اختبار الضغط الهيدروستاتيكي

يُعدّ الاختبار الهيدروستاتيكي طريقةً لاختبار متانة أوعية الضغط ، مثل خطوط الأنابيب ، وأنابيب المياه ، وأسطوانات الغاز ، والغلايات، وخزانات الوقود، والكشف عن التسريبات. يتضمن الاختبار ملء الوعاء أو نظام الأنابيب بسائل، عادةً الماء، والذي قد يُلوّن لتسهيل الكشف البصري عن التسريبات ، ثم ضغط الوعاء إلى ضغط الاختبار المحدد. يُمكن اختبار إحكام الضغط بإغلاق صمام الإمداد ومراقبة ما إذا كان هناك انخفاض في الضغط. يُمكن تحديد موقع التسريب بصريًا بسهولة أكبر إذا كان الماء يحتوي على مُلوّن. أما المتانة، فتُختبر عادةً بقياس التشوه الدائم للوعاء.

يُعدّ الاختبار الهيدروستاتيكي الطريقة الأكثر شيوعًا لاختبار الأنابيب وأوعية الضغط. يُساعد هذا الاختبار في الحفاظ على معايير السلامة ومتانة الوعاء مع مرور الوقت. تخضع القطع المصنّعة حديثًا لاختبار هيدروستاتيكي مبدئيًا، ثم يُعاد اختبارها دوريًا وفقًا للمعايير ذات الصلة. في بعض الحالات التي يتعذر فيها إجراء الاختبار الهيدروستاتيكي، قد يكون اختبار الضغط الهوائي بديلًا مقبولًا. ^{[ 1 ]}

يُعد اختبار أوعية الضغط لنقل وتخزين الغازات أمراً بالغ الأهمية لأن هذه الحاويات يمكن أن تنفجر إذا فشلت تحت الضغط.

تُجرى الاختبارات الهيدروستاتيكية وفقًا لمواصفات الصناعة أو العميل، أو قد يُشترط إجراؤها بموجب القانون. يُملأ الوعاء بسائل شبه غير قابل للانضغاط - عادةً الماء أو الزيت - ويُضغط إلى ضغط الاختبار، ثم يُفحص بحثًا عن أي تسريبات أو تغيرات دائمة في الشكل. قد تُضاف أصباغ حمراء أو فلورية إلى الماء لتسهيل رؤية التسريبات. يكون ضغط الاختبار دائمًا أعلى بكثير من ضغط التشغيل لتوفير هامش أمان. عادةً ما يكون هامش الأمان هذا 166.66% أو 143% أو 150% من ضغط التشغيل المصمم، وذلك حسب اللوائح المعمول بها. على سبيل المثال، إذا صُممت أسطوانة لتحمل ضغط DOT-2015 رطل لكل بوصة مربعة (حوالي 139 بار)، فسيتم اختبارها عند ضغط حوالي 3360 رطل لكل بوصة مربعة (حوالي 232 بار).

يُستخدم الماء عادةً لرخص ثمنه وسهولة توفره، ولأنه غير ضار في الغالب بالنظام المراد اختباره. قد يُوصى باستخدام السوائل والزيوت الهيدروليكية في الحالات التي قد يُسبب فيها التلوث بالماء مشاكل. هذه السوائل شبه غير قابلة للانضغاط، لذا فهي لا تتطلب سوى القليل من الجهد لتوليد ضغط عالٍ، وبالتالي لا تُطلق سوى كمية ضئيلة من الطاقة في حالة حدوث عطل - إذ لا يتسرب سوى حجم صغير تحت الضغط العالي في حال تعطل الحاوية. أما في حال استخدام غاز عالي الضغط ، فسيتمدد الغاز إلى V=(nRT)/p، مما يؤدي إلى انفجار، وما يترتب على ذلك من خطر حدوث أضرار أو إصابات.

تُختبر أوعية الضغط الصغيرة عادةً باستخدام اختبار الغلاف المائي. يُفحص الوعاء بصريًا بحثًا عن العيوب، ثم يوضع في وعاء مملوء بالماء، حيث يُقاس التغير في حجم الوعاء، عادةً عن طريق مراقبة مستوى الماء في أنبوب مُعاير. بعد ذلك، يُضغط الوعاء لفترة محددة، عادةً 30 ثانية أو أكثر، وإذا لزم الأمر، يُقاس التمدد بقراءة كمية السائل التي دُفعت إلى أنبوب القياس نتيجةً لزيادة حجم الوعاء المضغوط. ثم يُفرغ الوعاء من الضغط، وتُقاس الزيادة الدائمة في الحجم الناتجة عن التشوه اللدن تحت الضغط (يتم قياس (الامتلاء الدائم ) عن طريق مقارنة الحجم النهائي في أنبوب القياس بالحجم قبل الضغط. ^{[ 2 ]}

يُعطي التسريب نتيجة مشابهة للانحراف الدائم، ولكن يمكن اكتشافه عن طريق تثبيت حجم السائل في الوعاء المضغوط بإغلاق صمام المدخل لفترة قبل تخفيف الضغط، حيث سينخفض ​​الضغط تدريجيًا خلال هذه الفترة في حال وجود تسريب. في معظم الحالات، يشير الانحراف الدائم الذي يتجاوز الحد الأقصى المحدد إلى وجود عطل. قد يكون التسريب أيضًا معيارًا للعطل، ولكن قد يكون ناتجًا عن ضعف إحكام غلق جهاز الاختبار. في حال تعطل الوعاء، فإنه يخضع عادةً لإجراءات إدانة تُصنّف الأسطوانة على أنها غير آمنة. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

تُطبع المعلومات اللازمة لتحديد الاختبار على الأسطوانة، وتشمل هذه المعلومات معيار التصميم، والرقم التسلسلي، والشركة المصنعة، وتاريخ الصنع. بعد الاختبار، يُختم الوعاء أو لوحة اسمه عادةً بتاريخ الاختبار الناجح، وعلامة تعريف منشأة الاختبار. ^{[ 3 ]}

يُعدّ اختبار الضغط الهيدروستاتيكي اختبارًا أبسط، ولكنه لا يتطلب مضخات ضغط، حيث يتم ضغط الخزان بملئه بالماء حتى الوصول إلى مستوى الضغط الهيدروستاتيكي المطلوب باستخدام أنبوب صاعد متصل بالخزان، ثم فحص سطحه الخارجي بحثًا عن أي تسريبات. يُناسب هذا النوع من الاختبارات خزانات وقود القوارب، التي لا تُصنّف كخزانات ضغط، ولكنها تعمل تحت الضغط الهيدروستاتيكي لمحتوياتها. يُحدد مستوى الضغط الهيدروستاتيكي عادةً بارتفاع أعلى من سطح الخزان. ويتم ضغط الخزان بملئه بالماء حتى الارتفاع المحدد عبر أنبوب رأسي مؤقت، إذا لزم الأمر. وقد يكون من الضروري إغلاق فتحات التهوية والمنافذ الأخرى أثناء الاختبار. ^{[ 4 ]}

تُعدّ طفايات الحريق المحمولة أدوات سلامة أساسية في معظم المباني العامة، كما يُنصح باقتنائها في المنازل. مع مرور الوقت، تؤثر ظروف تخزينها وطريقة استخدامها على سلامتها الهيكلية. قد تتعطل طفاية الحريق الضعيفة هيكليًا أو حتى تنفجر في أشدّ أوقات الحاجة إليها. وللحفاظ على جودة وسلامة هذا المنتج، يُستخدم اختبار الضغط الهيدروستاتيكي. يجب فحص جميع المكونات الحيوية لطفاية الحريق لضمان عملها بكفاءة.

يُجرى اختبار الضغط الهيدروليكي للأنابيب والخطوط والخزانات للكشف عن المواد المعيبة التي لم تُكتشف سابقًا، ولضمان أن أي عيوب متبقية ضئيلة بما يكفي للسماح بالتشغيل عند ضغوط التصميم، والكشف عن التسريبات المحتملة، وليكون بمثابة التحقق النهائي من سلامة النظام المُنشأ. يشترط معيار ASME B31.3 إجراء هذا الاختبار لضمان الإحكام والمتانة.

تُختبر متانة خطوط أنابيب النفط والغاز المدفونة ذات الضغط العالي عن طريق ضغطها إلى ما لا يقل عن 125% من أقصى ضغط تشغيل مسموح به (MAWP) في أي نقطة على طولها. ولأن العديد من خطوط أنابيب النقل لمسافات طويلة مصممة بحيث يكون إجهاد الحلقة الفولاذية 80% من الحد الأدنى المحدد لقوة الخضوع (SMYS) عند أقصى ضغط تشغيل مسموح به (MAOP)، فهذا يعني أن الفولاذ يتعرض لإجهاد يصل إلى SMYS أو أعلى أثناء الاختبار، ولذا يجب اختيار أقسام الاختبار بعناية لضمان عدم حدوث تشوه لدني مفرط.

بالنسبة للأنابيب المصممة وفقًا لمعيار ASME B31.3، إذا كانت درجة حرارة التصميم أعلى من درجة حرارة الاختبار، فيجب تعديل ضغط الاختبار وفقًا للإجهاد المسموح به عند درجة حرارة التصميم. ويتم ذلك بضرب 1.5 من أقصى ضغط تشغيل مسموح به (MAWP) في نسبة الإجهاد المسموح به عند درجة حرارة الاختبار إلى الإجهاد المسموح به عند درجة حرارة التصميم، وفقًا للمعادلة 24 من القسم 345.4.2 من معيار ASME B31.3. ولا يشترط أن تتجاوز ضغوط الاختبار قيمةً تُنتج إجهادًا أعلى من إجهاد الخضوع عند درجة حرارة الاختبار. (القسم 345.4.2 (ج) من معيار ASME B31.3)

تتطلب بعض المواصفات الأخرى نهجًا أكثر صرامة. يتطلب معيار BS PD 8010-2 إجراء اختبارات تصل إلى 150% من ضغط التصميم ، والذي يجب ألا يقل عن الحد الأقصى لضغط التشغيل المسموح به بالإضافة إلى الارتفاع المفاجئ والتأثيرات العرضية الأخرى التي قد تحدث أثناء التشغيل العادي.

يتم إجراء اختبار التسرب عن طريق موازنة التغيرات في الضغط المقاس في قسم الاختبار مقابل التغيرات النظرية في الضغط المحسوبة من التغيرات في درجة الحرارة المقاسة لقسم الاختبار.

يقدم المعيار الأسترالي AS2885.5 "خطوط الأنابيب - الغاز والبترول السائل: الجزء 5: اختبار الضغط الميداني" شرحًا ممتازًا للعوامل المعنية.

في صناعة الطيران، تختلف المعايير واللوائح التي يجب اتباعها باختلاف شركات الطيران أو الشركات أو العملاء. فعلى سبيل المثال، لدى شركة بيل هليكوبتر مواصفات محددة يجب الالتزام بها لجميع قطع الغيار المستخدمة في طائراتها المروحية.

تُطبّق معظم الدول تشريعات أو قوانين خاصة بأوعية الضغط، تلزم بإجراء اختبارات دورية لها، على سبيل المثال كل سنتين (مع فحص بصري سنوي) لأسطوانات الغاز عالية الضغط، وكل خمس أو عشر سنوات لأسطوانات الغاز منخفضة الضغط، مثل تلك المستخدمة في طفايات الحريق . ^{[ 5 ]} وعادةً ما تُتلف أسطوانات الغاز التي تتعطل كجزء من بروتوكول الاختبار لتجنب المخاطر الكامنة في استخدامها لاحقًا. ^{[ 6 ]}

تتضمن أسطوانات الغاز القياسية الأمريكية الشائعة المتطلبات التالية: ^{[ 7 ]}

• يجب فحص أسطوانات الغاز من نوع DOT-3AL كل 5 سنوات ولها عمر افتراضي غير محدود.
• يجب فحص أسطوانات الغاز DOT-3HT كل 3 سنوات ويبلغ عمرها الافتراضي 24 عامًا.
• يجب فحص أسطوانات الغاز من نوع DOT-3AA كل 5 سنوات، ولها عمر افتراضي غير محدود. (إلا إذا كانت تحمل علامة نجمة (*)، فحينها تستوفي الأسطوانة مواصفات معينة ويمكن أن يكون عمرها الافتراضي 10 سنوات في اختبار الضغط الهيدروستاتيكي).

عادةً ما تحدد منظمات مثل DOT PHMSA و ISO و ASTM و ASME الإرشادات الخاصة بالأنواع المختلفة من أوعية الضغط.

يُعدّ الاختبار الهيدروليكي عملية خطرة، ويجب إجراؤها بحذر من قِبل أفراد مؤهلين. وعادةً ما يُسهم الالتزام بالإجراءات المحددة في المعايير الفنية ذات الصلة ، والمناسبة للتطبيق المحدد والولاية القضائية، في تقليل هذه المخاطر إلى مستوى مقبول.

• قد يتسبب تسرب سائل عالي الضغط في جرح الجلد أو اختراقه، ثم يتسرب إلى أنسجة الجسم. وهذا قد يُسبب إصابات مباشرة خطيرة للمُشغِّل، وإذا كان السائل سامًا أو ملوثًا، فستكون هناك آثار جانبية إضافية.
• قد يتسبب خرطوم مضغوط غير مثبت بإحكام أو يتعطل تحت الضغط في ارتطام قوي وتناثر الماء أو الزيت، مما قد يؤدي إلى إصابة شخص ما. ويمكن استخدام مانع ارتداد الخرطوم لتقييد حركته.
• يعد تغليف المكونات المراد اختبارها، ووضع لافتات تحذيرية، واستخدام معدات الحماية الشخصية المناسبة ، وتوفير حواجز لمنع وصول الأفراد غير الأساسيين، من الاحتياطات الشائعة.

• الاختبارات غير المدمرة – نوع من تقنيات التحليل 
• اختبار وفحص أسطوانات الغوص – فحص واختبار دوري لإعادة التحقق من صلاحيتها للاستخدام 

• "OSHA" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2006-10-05 .