压力管道元件型式试验规则(合肥)

压力管道元件型式试验规则江苏省特种设备安全监督检验研究院缪春生目录一、概述（《压力管道元件型式试验规则》的编制过程的说明、压力管道元件型式试验的含义和性质、必须进行压力管道元件型式试验的产品确定原则、压力管道元件型式试验的产品覆盖范围的确定方法、试验置信度分析）二、压力管道元件型式试验基本要求（必须进行型式试验的压力管道元件产品及其说明、压力管道元件型式试验程序、重新进行压力管道元件型式试验的问题型式试验的监督问题的思考）三、典型压力管道元件型式试验简介（压力管道用金属管、管件型式试验压力管道用金属阀门型式试验压力管道用补偿器、波纹管膨胀节、金属软管型式试验等）一、概述背景资料：我国压力管道元件的制造质量状况。压力管道的事故统计表明：由于压力管道元件制造质量引起的安全事故占27％。国家质检总局下达了《压力管道元件型式试验方法的研究》（KJ200308)。并于2004年5月下达了编制《压力管道元件型式试验规则》的安全技术规范工作。主要任务是通过影响产品质量的因素分析，解决：一、概述背景资料：（1）哪些压力管道元件必须进行型式试验？（2）必须进行型式试验的压力管道元件试验项目及其合格评判标准的确定？（3）已经进行型式试验的压力管道元件产品能否覆盖其它产品？其覆盖的范围如何？（4）采用抽样方式进行的型式试验，其试验的置信度如何？（5）如何科学合理地规定压力管道元件型式试验的程序？一、概述1、型式试验的含义和性质型式试验（Type-Test或Type-Examination）的含义在《特种设备监察条例》条文解释中规定：型式试验是指国务院特种设备安全监督管理部门指定的检验检测机构对产品、部件是否满足安全要求而进行的全面技术审查、检验测试，必要时可进行破坏性试验。目的是审查被设计、制造的特种设备是否存在不能满足安全性能的缺陷，验证制造企业生产符合安全性能的产品的能力。一、概述1、型式试验的含义和性质在欧盟97/23/EC指令附录Ⅲ中给定的型式检验（ECtype-Examination）的含义是：指定机构确定和证明有关产品的代表性样品（在欧盟97/23/EC中称之为“型式”　）符合其适用条款，在型式检验中要求的技术文件必须有助于评定压力设备是否符合其适用的指令要求，指定机构进行或完成有关的检验和必要试验，确定制造商是否对已选择采用的相关标准得到了应用。一、概述1、型式试验的含义和性质型式试验目的是：作为评定产品质量的一个手段，确定产品是否满足安全要求，验证制造企业生产符合安全性能的产品的能力。但不仅限于产品的安全性能，而是一种全面的技术审查和性能测试。型式试验的内容：压力管道元件的设计和制造进行全面技术审查、检验测试、必要时可进行破坏性试验。一、概述1、型式试验的含义和性质型式试验的机构必须被核准或授权。型式试验的性质是属于可靠性验证试验中的可靠性鉴定试验。型式试验不是产品的出厂检验，两者的目的和要求不同，必须加以区分型式试验是当产品的功能在正常的出厂检验时无法得到验证的情况下的一种可靠性试验。前者对装置或零部件是否在规定时间内符合一定可靠性指标提供的保证。后者仅是对产品的性能参数测定其是否符合出厂指标。一、概述1、型式试验的含义和性质型式试验是当产品的功能在正常的出厂检验时无法得到验证的情况下的一种可靠性试验。前者对装置或零部件是否在规定时间内符合一定可靠性指标提供的保证。后者仅是对产品的性能参数测定其是否符合出厂指标。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品产品的固有可靠性主要包括产品设计的可靠性RD、制造工艺可靠性RM，产品检验可靠性RT等，即　　R=RDRMRT基于上述原则，确定必须进行型式试验的压力管道元件的产品：——压力管道元件的结构复杂，设计计算的模型需要进行设计验证的产品。——制造工艺对产品性能的影响难以定量描述，需要对其制造工艺进行验证的压力管道元件——压力管道元件的主要功能作用不能通过出厂检验确定是否满足要求，必须采用型式试验给予验证的产品。1、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品按照压力管道元件的过程作用进行将其归类为：（1）金属管、管件、支吊架及其组合装置（附录B）；（2）非金属压力管道元件（附录C）；（3）金属阀门（附录D）；（4）补偿器等柔性元件（附录E）；（5）密封元件（附录F）；（6）防腐蚀压力管道元件（附录G）；（7）L360及以上钢级的压力管道制管专用钢板、钢带（附录H）；（8）压力管道用聚乙烯(PE)原料（附录I）。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品1、金属管、管件、支承件及其组合装置的典型产品(1)输送石油、天然气用且外径大于等于200mm的钢管；(2)钢制管件（弯头、三通、四通等）；(3)直埋夹套管及其管件；(4)真空绝热管及其管件；(5)绝缘接头、阻火器；(6)弹簧支吊架。（7）大口径无缝钢管（公称直径大于或者等于200mm）(8)锅炉、压力容器、气瓶、低温管道用无缝钢管（公称直径大于25mm）（9）用于地下和地面之间输送液体或气体的金属油管和下入钻井眼内作衬壁的金属套管一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品输送石油、天然气用且外径大于等于200mm的钢管大都用于长输管道且为埋地弹性铺设，其固有的失效模式应当考虑其抗大变形的能力和止裂能力，但其制造标准GB/T9711.1、GB/T9711.2、GB/T9711.3的出厂检验中不包括这些项目，因此，应当进行型式试验。大口径无缝钢管（公称直径大于或者等于200mm）主要是考虑工业生产许可证工作的连续性锅炉、压力容器、气瓶、低温管道用无缝钢管（公称直径大于25mm）主要是考虑工业生产许可证工作的连续性和特殊使用时的性能要求。锅炉用钢管的应变时效敏感性、抗氧化性和高温性能与制造工艺的关系。低温管道韧脆性转变温度与制造工艺的关系。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品压力管道用管件：在 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 上，根据其连接形式分为对焊管件、承插管件和螺纹管件。由于承插管件的强度裕度较大，螺纹管件大多在压力不高、无腐蚀性、无毒的介质下使用，且其失效主要与其连接接头的可靠性有关，也不作型式试验的要求。对焊管件中由于异径管（大小头）和管帽的设计计算和制造简单。而弯头、三通、四通的制造工艺需要验证，所以只规定弯头、三通、四通等进行型式试验。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品弯头的制造方法有:热推与冷挤,这两种方法都是利用金属的变形特点来实现的。其变形过程中的物理模型是：一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品典型的热推工艺分为：扩径和弯曲。为保证弯头的质量，管坯尺寸与弯头尺寸的配套问题。尤其是弯头的壁厚变化。二、压力管道元件型式试验的基本要求必须进行型式试验的压力管道元件典型产品及其说明热冲压的工艺流程是：二、压力管道元件型式试验的基本要求必须进行型式试验的压力管道元件典型产品及其说明三通的壁厚与肩部的半径有关、管材的壁厚有关、与液压胀形的压力有关，因此采用不同的工艺可能有不同的结果。三通壁厚的变化规律复杂，ASME的结果。实验研究结果：结论：由于壁厚变化，所以必须进行型式试验。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品2、非金属压力管道元件典型产品(1)聚乙烯（以下简称PE）管；(2)PE管件；(3)PE阀门；(4)金属增强型PE复合管。PE塑料管与管件的使用大都是埋地铺设，使用的时间较长（一般要求使用30年），用于输送燃气。其失效形式为力学破坏。其破坏模式主要有三种：韧性破坏、脆性破坏、氧化破坏。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品3、压力管道用金属阀门的典型产品(1)用于中度以上毒性介质、易燃易爆介质、高压（≥10MPa）、高温（≥425℃）的闸阀、截止阀（节流阀）、球阀、蝶阀、旋塞阀、隔膜阀、柱塞阀、止回阀；(2)低温阀门（闸阀、截止阀、球阀、蝶阀）；(3)紧急切断阀（普通用途紧急切断阀、低温用途紧急切断阀）；(4)调压阀（自动减压阀、气动调节阀、电动调节阀、电站调节阀）一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品阀门的失效模式：壳体渗漏破裂、泄漏、关键的启闭件出现强度破坏、使用寿命短等问题。为防止这些故障在实际使用时发生，在产品制造过程需要经过设计审查和产品的型式试验验证，验证结构设计的合理性和制造的符合性。通用阀门的型式试验典型产品的选择是针对A级产品；低温阀门、紧急切断阀和调压阀的型式试验主要考虑其主要功能不能通过出厂检验确定是否满足技术要求，同时各相关标准大都规定了必须进行型式试验。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品4、压力管道用补偿器典型产品(1)波纹管膨胀节(金属波纹管膨胀节、非金属材料波纹管膨胀节，)；(2)金属软管；(3)其他型式补偿器(套管式补偿器、旋转式补偿器)。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品5、压力管道用密封元件典型产品（1）基本型金属缠绕垫片（2）带加强环型金属缠绕垫片（3）复合增强垫片（4）非金属垫片（5）金属垫（6）柔性石墨垫（板）（7）模压填料（8）编织填料。一、概述2、必须进行型式试验的压力管道元件产品6、防腐蚀压力管道元件典型产品(1)内、外涂敷防腐蚀压力管道（包括三层PE、滚塑、涂、镀、喷各种防腐蚀材料）(2)内衬防腐蚀材料压力管道元件（包括衬橡胶、塑料、纤维增强树脂、鳞片树脂等材料）(3)内搪（衬）玻璃压力管道元件7、L360及以上钢级的压力管道制管专用钢板、钢带8、压力管道用聚乙烯(PE)原料一、概述3、小子样试验置信度与抽样规则的制定本《规则》建议的抽样规则为：按GB10111-88《利用随机数骰子进行随机抽样的方法》从5件试验样品随机抽样2件样品，在规定的环境应力下进行试验，若抽取的2件样品均合格，则型式试验合格；若其中1件不合格时应重新抽取2件样品，当2件样品均合格时，则型式试验合格，否则型式试验不合格。一、概述4、压力管道元件型式试验的产品覆盖范围的确定方法压力管道元件型式试验的覆盖范围有两层含义：——已经进行了型式试验的典型产品可以替代哪些压力管道元件产品或哪些压力管道元件产品可以免做型式试验；——已经进行了型式试验的典型产品可以替代相同产品的规格范围如何。压力管道元件型式试验的覆盖原则是:与产品的型式试验具有相同或相近的安全裕度，或具有相同或相近的可靠度，这种安全裕度与压力管道元件的失效模式有关。一、概述4、压力管道元件型式试验的产品覆盖范围的确定方法基本思路（1）划分试验单元:将具有相同或相近的功能作用，具有相同或相近的设计方法，具有相同或相近的制造方法，具有相同或相近的失效模式，具有相同或相近的结构型式的产品归类，在《规则》中简称为试验单元；（2）对某一失效模式,确定主要影响因素（3）确定影响因素的范围（4）通过试验进行实际修正（如下图所示)压力管道元件主要失效模式（不考虑材料与介质之间的交互作用引起的失效）泄漏失效强度失效疲劳失效功能失效失效模式分析，寻找其主要参数主要参数对同有可靠度影响分析给定主要参数范围结合相关规范和试验验证修正主要参数范围压力管道元件型式试验覆盖范围一、概述4、压力管道元件型式试验的产品覆盖范围的确定方法以强度失效为例：对于强度失效而言，其内压引起的应力极限方程为：δ，D分别为型式试验试件的壁厚和直径；P为型式试验试件的试验压力；σb为型式试验试件的材料拉伸强度。一、概述4、压力管道元件型式试验的产品覆盖范围的确定方法则有：通过数值分析可知αD、αδ较大，对上述4式进行数值分析，其覆盖范围可转化为：D/δ和D两参数。二、压力管道元件型式试验的基本要求压力管道元件型式试验程序压力管道元件型式试验的程序和过程包括约请、设计审查、抽样、检验与试验、试验样品的管理、型式试验结果的判定与处理及出具型式试验报告等过程。二、压力管道元件型式试验的基本要求压力管道元件型式试验程序1、约请压力管道元件的制造单位或者委托的进口代理商向型式试验机构申请型式试验。压力管道元件型式试验机构在接受压力管道元件制造单位或者委托其进口代理商的型式试验约请后，应当编制型式试验 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，并且告知具体的试验时间。二、压力管道元件型式试验的基本要求压力管道元件型式试验程序应当提供下列资料：1、制造单位名称和地址（进口代理商还需提供进口代理商的名称和地址）；2、申请型式试验产品的名称、规格范围、产品技术参数以及所采用的标准；3、未向任何其他型式试验机构提出过相同申请的书面声明；4、型式试验需要的设计文件等其他资料。二、压力管道元件型式试验的基本要求压力管道元件型式试验程序2、设计审查的内容及说明设计审查的内容：设计审查包括设计文件和制造工艺文件的审查。设计审查内容：(1)设计图纸、设计计算书等设计文件是否齐全，设计采用的计算方法是否正确，设计数据及其来源是否得当；(2)影响产品安全性能的结构设计是否符合技术法规和标准的要求；(3)必要时，应当进行验证性计算，以确定抽样产品的设计是否存在影响安全性能的缺陷。二、压力管道元件型式试验的基本要求压力管道元件型式试验程序制造工艺文件的审查内容：产品主要生产工序的制造工艺是否符合满足相关安全技术规范和标准的要求；产品检验与试验的验收要求是否符合规定。审查后，型式试验机构应当及时与制造单位沟通，当设计文件、制造工艺文件不符合相关规定时，型式试验机构应当向制造单位提出书面整改意见并且确认制造单位的整改情况。二、压力管道元件型式试验的基本要求压力管道元件型式试验程序关于设计审查内容的说明（1）由于压力管道的设计特点是配管制，即根据设计条件选择管道等级，因此，对于国家标准系列的压力管道用管材、管件、密封元件等可以不进行设计文件审查。（2）当制造单位生产的产品，相关安全技术规范或标准中无相应产品结构型式或设计计算方法时，制造单位在提交审查的设计计算书中应有其产品工作原理介绍或设计计算方法的说明。二、压力管道元件型式试验的基本要求压力管道元件型式试验程序3、抽样的基本要求及说明抽样方式——型式试验用的样品(试件)应在制造单位成品库或生产线末端经出厂检验合格等待入库的产品中取随机抽样方法抽取。应当保证抽样合理，能够覆盖制造单位申请的压力管道元件产品。对于进口的压力管道元件，由进口代理商按规定的样品（试样）数量，提供抽样产品。二、压力管道元件型式试验的基本要求压力管道元件型式试验程序4、关于试验过程控制的几点说明（1）型式试验机构如果对压力管道元件制造过程中如原材料化学成分分析、有关力学性能试验、焊缝无损检测等检验与试验的结果有疑问时，应当对其进行检验与试验，否则，可以认可制造单位提供的检验与试验报告。(2)特殊情况下，需要借助其它专业试验设备时，型式试验机构应当对试验设备进行确认，并且应当派员监督试验过程，以保证试验的公正、客观和准确。（3）型式试验对于特殊结构或者特殊材料的压力管道元件，其制造成本昂贵且不能形成批量生产时，型式试验机构可采取适当的试验分析方法加以验证（如应力测定、制造技术鉴定等）替代破坏性试验。二、压力管道元件型式试验的基本要求需要重新进行压力管道元件型式试验的情况及其说明下列情况之一时，应当重新进行型式试验：(一)停止生产一年以上又重新生产；(二)影响压力管道元件安全性能的结构形式、设计所采用的计算模型、标准、安全系数等发生改变，需要进行设计验证；(三)因产品的主体材料发生变化等原因导致主要制造工序的工艺发生改变且需要对其制造工艺进行验证；(四)制造许可鉴定评审或者换证鉴定评审提出要求；(五)安全技术规范中提出要求。——取消了变更生产场所要进行型式试验的要求——取消了材料改变需要进行型式试验的要求。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用金属管、管件（1）、关于试验单元的划分大口径钢管在埋地铺设后的可能的失效模式是：大变形和强度失效。管件的失效形式是强度失效，因此以钢管和管件为基础，加之相应的功能要求（过滤、阻火、保温、绝热、绝缘）划分试验单元。弯头与三通是不同的试验单元，其理由是由于弯头和三通的强度失效模式、设计计算的公式不相同，弯头的爆破口是在内弧处，对于三通的爆破口是在曲率变化处，划分为二个不同的试验单元，但三通与四通的失效模式和设计计算公式相同，因此划分为一个单元。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用金属管、管件（2）、压力管道用金属管材的型式试验的说明输送石油、天然气用且外径大于等于200mm的钢管的型式试验抽样：型式试验样品（试样），应当在同一生产批次的1～3根钢管上截取,试验样品的抽样基数一般不少于10根；钢管抗大变形试验：结合西气东输钢管的试验经验和验收要求，给定试验方法和验收要求;可采用水压爆破试验中极限应变能力的测试、钢管实物压缩试验或钢管实物弯曲试验中的任一种方法。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用金属管、管件型式试验的覆盖范围：（1）高钢级覆盖低钢级（2）大壁厚覆盖小壁厚（3）标准对安全性能要求高的可以覆盖标准对安全性能要求低的。（讨论：这主要是生产许可证的规定）三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用金属管、管件管件爆破试验与验收标准的讨论目前我国常用的管件标准有：GB12459、GB13401　SH3408、SH3409，都规定了必须进行爆破试验。但：试验方法上：没有试件的规定，实际上试件对试验的结果影响甚大。验收标准上：理论爆破压力的计算存在差异。爆破口的位置没有明确规定。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用金属管、管件试件的要求：规定过渡段的尺寸。如三通对于DN小于等于350时，其试验短节长度不小于管件外径；对于DN大于350时，其试验短节长度不小于管子外径的一半。；三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用金属管、管件验收要求：理论爆破压力的计算：GB12459-90SH3408、ANSIB16.9本规则要求σb为材料的规定的抗拉强度，δ、D为试件的管子公称壁厚，规定管径σb为材料的实际抗拉强度，δ、D为试件的管子公称壁厚，规定管径σb为材料的实际抗拉强度，δ、D为试件的管子公称壁厚，实测管径三、典型压力管道元件型式试验方法的说明金属阀门型式试验的说明1、型式试验项目的说明阀门的带压开启-关闭操作试验这个试验的目的是阀门的寿命试验。检查阀门设计、结构、选材和制造质量情况，这是因为：阀门密封副带压差下相互磨损，加快了磨损，若阀门密封副堆焊材料及热处理不合格，则不能达到预定的试验次数，同时阀杆与阀杆螺母、阀杆与密封填料都在运动磨损，若有不合适之处，也会发现问题。在试验室条件下，由于受到操作条件的限制（管道内流量、介质温度、试验介质等），采取带压、开启时带压差的试验方式检查阀门的操作寿命次数，国外的一些公司在产品开发时，也采取类似的做法。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明金属阀门型式试验的说明2、阀门的压力试验与密封试验GB/T13927《工业用阀门阀门的压力试验》。等效采用ISO5208JB/T9092《阀门的检验与试验》，等效采用API598。这两个标准在（1）高、低压密封试验压力的选择，（2）密封试验压力和试验方法，（3）判定标准上差异较大。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明金属阀门型式试验的说明密封压力的选择：在GB/T13927中，完全可以采用高压密封，而在JB/T9092标准中，对于压力较低的闸阀、浮动式球阀等必须要进行低压密封试验的。众所周知，闸阀、浮动式球阀在高压下是比低压容易密封的，这样，就有可能出现按GB/T13927标准检验合格的阀门用JB/T9092标准进行校验，出现不合格现象，即GB/T13927规定的不严谨。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明金属阀门型式试验的说明试验方法：在JB/T9092标准中明确规定对于楔式单闸板（刚性或弹性的）闸阀，不允许将试验介质封闭在两密封面，在两密封面处灌注清水或涂上肥皂水等类似的试验方法。在GB/T13927标准中没有明确规定试验方法，目前大多数的阀门生产企业却用这种方法进行闸阀的出厂密封检验，这种方法的弊端在于无法确定阀体腔中的压力是否是密封试验压力。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用补偿器、波纹管膨胀节、金属软管型式试验1、试验单元的划分波纹管膨胀节的试验单元的划分。波纹管膨胀节的性能取决于波纹管的性能，这些性能主要包括强度、刚度、稳定性和疲劳寿命。压力管道用波纹管膨胀节中的波纹管的常用波形有：U形、Ω形、C形和S形等，从压力管道用波纹管膨胀节的使用特点可分为：非约束型膨胀节和约束型膨胀节。相同的波形具有相同的设计计算方法。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用补偿器、波纹管膨胀节、金属软管型式试验失稳对波纹管膨胀节的危害在于它会大大降低波纹管的疲劳寿命和承受压力的能力。波纹管膨胀节的失稳有两种模式：平面失稳和柱失稳。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用补偿器、波纹管膨胀节、金属软管型式试验3、试验项目的确定除GB/T12777—1999外，其他标准都要求进行爆破试验；稳定性试验在不同的标准中，其试验压力相差较大。这两点都涉及到波纹管膨胀节的稳定性问题，从安全的角度考虑，波纹管膨胀节的稳定性问题较疲劳问题更加重要，尤其是柱失稳的影响，但是柱失稳试验的难度较大且影响因素甚多。鉴于此，规定了优先采用爆破试验替代柱失稳试验。三、典型压力管道元件型式试验方法的说明压力管道用补偿器、波纹管膨胀节、金属软管型式试验3、样品（试样）抽样规则采用单式轴向型金属膨胀节进行疲劳试验、柱失稳试验或者爆破试验时，其公称尺寸不得小于200mm，设计疲劳寿命应当大于等于1000次，并且尽可能抽取较高设计压力的金属波纹管膨胀节；压力(耐压)试验与气密性试验样品（试样）的抽样必须包括制造单位申请的约束型膨胀节，（与申请的产品具有相同的波纹管形式）；样品（试样）的压力(耐压)试验与气密性试验可以在制造单位进行。谢谢各位欢迎批评指正