ГОСТ 33257-2015. Арматура трубопроводная. Методы контроля и испытаний

ГОСТ 33257-2015 является базовым межгосударственным стандартом, который устанавливает виды и категории испытаний трубопроводной арматуры, методы обязательного контроля и критерии оценки результатов. Его требования распространяются на серийно выпускаемую арматуру, опытные образцы и арматуру, проходящую эксплуатационные испытания.

Практическая ценность стандарта состоит в том, что он формирует единые правила для проверки прочности, плотности материала корпусных деталей и сварных швов, герметичности относительно внешней среды, герметичности затвора и работоспособности арматуры. По сути, это методический документ, который отвечает на вопрос, как именно испытывать арматуру, в какой последовательности, при каких средах и давлениях, какими средствами измерения и по каким признакам судить о годности изделия.

Что именно регулирует ГОСТ 33257-2015

Стандарт делит работы на контроль и испытания. К основным видам контроля он относит визуальный и измерительный контроль. К основным испытаниям он относит гидравлические и пневматические испытания, включающие четыре ключевых направления.

• Испытания на прочность и плотность материала корпусных деталей и сварных швов.
• Испытания на герметичность относительно внешней среды по подвижным и неподвижным соединениям.
• Испытания на герметичность затвора.
• Проверку функционирования.

Кроме обязательных испытаний, стандарт предусматривает дополнительные испытания для определения гидравлических, акустических, надежностных и безопасностных характеристик, а также специальные испытания на климатическую, механическую и термическую стойкость.

 

Ключевые термины, которые определяют смысл испытаний

Для правильного применения ГОСТ 33257-2015 важно понимать терминологию. Герметичность в стандарте рассматривается как способность арматуры и ее элементов препятствовать газовому или жидкостному обмену между разделенными полостями. Герметичность затвора рассматривается отдельно и относится именно к уплотнительной паре, разделяющей две полости внутри арматуры.

Стандарт вводит понятия давления настройки, давления закрытия, давления начала открытия и давления полного открытия для предохранительной арматуры. Для регулирующей арматуры принципиально важны понятия действительной и условной пропускной способности. Для описания испытаний используются также номинальный диаметр DN, номинальное давление PN, рабочее давление Рр, пробное давление Рпр, утечка q, измеренный объем V и время измерения или выдержки τ.

Отдельно важно понятие концентрации. Стандарт прямо указывает, что концентрацию испытательной среды в системе можно определять в см³ на м³ с помощью гелиевого течеискателя или щупа. Это очень важная инженерная связка между традиционными методами контроля трубопроводной арматуры и современными масс-спектрометрическими методами поиска утечек.

Общие требования к проведению испытаний

Испытания проводят с целью контроля соответствия арматуры требованиям конструкторской документации. Методы и объем испытаний должны быть указаны в технических условиях или программе и методике испытаний. На испытания арматуру представляют в сборе после завершения цикла предусмотренных конструкторской документацией разрушающих и неразрушающих проверок деталей и сборочных единиц.

Стандарт требует проводить испытания в определенных климатических условиях. Температура окружающего воздуха должна быть не ниже 5 °C, относительная влажность должна находиться в диапазоне от 45 до 98 процентов, атмосферное давление должно составлять от 84 до 106 кПа. Температура испытательной среды обычно принимается от 5 до 70 °C, если иное не оговорено в документации на изделие.

При проведении гидравлических испытаний разность температур корпуса и окружающего воздуха не должна приводить к конденсации влаги на наружной поверхности арматуры. После окончания испытаний жидкая среда должна быть удалена, а изделия должны быть просушены.

Повышение давления должно быть плавным, с остановками на промежуточных ступенях. Если испытательное давление находится в диапазоне от 0,5 до 10,0 МПа включительно, обязательная остановка выполняется на половине испытательного давления. Если испытательное давление выше 10 МПа, проверку выполняют на половине испытательного давления и далее через каждые 5 МПа.

Требования безопасности

ГОСТ 33257-2015 предъявляет жесткие требования к безопасности испытаний. К проведению работ допускается только обученный и проинструктированный персонал. В испытаниях должны участвовать не менее двух человек. Присутствие одного испытателя на участке не допускается.

При применении взрывопожароопасных и легковоспламеняющихся сред должны соблюдаться специальные меры пожарной безопасности. При использовании инертных газов необходимо контролировать содержание кислорода в рабочей зоне. При испытаниях арматуры воздухом на уровне номинального или рабочего давления стандарт требует применять специально оборудованный бокс или бронекабину.

Во время испытаний запрещается находиться со стороны заглушек, превышать давления, указанные в документации, использовать неполный комплект крепежа, выполнять посторонние работы на стенде и проводить транспортирование грузов над арматурой, находящейся под давлением. Испытания должны быть немедленно прекращены при возникновении ударов, шума, стуков, при появлении трещин, выпучин, потений, утечек через соединения и при отказе средств измерения.

Испытательное оборудование и метрология

Стандарт требует применять аттестованное испытательное оборудование и поверенные или калиброванные средства измерений. Стенды должны обеспечивать параметры испытаний, указанные в документации на конкретное изделие. Крепеж и установочные элементы стенда не должны оказывать на изделие недопустимое внешнее механическое воздействие. Допустимы только минимальные усилия, необходимые для герметизации испытываемой арматуры заглушками.

Измерение давления должно выполняться двумя независимыми показывающими средствами измерений одинаковой точности и одинакового диапазона. Класс точности средств измерения давления должен быть не ниже 1,5 для давления до 14 МПа включительно и не ниже 1,0 для давления более 14 МПа.

Стандарт нормирует и допустимые погрешности. При измерении давления погрешность не должна превышать 2,5 процента, температуры 1,5 процента, массы 1,0 процента, времени 2,0 процента, хода 0,5 процента. Для измерения утечки установлены два режима. До 1,67 мм³/с или 0,1 см³/мин допускается абсолютная погрешность не более 0,167 мм³/с или 0,01 см³/мин. При больших утечках допускается погрешность не более 5 процентов от контролируемого значения. Для капельного и пузырькового метода отдельное требование к погрешности измерения не устанавливается.

Испытательные среды

В качестве основных испытательных сред стандарт допускает воду, воздух и гелий. Дополнительно могут применяться азот, природный газ, фреон, а для арматуры на нефтепродукты допускается керосин. Также стандарт допускает замену некоторых сред. Воздух может применяться вместо гелия и фреона, вода может применяться вместо керосина, а другие среды допускаются по согласованию с заказчиком.

Выбор испытательной среды зависит от назначения арматуры, характера испытания и опасности рабочей среды. Для арматуры на жидкие среды, не относящиеся к опасным веществам, при обязательных испытаниях допускаются жидкие среды и в ряде случаев газ. Для арматуры на газообразные среды и на опасные жидкие среды стандарт преимущественно ориентирует на применение газа при проверке внешней герметичности и герметичности затвора.

Качество воды, воздуха и других сред должно соответствовать установленным требованиям. Воздух должен соответствовать девятому классу загрязненности по составу и содержанию посторонних примесей. Стандарт отдельно требует поддерживать чистоту изделий и стабильность параметров среды на стенде.

Классификация методов контроля

Важнейший раздел стандарта посвящен методам контроля арматуры. В таблице методов приведены следующие основные подходы.

• Жидкостный гидростатический компрессионный метод.
• Газовый манометрический компрессионный метод.
• Пузырьковый компрессионный метод.
• Метод обмыливания.
• Масс-спектрометрический метод в гелиевой или вакуумной камере.
• Масс-спектрометрический метод гелиевым щупом.
• Масс-спектрометрический метод обдува гелием.

Таким образом, ГОСТ 33257-2015 не ограничивается только гидравлическими и пневматическими испытаниями в узком смысле. Он прямо включает в систему методов контроля современные гелиевые масс-спектрометрические методы, если требуется оценка вакуумной плотности, локализация дефекта или повышение чувствительности контроля.

Формулы и расчетные зависимости, которые встречаются в стандарте

Хотя ГОСТ 33257-2015 является в первую очередь методическим стандартом, в нем присутствует ряд важных формульных зависимостей, которые определяют оценку гидравлических характеристик, чувствительности и утечки.

1. Гидравлические характеристики

Для регулирующей арматуры стандарт использует следующие функциональные зависимости:

Kv = f(h)

Kc = f(Kv / 5,04·FN²)

Kт = f(Kv / 5,04·FN²)

Здесь Kv является пропускной характеристикой в зависимости от хода, Kc и Kт характеризуют кавитационные свойства и критический перепад давления, а FN представляет площадь проходного сечения.

Для обратной арматуры в числе гидравлических характеристик рассматривается коэффициент сопротивления. В стандарте он приводится через скоростное давление, что по смыслу соответствует записи вида:

C = 2ΔP / (ρv²)

где ΔP является перепадом давления, ρ плотностью среды, а v скоростью потока.

2. Утечка при пузырьковом контроле

В приложениях стандарта утечка газа через затвор при пузырьковом методе выражается через число пузырьков, объем пузырька и время измерения:

qвозд = Nпуз · Vпуз / τ

Эта формула нужна для перевода визуально наблюдаемой картины в количественный показатель утечки.

3. Замена испытательных сред

В приложении о замене испытательной среды приведены расчетные зависимости для пересчета времени выдержки. Например, при испытании водой вместо керосина применяется зависимость:

τводы = 0,67 · τкер

При испытании воздухом вместо фреона применяется зависимость:

τвозд = 1,36 · τфр

Эти формулы важны на практике, когда стандартная или проектная испытательная среда временно заменяется технологически более доступной и безопасной средой.

Оценка порога чувствительности методов контроля

Стандарт содержит отдельную таблицу оценки порога чувствительности методов контроля. Для манометрического, пузырькового и обмыливательного методов порог чувствительности оценивается по расчетным формулам с учетом минимально различимого давления, объема изделия, времени измерения, диаметра пузырька, высоты слоя жидкости, поверхностного натяжения и атмосферного давления.

Для масс-спектрометрических методов стандарт делает важное указание. Для гелиевого щупа, гелиевой камеры, вакуумной камеры и обдува гелием порог чувствительности определяется уже не простой геометрией наблюдения, а возможностями течеискателя и методики. Это фактически означает переход от грубых визуальных методов к высокочувствительной приборной диагностике.

Испытания на прочность и плотность материала корпусных деталей и сварных швов

Этот раздел стандарта отвечает за проверку самой несущей части арматуры. Испытаниям подвергают арматуру в сборе. В отдельных случаях допускается испытывать отдельные детали, если испытать арматуру в сборе невозможно. Для арматуры с рубашками обогрева или охлаждения часть проверок может выполняться до общей сборки изделия.

В базовом варианте испытания на прочность и плотность материала выполняют гидравлическим методом. После выдержки под пробным давлением проводят визуальный контроль. Далее давление снижают до уровня, указанного в документации, но не выше номинального или рабочего давления, и проводят контроль плотности материала и сварных швов.

Для арматуры, работающей на газообразных средах, а также на опасных жидких средах, стандарт дополнительно требует испытания на плотность воздухом после испытаний водой. Допускается проводить испытания на прочность воздухом пробным давлением в специально оборудованной бронекабине.

Критерии приемки здесь четкие. Материал корпусных деталей и сварных швов считают прочным, если после испытаний не обнаружены механические разрушения и остаточные деформации. Материал считают плотным, если при испытании водой или керосином не обнаружены течи и потения, а при испытании воздухом не обнаружены утечки воздуха. При пузырьковом методе неотрывающиеся пузырьки и при обмыливании не лопающиеся пузырьки не считаются браковочным признаком.

Испытания на герметичность относительно внешней среды

Этот раздел относится к проверке подвижных и неподвижных соединений, то есть сальниковых, сильфонных, прокладочных и аналогичных уплотнений. Испытаниям подвергают арматуру в сборе. Направление подачи испытательной среды должно соответствовать указаниям конструкторской документации.

Арматуру на газообразные среды, а также на опасные жидкие среды испытывают воздухом. Арматуру на прочие среды обычно испытывают водой. При замене гелия и фреона на воздух или керосина на воду следует учитывать специальные требования к изменению условий испытаний и времени выдержки.

Перед началом испытаний проверяют крутящий момент затяжки сальникового уплотнения, если оно предусмотрено конструкцией. Далее арматуру выдерживают под установленным давлением в течение времени, заданного стандартом и документацией на изделие, после чего проводят визуальный или инструментальный контроль внешней герметичности.

Для внешней герметичности стандарт допускает применение тех же методов, что приведены в приложении по методам контроля. Это значит, что при необходимости лаборатория может использовать не только визуальное наблюдение течи, но и обмыливание, пузырьковый контроль, манометрический контроль и масс-спектрометрические методы.

Испытания на герметичность затвора

Это один из центральных разделов ГОСТ 33257-2015. Он описывает, как контролировать утечку через закрытый затвор арматуры. Здесь нужно понимать, что сами допустимые нормы утечки и классы герметичности задаются отдельным стандартом по нормам герметичности затворов, а ГОСТ 33257-2015 определяет методику испытаний, схемы, режимы и критерии проведения проверки.

Стандарт допускает визуальный контроль и контроль с применением средств технического диагностирования. На практике это означает, что утечка через затвор может определяться по объему, по каплям, по пузырькам, манометрически и масс-спектрометрически, в зависимости от того, какой метод предусмотрен документацией и какова требуемая чувствительность.

Для контроля герметичности затвора стандарт предусматривает два типовых способа.

При первом способе запирающий или регулирующий элемент сначала устанавливают в промежуточное положение, в один из патрубков подают испытательную среду при заглушенном другом патрубке, затем арматуру штатно закрывают, плавно снижают давление в выходном патрубке до атмосферного и измеряют утечку через затвор.

При втором способе для газообразных испытательных сред арматуру сразу закрывают штатным органом управления, подают испытательную среду в один из патрубков, другой патрубок оставляют под атмосферным давлением, затем поднимают давление до испытательного и измеряют утечку через затвор. Для жидких сред второй способ также предусматривает предварительный перевод затвора в промежуточное положение и последующее закрытие.

Для обратной арматуры есть специальное требование. Контроль утечки через затвор обратных затворов и клапанов выполняют со стороны входного патрубка, при этом испытательную среду подают в выходной патрубок. Для невозвратно-запорных и невозвратно-управляемых клапанов контроль проводят поочередно с двух сторон.

Испытания предохранительной арматуры на герметичность затвора выполняют в составе проверки функционирования. Для регуляторов давления, фазоразделительной, смесительно-распределительной и комбинированной арматуры испытания проводят в соответствии с конструкторской документацией.

Стандарт отдельно указывает, что время выдержки при установившемся давлении перед началом контроля и время самого контроля не могут быть произвольными. Они зависят от номинального диаметра и вида среды и задаются таблицей времени выдержки. Для класса герметичности А по стандарту норм герметичности время контроля утечки должно составлять не менее 180 секунд.

Проверка функционирования

Проверка функционирования подтверждает, что арматура не только выдерживает давление и имеет приемлемую герметичность, но и работает как механизм. Для большинства видов арматуры, кроме предохранительной и регуляторов давления, проверку функционирования выполняют при испытательном давлении, равном рабочему давлению среды, с наработкой не менее трех циклов «открыто - закрыто».

В ходе проверки оценивают перемещение запирающего или регулирующего элемента, корректность указателя положения, фактический ход, усилие или крутящий момент, необходимый для управления, а также время полного хода при открытии и закрытии. По сути, этот раздел проверяет не только герметичность, но и механическую, кинематическую и эксплуатационную состоятельность изделия.

Для предохранительной арматуры проверка функционирования включает специальные режимы, связанные с давлением настройки, давлением начала открытия, давлением полного открытия и давлением закрытия. Для такой арматуры важна не только герметичность затвора, но и корректность срабатывания в заданной области давлений.

Масс-спектрометрические методы по стандарту

С инженерной точки зрения особенно интересен тот факт, что ГОСТ 33257-2015 прямо включает гелиевые масс-спектрометрические методы в таблицу допустимых методов контроля арматуры. Это важный признак зрелости стандарта. Он признает не только традиционные жидкостные и пневматические способы, но и методы высокой чувствительности, применяемые для вакуумной плотности и точной локализации дефектов.

Гелиевый щуп

При этом способе изделие заполняют гелием под давлением, указанным в документации. Наружную поверхность арматуры сканируют щупом. Если в изделии есть сквозной дефект, гелий проходит через него и фиксируется течеискателем. Признак обнаружения дефекта определяется по приборному сигналу, как правило по стрелочной индикации и звуковому отклику.

Гелиевая или вакуумная камера

Арматуру помещают в герметичную металлическую камеру либо создают вакуум непосредственно в изделии. Далее камеру или арматуру заполняют гелием, после чего при наличии течи гелий поступает в вакуумируемый объем, соединенный с течеискателем, и регистрируется прибором.

Обдув гелием

Арматуру подключают к масс-спектрометрическому течеискателю и вакуумируют. После этого контролируемые участки обдувают струей гелия. Если существует дефект, гелий попадает внутрь арматуры и фиксируется течеискателем. Этот способ особенно полезен для локализации места утечки на конкретном шве, стыке, прокладочном соединении или зоне установки штуцера.

Для лаборатории, которая специализируется на контроле герметичности, эти методы имеют особое значение. Они позволяют перейти от грубой фиксации утечки к локализации конкретного дефектного места и количественной оценке негерметичности.

Роль приложений стандарта

Приложения ГОСТ 33257-2015 нельзя считать второстепенными. Именно они превращают общий нормативный текст в рабочий инструмент испытательной лаборатории.

• Приложение А содержит перечень рекомендуемого оборудования и средств измерения.
• Приложение Б содержит рекомендуемые схемы стендов для различных видов испытаний.
• Приложение В описывает методы контроля арматуры и способы их реализации.
• Приложение Г устанавливает правила для испытаний внешней герметичности при замене испытательной среды.
• Приложение Д дает рекомендуемую структуру оформления результатов испытаний.

Именно благодаря этим приложениям стандарт можно использовать не только как нормативный ориентир, но и как основу для разработки стендов, программ испытаний, карт контроля и форм отчетности.

Как специалисты LeakLab применяют ГОСТ 33257-2015 на практике

Специалисты аттестованной лаборатории контроля герметичности LeakLab выполняют работы по испытаниям трубопроводной арматуры в строгой логике ГОСТ 33257-2015. Практически это означает, что каждая работа начинается не с формального подключения изделия к стенду, а с анализа документации. Специалисты определяют тип арматуры, вид рабочей среды, требуемые испытательные среды, режимы давления, допустимую утечку, необходимость проверки внешней герметичности, герметичности затвора и функционирования.

Далее формируется корректная схема испытаний. Для одних изделий достаточно гидравлического и пневматического контроля в стандартной стендовой конфигурации. Для других изделий, особенно работающих на газах, опасных средах, вакуумных системах, криогенных продуктах и особо ответственных технологических линиях, требуются более чувствительные методы диагностики. В таких случаях LeakLab применяет масс-спектрометрические методы контроля герметичности, включая гелиевый щуп, вакуумную схему, гелиевую камеру и обдув гелием.

Такой подход полностью соответствует структуре ГОСТ 33257-2015, поскольку стандарт допускает применение масс-спектрометрического контроля как метода испытаний арматуры и прямо указывает на использование гелиевого течеискателя и щупа в качестве средства регистрации дефекта.

Отдельное значение имеет метрологическое обеспечение. В работах LeakLab применяются поверенные средства измерения и аттестованное испытательное оборудование. Это принципиально важно, потому что сам стандарт требует использовать действующие средства измерения и обеспечивает связь между методикой испытаний и достоверностью результата.

Не менее важен квалификационный аспект. Испытания на герметичность, особенно пневматические и масс-спектрометрические, нельзя выполнять формально. Необходимо понимать физику течи, поведение испытательной среды, влияние температуры, объема, режима нагружения, конфигурации корпуса и типа затвора. Специалисты LeakLab подходят к испытаниям именно как к инженерной задаче, а не как к простому наблюдению сигнала прибора.

При испытаниях арматуры LeakLab выполняет весь цикл работ. Он включает подготовку изделия, выбор метода, сборку испытательной схемы, проведение гидравлических или пневматических испытаний, контроль внешней герметичности, контроль затвора, проверку функционирования, а при необходимости применение высокочувствительных гелиевых методов локализации дефектов. По итогам испытаний оформляется технически корректная документация с результатами измерений, оценкой соответствия и выводами по состоянию изделия.

Практическая польза стандарта для заказчика и для эксплуатационной службы

Для заказчика ГОСТ 33257-2015 важен тем, что он устраняет неопределенность. Без такого стандарта испытания легко превратить в формальную процедуру с произвольным набором действий. По ГОСТ 33257-2015 испытания приобретают структуру. Становится ясно, что и в какой последовательности нужно проверять, какими средствами, на каких давлениях и по каким критериям годности.

Для эксплуатационной службы стандарт полезен тем, что его требования можно использовать не только на стадии изготовления, но и при диагностике арматуры в эксплуатации и после ремонта. Это особенно важно для промышленной, энергетической, газовой, криогенной и вакуумной арматуры, где последствия скрытой утечки или нарушения функционирования могут быть значительными.

 

ГОСТ 33257-2015 представляет собой фундаментальный стандарт по методам контроля и испытаний трубопроводной арматуры. Он охватывает обязательные испытания, условия их проведения, безопасность, требования к оборудованию и метрологии, выбор испытательных сред, методы контроля и правила оценки результата. Стандарт ценен тем, что сочетает классические гидравлические и пневматические подходы с современными высокочувствительными методами, включая масс-спектрометрическое гелиевое течеискание.

Для практики LeakLab этот ГОСТ является рабочим нормативным основанием. Специалисты аттестованной лаборатории контроля герметичности LeakLab выполняют испытания трубопроводной арматуры в соответствии с требованиями данного стандарта, применяют поверенное оборудование, подбирают метод под конкретную конструкцию и среду, а при необходимости используют гелиевые методы для точной локализации дефектов и подтверждения герметичности на высоком техническом уровне.

Если рассматривать ГОСТ 33257-2015 не как формальный документ, а как инженерное руководство, то он задает правильную философию испытаний. Арматуру недостаточно просто закрыть и подать давление. Необходимо подтвердить прочность корпуса, плотность материала и швов, внешнюю герметичность соединений, герметичность затвора и фактическую работоспособность изделия. Только такой подход дает достоверный ответ на главный вопрос. Готово ли изделие к безопасной и надежной работе в реальной системе.