную трубку за счет увеличения объема сосуда под давлением. Затем сосуд сбрасывается, и постоянное увеличение объема из-за пластической деформации под давлением (остаточная деформация ) измеряется путем сравнения конечного объема в измерительной трубке с объемом до нагнетания давления.
Утечка даст результат, аналогичный постоянному усадочному давлению, но будет обнаружена путем удержания объема в сосуде под давлением путем закрытия впускного клапана на некоторое время перед сбросом давления, поскольку давление будет неуклонно падать в течение этого периода, если есть утечка. В большинстве случаев постоянное усадочное давление, превышающее указанный максимум, будет указывать на отказ. Утечка также может быть критерием отказа, но может быть, что утечка вызвана плохой герметизацией испытательного оборудования. Если сосуд выходит из строя, он, как правило, проходит через процесс осуждения, отмечая баллон как небезопасный. [ необходима цитата ]
Информация, необходимая для указания испытания, проштампована на баллоне. Она включает в себя стандарт конструкции, серийный номер, производителя и дату изготовления. После испытания на сосуд или его табличку обычно наносят штамп с датой успешного испытания и идентификационным знаком испытательного центра. [ необходима цитата ]
Более простое испытание, которое также считается гидростатическим испытанием, но может быть выполнено любым человеком, у которого есть садовый шланг, заключается в том, чтобы наполнить сосуд водой и физически осмотреть его снаружи на предмет утечек. Этот тип испытания подходит для таких контейнеров, как топливные баки для лодок, которые не являются сосудами под давлением, но должны работать под гидростатическим давлением содержимого. Гидростатическая испытательная головка обычно указывается как высота над верхом бака. Бак находится под давлением путем заполнения водой до указанной высоты через временную водонапорную трубу, если это необходимо. Во время испытания может потребоваться герметизация вентиляционных отверстий и других выходов. [ необходима цитата ]
Переносные огнетушители являются средствами безопасности, которые требуются в большинстве общественных зданий. Огнетушители также рекомендуются в домах. Со временем условия, в которых они размещаются, и способ обращения с ними влияют на структурную целостность огнетушителя. Ослабленный структурно огнетушитель может выйти из строя или даже взорваться, когда он больше всего нужен. Для поддержания качества и безопасности этого продукта используются гидростатические испытания. Все критические компоненты огнетушителя должны быть проверены для обеспечения надлежащей работы.
Гидроиспытания труб, трубопроводов и сосудов проводятся для выявления дефектных материалов, которые не были обнаружены ранее, для обеспечения того, чтобы оставшиеся дефекты были достаточно незначительны для обеспечения эксплуатации при проектных давлениях, для выявления возможных утечек и для окончательной проверки целостности построенной системы. ASME B31.3 требует проведения этих испытаний для обеспечения герметичности и прочности.
Подземные нефтегазопроводы высокого давления испытываются на прочность путем создания в них давления не менее 125% от максимально допустимого рабочего давления (MAWP) в любой точке по всей длине. Поскольку многие магистральные трубопроводы рассчитаны на кольцевое напряжение стали в 80% от указанного минимального предела текучести (SMYS) при максимально допустимом рабочем давлении MAOP, это означает, что сталь подвергается напряжению до SMYS и выше во время испытания, и испытательные секции должны быть выбраны так, чтобы гарантировать, что не произойдет чрезмерной пластической деформации. [ необходима цитата ]
Для трубопроводов, построенных по ASME B31.3, если расчетная температура больше испытательной температуры, то испытательное давление должно быть скорректировано с учетом соответствующего допустимого напряжения при расчетной температуре. Это делается путем умножения 1,5 MAWP на отношение допустимого напряжения при испытательной температуре к допустимому напряжению при расчетной температуре согласно ASME B31.3 Раздел 345.4.2 Уравнение 24. Испытательное давление не должно превышать значение, которое создаст напряжение выше предела текучести при испытательной температуре. ASME B31.3 Раздел 345.4.2 (c)
Другие кодексы требуют более обременительного подхода. BS PD 8010-2 требует проведения испытаний при 150% проектного давления , которое не должно быть меньше, чем максимально допустимое рабочее давление плюс помпаж и другие побочные эффекты, которые могут возникнуть во время нормальной эксплуатации. [ необходима цитата ]
Испытание на герметичность выполняется путем сопоставления изменений измеренного давления в испытательном участке с теоретическими изменениями давления, рассчитанными на основе изменений измеренной температуры в испытательном участке.
Австралийский стандарт AS2885.5 «Трубопроводы – Газовые и жидкие нефтепродукты: Часть 5: Испытания под давлением в полевых условиях» дает превосходное объяснение задействованных факторов. [ необходимо разъяснение ]
В аэрокосмической отрасли, в зависимости от авиакомпании, компании или клиента, необходимо соблюдать определенные кодексы. Например, у Bell Helicopter есть определенная спецификация, которой необходимо следовать для любых деталей, которые будут использоваться в их вертолетах. [ необходима цитата ]
В большинстве стран действуют законы или кодексы по сосудам под давлением, которые требуют регулярного тестирования сосудов, например, каждые два года (с ежегодным визуальным осмотром) для газовых баллонов высокого давления и каждые пять или десять лет для баллонов с более низким давлением, таких как используемые в огнетушителях . [2] [ необходимо разъяснение ] Газовые баллоны, которые вышли из строя, обычно уничтожаются в рамках протокола испытаний, чтобы избежать опасностей, присущих их последующему использованию. [3]
К этим общепринятым газовым баллонам американского стандарта предъявляются следующие требования: [4]
Обычно такие организации, как DOT PHMSA , ISO , ASTM и ASME, устанавливают руководящие принципы для различных типов сосудов высокого давления.
Гидравлические испытания являются опасным процессом и должны проводиться с осторожностью компетентным персоналом. Соблюдение предписанных процедур, определенных в соответствующих технических стандартах, соответствующих конкретному применению и юрисдикции, обычно снижает эти риски до приемлемого уровня.
Оборудование: