（天津华冶工程设计有限公司天津300270）
摘要：动力管道为一种特种设备，是指火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道。电厂内动力管道种类繁多，危险程度高，一旦发生安全事故，对人民的生命财产带来严重威胁。水压试验是用于检验管道组成件的强度和管系的严密性的常用措施。目前各规程规范对水压试验计算方法各有规定，特别是动力管道。现行火力发电厂动力管道相关规范关于计算水压试验要求不统一、不严格，安全系数较低或不考虑管道工作温度较高对材料许用应力的折减，存在一定的安全隐患。工业管道相关规程规范对水压试验安全系数均为1.5倍，且考虑管道工作温度较高材料许用应力折减，计算合理，安全性较高，不易出安全事故。动力管道为工业管道的一个品种，同时也应遵循工业管道的相关要求，水压试验计算压力也应执行较严格工业管道相关规范。
关键词：动力管道；工业管道；材料许用应力；水压试验
1.概述
随着科学技术进步，工业生产不断发展，人民生活质量日益提高，利用管道输送流体，已成为当今世界工业生产和人民生活不可缺少的组成部分。流体输送时除了管道需承受一定压力外，还有介质特性十分复杂，如有毒、可燃、易爆或输送高温高压等。火力发电厂是利用锅炉产蒸汽推动汽轮发电机组发电，电厂内管道种类繁多，危险程度高，一旦发生安全事故，对人民的生命财产带来严重威胁。水压试验是用于检验管道组成件的强度和管系的严密性的常用措施。目前各行业规程规范对水压试验计算方法各有规定，特别是火力发电厂动力管道。
动力管道为一种特种设备，是指火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道。国家对特种设备实行目录管理，《中华人民共和国特种设备安全法》把压力管道纳入特种设备范围，并对其进行监察管理。根据《中华人民共和国特种设备安全法》和《特种设备安全监察条例》的规定，质检总局2014年修订的《特种设备目录》，动力管道为工业管道的一个品种，工业管道为压力管道的一个类别。动力管道水压试验除需遵循动力管道相关规程规范的相关要求，同时也应遵循工业管道的相关要求。
动力管道是指火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道，划分为GD1级、GD2级。GD1级动力管道是指设计压力大于等于6.3MPa，或者设计温度大于等于400℃的管道；GD2级动力管道是指设计压力小于6.3MPa，且设计温度小于400℃的管道。（《压力容器压力管道设计许可规则》TSG_R1001-2008附件B）由此可见动力管道输送介质参数高，危险程度大，尤其GD1级动力管道，管道安装后进行水压试验特别重要，可检验管道组成件的强度及管系的严密性。
2.相关标准、规程及规范对动力管道水压试验的规定
动力管道是工业管道类压力管道，在火力发电厂内用于输送蒸汽或汽水两相介质，水压试验需遵循的主要标准、规程及规范如下：
《电厂动力管道设计规范》GB50764-2012
《火力发电厂汽水管道设计规范》DL/T5054-2016
《压力管道规范动力管道》GB/T32270-2015
《压力管道安全技术监察规程¬¬----工业管道》TSGD0001-2009
《压力管道规范工业管道》GB/T20801-2006
《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-2010
以上各主要标准、规程及规范对动力管道水压试验规定分别如下。
2.1电厂动力管道设计规范
《电厂动力管道设计规范》GB50764-2012规定管道系统的严密性试验宜采用水压试验，介质采用洁净水。水压试验压力应按照设计图纸的规定，且不小于设计压力的1.5倍。
该规范仅规定了水压试验的最小值，但最小值又无设计温度对材料需用应力修正的规定；要按设计图纸的规定，不便于设计人员执行，相当于没有严格规定。
2.2火力发电厂汽水管道设计规范
《火力发电厂汽水管道设计规范》DL/T5054-2016中规定管道组成件的强度及管系严密性试验需符合下列规定：
1）管道组成件的强度试验压力（表压）应按下列公式计算：
PT=1.25P×[σ]T/[σ]t或P=1.5P公式2-1
PT=0.1+P公式2-2
取两者中的较大者。
式中：
PT试验压力，MPa
P设计压力，MPa
[σ]T试验温度下管子的许用应力，MPa
[σ]t设计温度下管子的许用应力，MPa
水压试验压力下，试件内周向应力值不应大于材料在试验温度下屈服极限的90%。
2）管道系统严密性试验压力（表压）不应小于小于1.5倍设计压力，且不应小于0.2MPa按下列公式计算。
该规范对较高压力的管道可采取了两种均可采用的计算方法，一种计算方法无设计温度对材料需用应力修正的规定，另一种水压试验超压仅1.25倍，但无使用条件，也不设计人员执行。
2.3压力管道规范动力管道
《压力管道规范动力管道》GB/T32270-2015规定管道水压试验，应使用洁净水,水压试验压力不小于设计压力的1.5倍，且不小于0.2MPa。
该规范仅规定了水压试验的最小值，无设计温度对材料需用应力修正的规定，要求较低，如考虑设计温度对材料需用应力影响，甚至达不到工作状态设计压力。
2.4压力管道安全技术监察规程
在《压力管道安全技术监察规程¬¬----工业管道》TSGD0001-2009中规定承受内压的管道（管道与容器作为一个系统进行液压试验除外），系统内任何一处的液压试验压力不低于1.5倍设计压力，当管道的设计温度高与试验温度时，试验压力不得低于公式3-1的计算值，且当PT在试验温度下产生超过管道材料屈服强度的应力时，应将试验压力PT降至不超过屈服强度的最大压力。
PT=1.5P×S1/S2公式2-3
式中：
PT试验压力，MPa
P设计压力，MPa
S1试验温度下管子的许用应力，MPa
S2设计温度下管子的许用应力，MPa
当S1/S2大于6.5时，取6.5。
当管道与容器作为一个系统统一进行液压试验，管道试验压力小于或者等于容器的试验压力时，应当按照管道的压力进行试验；但管道试验压力大于容器的试验压力，并无法将管道与容器隔开，同时容器的试验压力大于或者等于公式3-1计算的管道试验压力的77%时，经审计单位同意，可以按容器的试验压力进行试验。
2.5压力管道规范工业管道
《压力管道规范工业管道》GB/T20801-2006检验与试验中规定液压试验采用洁净水，系统中任何一点液压试验压力均不得低于1.5倍设计压力，当设计温度高于试验温度时，按公式3-2的计算值。
PT=1.5P×S1/S2公式2-4
式中：
PT试验压力，MPa
P设计压力，MPa
S1试验温度下管子的许用应力，MPa
S2设计温度下管子的许用应力，MPa
当S1/S2大于6.5时，取6.5。
2.6工业金属管道工程施工及验收规范
《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-2010中工业金属管道液压试验规定如下为地上钢管道及有色金属管道试验压力应为设计压力的1.5倍；埋地钢管道及有色金属管道试验压力应为设计压力的1.5，且不得低于0.4MPa。当设计温度高于试验温度时，按公式3-3的计算值。且应校核管道在试验压力条件下的许用应力，试验温度下产生超过管道材料屈服强度的应力时，应将试验压力降至不超过屈服强度的最大压力。
PT=1.5P×S1/S2公式2-5
式中：
PT试验压力，MPa
P设计压力，MPa
S1试验温度下管子的许用应力，MPa
S2设计温度下管子的许用应力，MPa
当S1/S2大于6.5时，取6.5。
当管道与容器作为一个系统统一进行液压试验，管道试验压力小于或者等于容器的试验压力时，应当按照管道的压力进行试验；但管道试验压力大于容器的试验压力，并无法将管道与容器隔开，同时容器的试验压力大于或者等于公式3-3计算的管道试验压力的77%时，经审计单位同意，可以按容器的试验压力进行试验承受内压得埋地铸铁管道水压试验压力，当设计压力小于等于0.5MPa时，试验压力应为设计压力的2倍；当设计压力高于0.5MPa时，试验压力应为设计压力加0.5MPa。
3.案例分析
以某电厂主蒸汽管道为例，该电厂主蒸汽规格为DN200(φ245×28)，设计压力13.7MPa,设计温度545℃，设计材料为12Gr1MoVG(GB5310-2016),水压试验温度20℃。该主蒸汽锅炉出口设置了水压试验堵阀，汽机进口设置电动隔离阀，满足独立进行水压试验。查材料许用应力表，水压试验压力工况材料许用应力为157MPa,设计工况材料许用应力为68.5MPa。该主蒸汽管道水压试验压力计算分别如下。
3.1按《电厂动力管道设计规范》该主蒸汽管道水压试验压力应按图纸规定，且不小于P=1.5PT=1.5×13.7=20.55MPa
3.2按《火力发电厂汽水管道设计规范》该主蒸汽管道水压试验压力：
PT=1.25P×[σ]T/[σ]t
=1.25×13.7×157/68.5
=39.25MPa
或P=1.5P=1.5×13.7=20.55MPa
3.3按《压力管道规范动力管道》该主蒸汽管道水压试验压力不小于PT=1.5P=1.5×13.7=20.55MPa
3.4按《压力管道安全技术监察规程¬¬----工业管道》该主蒸汽管道水压试验压力：
PT=1.5P×S1/S2
=1.5×13.7×157/68.5
=47.1MPa
3.5按《压力管道规范工业管道》该主蒸汽管道水压试验压力：
PT=1.5P×S1/S2
=1.5×13.7×157/68.5
=47.1MPa
3.6按《工业金属管道工程施工及验收规范》主蒸汽管道水压试验压力：
PT=1.5P×S1/S2
=1.5×13.7×157/68.5
=47.1MPa
综上案例，按照《电厂动力管道设计规范》及《火力发电厂汽水管道设计规范》计算水压试验均满足1.5倍设计压力20.55MPa即可；《火力发电厂汽水管道设计规范》也可1.25倍设计压力，再乘以材料在工作温度与水压试验温度下材料折减系数，计算为39.25MPa。按照《压力管道安全技术监察规程¬¬----工业管道》、《压力管道规范工业管道》及《工业金属管道工程施工及验收规范》计算水压试验计算方法及结果均一致，为1.5倍设计压力，再乘以材料在工作温度与水压试验温度下材料折减系数，计算为47.1MPa。同样是主蒸汽管道，按不同规程规范其计算数据差别较大，最大达47.1MPa,最小20.55MPa即可，这不利于设计施工检验人员执行，如该管道如按20.55MPa进行水压试验必然存在较大安全隐患。
4.结论
动力管道是指火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道，其设计温度压力均较高，尤其主蒸汽管道最高达600℃，温度对材料及材料的许用应力折减特别大，水压试验通常在常温进行，如不考虑许用应力折减，1.5设计压力其实在设计工况还远达不到实际的工作压力。如按此压力进行水压试验，其结果是达不到检验管道组成件强度及管系严密性的目的，为运行埋下安全隐患。动力管道在水压试验时应以《压力管道安全技术监察规程¬¬----工业管道》、《压力管道规范工业管道》及《工业金属管道工程施工及验收规范》计算结果确定为水压试验压力。
参考文献
[1]《电厂动力管道设计规范》GB50764-2012.
[2]《火力发电厂汽水管道设计规范》DL/T5054-2016.
[3]《压力管道规范动力管道》GB/T32270-2015.
[4]《压力管道安全技术监察规程¬¬----工业管道》TSGD0001-2009.
[5]《压力管道规范工业管道》GB/T20801-2006.
[6]《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-2010.