蒸汽管網(wǎng)泄漏原因及解決辦法分析

摘要：蒸汽管網(wǎng)泄漏是蒸汽管網(wǎng)運行過程中常見的故障，需要對故障泄漏的原因進行分析。文章首先對蒸汽管網(wǎng)泄漏的常見原因進行了分析，然后以實際工程為例對蒸汽管網(wǎng)泄漏的原因進行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施，具有一定的借鑒參考價值。

關(guān)鍵詞：蒸汽管網(wǎng)泄露；方形補償器；設(shè)計缺陷；故障泄露；蒸汽水分子 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ083 文章編號：1009-2374（2017）06-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.041

蒸汽管網(wǎng)泄漏是很多企業(yè)都普遍存在的問題，如果蒸汽管網(wǎng)泄漏嚴(yán)重會產(chǎn)生較大的波動，甚至?xí)绊懮a(chǎn)裝置正常運行。在水資源日益緊缺的今天，蒸汽的生產(chǎn)成本也會隨之提升，統(tǒng)計顯示，以一個直徑為2mm中壓蒸汽砂眼每天蒸汽滲漏量會達到0.56t，那么一年因蒸汽泄漏造成的損失大約為24528元。為了降低蒸汽管網(wǎng)泄漏造成的損失，需要分析管網(wǎng)泄漏的原因，提高維修和巡檢力度，合理地選擇密封材料和閥門，真正解決蒸汽管網(wǎng)泄漏的問題。

1 蒸汽管網(wǎng)泄漏常見原因

1.1 介質(zhì)原因

蒸汽水分子與液態(tài)水分子不同，液態(tài)水分子是由多個水分子締合而成，而蒸汽水分子是由單個的水分子組合而成的。在干蒸汽的狀態(tài)下，水分子以單分子的形式存在，兩個氧氫元素之間的夾角為104.5°，分子大小為0.29mm，水分子屬于極性分子，具有較強的滲透性能。當(dāng)溫度低于或者等于工作壓力下的飽和溫度時，就會形成液態(tài)水。盡管蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)中含有保溫層，但是熱量的損失是不可避免的。管道、法蘭、閥門等管網(wǎng)組成的內(nèi)壁溫度一般都比工作壓力下的飽和溫度低，因此管內(nèi)部形成凝結(jié)水是不可避免的，保溫效果越差，其產(chǎn)生的凝結(jié)水越多。這些凝結(jié)水會在管道內(nèi)進行積聚，從而與縫隙間的酸性雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成電解液，產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。凝結(jié)水還會對管道的彎頭、閥門等部件產(chǎn)生沖刷，使得管道壁變薄，甚至出現(xiàn)穿孔的現(xiàn)象。

1.2 材質(zhì)原因

蒸汽管道使用的環(huán)境對金屬提出了新的要求，其需要具備較強的耐高溫性、抗高溫蠕變、抗高溫氧化腐蝕等特點。在長時間高溫負荷的作用下，金屬材料的塑形大大降低而脆性不斷增加，容易發(fā)生破壞；金屬材料的其他性能也會發(fā)生改變，管道壁會變薄，在使用過程中發(fā)生泄漏現(xiàn)象。當(dāng)溫度高于450℃時受到氫離子的影響，水蒸氣對管道內(nèi)外產(chǎn)生強氧化腐蝕，高溫碳鋼材質(zhì)可能會存在石墨化的現(xiàn)象。

1.3 工藝原因

蒸汽管道系統(tǒng)長期在高溫環(huán)境下進行工作，金屬材料的熱膨脹作用會使得管道伸長，從而使得管道系統(tǒng)增加額外的拉伸力和彎曲應(yīng)力。蒸汽系統(tǒng)在實際的運作過程中，壓力、溫度和水流量的波動和開工停工中不正確的升溫、升壓方式，都會是管網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)力發(fā)生異常變化，引導(dǎo)管道系統(tǒng)的強烈震動，從而發(fā)生泄漏。

1.4 制造原因

蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)在進行安裝時不按照操作規(guī)程來進行部件的安裝也會對管網(wǎng)產(chǎn)生影響。比如焊接產(chǎn)生的氣孔、雜質(zhì)、法蘭連接口偏差引起的安裝附加應(yīng)力、蒸汽系統(tǒng)支吊架的設(shè)置和不符合操作規(guī)程的安裝方式等，都會使得管網(wǎng)在運行過程中無法科學(xué)合理地分配預(yù)應(yīng)力，造成局部應(yīng)力過大的現(xiàn)象。這些問題的存在對蒸汽管道使用過程中產(chǎn)生劇烈的影響，從而發(fā)生泄漏現(xiàn)象。

2 案例介紹

某蒸汽管網(wǎng)自投運以來故障不斷發(fā)生，2015年先后出現(xiàn)了15起蒸汽泄漏事故，在2016年還發(fā)生了一起重大泄漏事故，導(dǎo)致停爐時間長達97h。為了避免出現(xiàn)該隱患，對管網(wǎng)重新進行了審視，對問題出現(xiàn)的原因進行了分析，并對蒸汽管網(wǎng)泄漏的解決方法進行了探討，成功解決了蒸汽管網(wǎng)泄漏的問題，保證了設(shè)備的順利運行。該工廠蒸汽管網(wǎng)從外網(wǎng)A點引入，管道直徑為Φ377mm×9mm，設(shè)計管道的壓力為1.5MPa，設(shè)計管網(wǎng)的工作溫度為200℃，壓力大小為1.5MPa，管網(wǎng)布置系統(tǒng)如圖1所示。在管網(wǎng)系統(tǒng)中分別在229處和211處設(shè)置了一個支點，其他地方為活動支架，在柱223和225之間布置了一臺方形補償器Q，臂長為2.7m，廠房柱子之間的間隔設(shè)定為12m，從柱229的A點處引入蒸汽，引出點在211的B點位置，整個管網(wǎng)系統(tǒng)的總長度為111m。

3 存在問題及原因分析

3.1 存在問題

在現(xiàn)實的使用過程中管網(wǎng)系統(tǒng)還存在大量的泄漏問題，比如在377mm管221處頻繁出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象。雖然工作人員已經(jīng)對該段管道進行了多次的修補和更換，卻依然沒有徹底地解決管道泄漏的現(xiàn)象，并且還出現(xiàn)了法蘭開裂、U形彎彎頭開裂、對接焊縫張嘴等現(xiàn)象，其中221段的操作臺附近出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象最為顯著，因故被迫停止工作進行鍋爐搶修。通過對本管網(wǎng)存在的問題進行分析后發(fā)現(xiàn)主要存在原有設(shè)計存在缺陷、管網(wǎng)的施工工藝缺乏規(guī)范性等問題。

3.2 原因分析

3.2.1 設(shè)計存在缺陷。

第一，該管為兩端固定的等直徑管道系統(tǒng)，在中間位置沒有布置支管，使用下述公式計算管道系統(tǒng)的總變形量△L：

由于只能在冬季對此段管道進行檢修，因此當(dāng)t1=0，t2代表的是工作溫度，當(dāng)t2=200℃，則△L≈0.27m=270mm。但是在現(xiàn)場對泄漏點進行實際的檢測之后，發(fā)現(xiàn)管道的實際伸長量比理論伸長量少，為260mm。

第二，本工程設(shè)計方形補償器的寬度B為5.5m，垂直臂H為2.7m，管子外徑Dw為0.373m，彎管半徑R為0.373m，臂厚為10mm，那么可以得出補償器允許的補償彎曲應(yīng)力大小應(yīng)該為[σbw]=96.11×106，E代表的是力學(xué)性能參數(shù)彈性模數(shù)，為18.387×1010N/m2，W代表的是抗彎距為935×10-6m3，I代表的是斷面慣性距為1.762×10-4m4，該方形補償器簡化圖如圖2所示：

對方形補償器Q的補償量進行計算后發(fā)現(xiàn)，補償量只有142mm，是無法補償該管系270mm的伸長量，如此一來就會經(jīng)常產(chǎn)生泄漏，對圖1分析后發(fā)現(xiàn)，在引入蒸汽的一端設(shè)置有補償器，所以如果一端沒有發(fā)生泄漏的現(xiàn)象，有可能是由于另外一端沒有設(shè)定補償器，從而發(fā)生管道多次泄漏的現(xiàn)象，這樣會對頂端柱211上部的支架產(chǎn)生沖擊力，而且位于中間附近的柱211管道～219管道焊縫很容易出現(xiàn)開裂。

3.2.2 施工存在缺陷。通過對管道的泄漏斷口情況進行分析之后發(fā)現(xiàn)，由于操作人員在進行焊接時不按照規(guī)范進行，從而使得管道發(fā)生連續(xù)泄漏的現(xiàn)象，主要存在以下五方面的原因：

第一，對管道進行對接處理時，焊縫存在不統(tǒng)一的現(xiàn)象，有的上下管口差距較大，并且與我國相關(guān)行業(yè)的規(guī)定不符合。

第二，在管道進行對接處理時，出現(xiàn)偏心問題，有的甚至超出了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

第三，補償器的垂直壁和自由壁處于兩個不同的平面，而且兩個平面的距離超過了20mm，因此補償熱伸長的同時也使得管道發(fā)生了扭曲，從而發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。

第四，采用單面焊接的方式來對法蘭進行連接。

第五，在滑動支架和鋼管之間缺失加強板，增加了鋼管發(fā)生撕裂的概率。

4 對策措施

4.1 優(yōu)化設(shè)計

通過上述實驗分析，整個管系的熱身長量為270mm，但是安裝的補償器只能為系統(tǒng)提供142mm的補償。因此需要在管道系統(tǒng)柱215附近進行管道的切斷操作，并且將其與補償器進行連接。通過對數(shù)據(jù)信息分析計算之后，發(fā)現(xiàn)在柱211和柱229之間需要建立一個全新的駐點，此駐點位于柱219附近，需要將柱219的支架更換為固定的支架，詳情見圖1，并且也配備了活動支架。兩端管系的熱身長小于142mm，有效地滿足了補充的需求量。

4.2 控制施工工藝

4.2.1 管道對口應(yīng)該進行平直處理，對口的允許偏差控制在5mm。

4.2.2 管道的對接焊縫應(yīng)該平齊，并且錯邊量不超過1mm，對接焊縫咬邊深度控制在0.5mm以內(nèi)。每道焊縫咬邊長度應(yīng)該小于焊縫總長度的10%。

4.2.3 采用垂直的方式來對補償器進行安裝，借助千斤頂頂開垂直壁，大約為71mm，然后再對縫隙進行焊接，將懸臂誤差控制在10mm以內(nèi)，并且兩條垂直壁的平行度應(yīng)該小于3mm/m。

4.2.4 法蘭密封面應(yīng)該保持平整光滑、沒有較為明顯的粗糙感。端面和管中心線應(yīng)該保持垂直，并且需要將其垂直度控制在1.6mm/m左右；使用雙面焊接的方式來對法蘭進行連接，焊接工作完成之后，借助火焰來對焊縫進行處理，消除焊縫之間存在的應(yīng)力。

4.2.5 需要在滑動支架和鋼管之間放置橢圓形的加強板，長軸長度為600mm，短軸長度為300mm。

4.3 效果對比

對之前施工工藝改進后大大降低了事故的發(fā)生率。從2016年2月至今尚未發(fā)生泄漏事故，并且對管道系統(tǒng)的全部焊縫和現(xiàn)有的支架等進行全面的檢查，均正常，無不正常現(xiàn)象，由此可以看出，對原有的工藝流程進行改進已經(jīng)完全達到了預(yù)期的目的。

5 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合實際管網(wǎng)工程，對管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏事故的具體原因進行了分析，分析發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)的設(shè)計以及管網(wǎng)后期維修方面都有比較多的問題，重新對管網(wǎng)系統(tǒng)進行檢查、分析后，找出蒸汽管網(wǎng)泄漏的根本性原因，并給予了有效的處理措施，徹底解決了蒸汽管網(wǎng)泄漏的問題，處理后未再出現(xiàn)蒸汽管網(wǎng)泄漏的事故。

參考文獻

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作者簡介：馬棟（1990-），男，陜西西安人，中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司動力分公司助理工程師，研究方向：給排水施工及動能設(shè)備維修。

（責(zé)任編輯：蔣建華）