淺談高壓蒸汽管線吹掃臨時管道設計注意事項

陳 偉,董 立

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

在化工裝置或鍋爐電廠中，汽輪機通常是通過高壓蒸汽驅動的，為滿足汽輪機入口管道的清潔度要求，在開車前對高壓蒸汽管道進行蒸汽吹掃是必不可少的。通常對管道進行蒸汽吹掃是通過臨時管道接入消音器進行吹掃放空，因此為了確保吹掃過程的安全性，臨時吹掃管道和臨時消音器的設計也不能忽視。本文主要從臨時管道的選材、壁厚計算、柔性設計、支吊架設置選型和臨時消音器的設計進行闡述。

1 臨時吹掃管道的選材及壁厚計算

臨時吹掃管道的材質是按照吹掃蒸汽的參數進行選材的，例如，通常對高壓蒸汽管道進行吹掃的蒸汽參數是300℃/ 4.0 MPa，根據材料的性能，可以使用20#鋼。

臨時吹掃管道的壁厚計算可以不考慮腐蝕裕量和負偏差等因素的影響，只需計算出滿足吹掃蒸汽參數的最小壁厚，然后根據現場管道實際庫存情況，選擇壁厚大于計算出來的最小壁厚即可。

根據GB 50316 《工業金屬管道設計規范》 ，按6.2節直管壁厚計算中的6.2.1-1式進行計算[1]：

ts=PD02([σ]tEj+PY)

式中，ts為直管的計算壁厚(mm)；P為吹掃蒸汽壓力(MPa)；D0為臨時管道外徑(mm )；σ]t為吹掃蒸汽溫度下材料的許用應力(MPa);Ej為焊接接頭系數 ；Y為溫度影響系數，通常高壓蒸汽管道的吹掃蒸汽溫度不會高于450℃，因此，溫度影響系數可以取0.4 。

2 臨時管道的柔性設計

2.1 臨時管道柔性設計的目的

通常正式管道比較受重視，會進行詳細應力計算，特別是汽輪機管線，為了管口的整體校核和無應力對中安裝，將管道的柔性設計地非常好；而臨時吹掃管道的柔性往往被忽略，沒有應力計算，甚至沒有設計圖紙，現場進行連接安裝，柔性就會非常差。

臨時管道缺少足夠的柔性，會因熱脹冷縮、臨時管道支架設置不當等原因造成下列問題[2]：

(1)管道應力過大或金屬疲勞引起管道破壞；

(2)由臨時管道附加在正式管道上的位移引起正式管道上的管架脫落，造成管道在吹掃完后無法回位；

(3)管道推力或力矩過大引起正式管道上的支吊架破壞；

(4)法蘭連接處產生泄露。

因此，在蒸汽吹掃前考慮臨時管線的柔性和臨時支架的設置是很有必要的。

2.2 臨時管道柔性設計的方法

對臨時管道進行柔性分析，可以采用計算機詳細分析和簡易判斷分析。若現場具備詳細分析條件，建議使用計算機詳細分析，采用CAESAR軟件進行建模分析，可以和正式管道一起進行分析，優點是分析比較準確全面，缺點耗時；若現場不具備詳細分析條件，也可采用柔性簡易判斷法，優點是簡單快捷，缺點是計算結果偏保守。下面著重介紹一下柔性簡易判斷法。

對于比較簡單的管系，可以采用ASME B31.1中簡易柔性判斷法[3]：

Dγ(L-U)2≤208.3

其中D為管道外徑，mm； L為管系在兩個固定點之間的展開長度，m ；U為管系兩固定點之間的直線距離，m;γ為管系總熱膨脹量，mm。

此方法適用于一種管道規格、兩端固定的管道。對于臨時管道的分析，可以假設臨時管道和正式管道的連接處為固定點。若柔性不滿足要求，可以通過添加π型膨脹彎或"L"型補償來解決。

3 臨時管道支吊架設置選型

臨時管道支架設置選型的原則是：承擔放空排氣反力和不對正式蒸汽管道和支架產生破壞。考慮經濟性，應以剛性滑動支架和剛性限位支架為主，盡量避免使用彈簧支吊架和阻尼器等現場不能制作且價格相對昂貴的支架型式。

剛性滑動承重支架跨距根據TC42B2-94《管道支架的設計及計算》3.1節進行設計，具體跨距詳見表1[4]：

表1 支架跨距

剛性限位支架的設置選型，需要現場的管道應力設計人員根據經驗進行設置。在正式管道和臨時管道連接處的附近，一般設置限位架，防止臨時管道由于熱膨脹推動正式管道產生不可逆的破壞；在臨時消音器附近需要設置限位架或者固定架，防止消音器移動位移過大；在臨時管道中間的部分，可酌情考慮。

4 臨時消音器的設計

圖1 遭破壞后的消音器及碎片

為了降低蒸汽吹掃時產生的噪音，在管道末端必須設置臨時消音器。臨時消音器的尺寸設計非常重要，同等排放溫度和壓力條件下，臨時放空消音器與比正式管道純凈蒸汽放空消音器相比，尺寸要偏大。因為臨時吹掃管道內含有大量固體雜物，在連續放空時，雜物會全部堆積在消音器內部，考慮安全性，不能排放出去。若消音器尺寸偏小，內部可容納雜物的空間就偏小，致使消音器排放流道被堵塞，從而產生憋壓，溫度和壓力升高會使消音器發生疲勞破壞，產生的碎片會在高壓下像子彈一樣飛出去。例如，某項目現場錯誤使用消音器，發生安全事故，碎片被吹至20米外，見圖1。

5 結束語

隨著裝置規模逐漸變大和項目進度的逐步加快，蒸汽吹掃臨時管道設計的安全性越來越受到重視，而材料及壁厚能否滿足強度計算，消音器的結構尺寸型式是否合適，管道的柔性和支架的設置是否合理，都會對蒸汽臨時管道吹掃的安全性產生影響。