蒸汽凝结水管道检验中发现问题分析高轮

蒸汽凝结水管道检验中发现问题分析高轮

高轮

（中国能源建设集团北京电力建设有限公司北京100024）

摘要：蒸汽作为石油化工生产中重要的公用工程物料及热量载体，在生产中有着非常广泛的应用。蒸汽在相变时可以放出巨大的潜热，可以用来加热物料，也可以利用蒸汽的压力能推动汽轮机或其他动力设备做功。在释放出潜热后，蒸汽由汽态转化为液态，这些液态的水就是蒸汽凝结水。高温的蒸汽凝结水具有相当大的潜能，为了充分回收和利用蒸汽凝结水的热能，减少对环境的热污染，提高软化水、脱盐水的重复利用率，一般在项目建设中，会设计蒸汽凝结水回收系统作为一种节能措施。凝结水管道作为整个系统的重要组成部分，在实际生产运行中起着关键的作用。

关键词：蒸汽凝结水管道；检验；问题；措施

炼油厂的蒸汽凝结水携带大量的热能，大部分不能直接回收利用，对炼油厂的蒸汽凝结水进行处理，将炼油厂的蒸汽凝结水收集起来。将其回收利用，节约了能源和资源，满足炼油化工生产的技术要求。炼油装置蒸汽加热生产的凝结水，主要的污染物是铁、硅以及一些杂质成分，存在着油污染的可能性。经过常规的处理技术措施，没有办法达到锅炉给水的标准。因此，需要进行精细的处理，提高炼油厂蒸汽凝结水处理的效果，达到废水利用的效果。本文结合蒸汽凝结水检验中发现的问题，分析总结几点经验。

1检验中发现的问题

某石化厂公用管网的凝结水管道分为低压凝结水和中压凝结水两个系统。低压凝结水管道设计压力1.0MPa，设计温度200℃，操作压力0.3~0.5MPa，操作温度130~165℃。中压凝结水管道设计压力1.5MPa，设计温度230℃，操作压力0.5~1.2MPa，操作温度160~200℃。管道设计材质均为20#钢，管道于2009年投用。2018年对该部分管道进行定期检验，检验过程的主要问题如下：（1）该部分凝结水管道汇总管上多处弯头、三通、大下头位置进行了“包盒子”处理。低压凝结水管道现场有一处包盒子位置存在泄漏。（2）部分位置的管段存在水击现象，管道伴随着“咚咚”的声响振动。

2问题分析

2.1“包盒子”问题

“包盒子”为石化企业中常见的一种临时堵漏措施，一般用于适宜动火抢修的管道和小设备。“盒子”一般由一段直径稍大的相同材质的管材对半剖开，两端加端板的形式制作，然后将盒子包焊在泄漏点部位。一般包焊前“盒子”上要预先焊上个阀门，以便于焊接时将漏出的物料引排走，消除压力对堵漏工作的影响。

检验时发现该管线在多处弯头、三通、异径管处进行了“包盒子”处理，“盒子”上没有加焊排放的阀门。经与企业的操作人员沟通，了解到该管线上的“盒子”多数为加固措施，并非发生泄漏后采取的临时堵漏措施。加固的缘由是该管线曾经在某个弯头处发生了穿孔泄露，于是企业自行在该管段弯头、三通和直径突变的地方加焊了“盒子”作为加固。根据《压力管道安全技术监察规程——工业管道》的规定，使用单位应严格控制带压密封堵漏技术的使用频次，每条管线上使用带压密封堵漏的位置不得超过两处。管道停机检修时，带压密封堵漏的卡具应予拆除，必要时重新进行维修。所以该石化企业的做法违反了《压力管道安全技术监察规程——工业管道》的规定，从安全的角度看，该企业的做法也存在着较大的安全隐患。

第一，“盒子”在制作过程中焊接质量无法保证。现场由于环境复杂，焊接位置不好等因素增加了焊接的难度。焊接完后，大部分焊缝无法用射线或者超声进行埋藏缺陷的检测，只能做下焊缝外表面的磁粉检测或者渗透检测，缺陷的检出率有限，焊缝质量很难得到保证。本次检验中就发现有一处“包盒子”的地方焊缝位置存在泄漏。

第二，在易发生冲刷减薄的弯头、三通和直径突变的地方进行“包盒子”处理，检验时没有有效的手段检测这些位置的减薄情况，无法对这些部位的减薄情况进行实时的监控。

第三，这些用作加固措施的“盒子”没有加焊排凝的阀门，当“包盒子”部位的内管已经减薄穿孔发生泄漏时，蒸汽和冷凝水会进入“盒子”内，在外界温度下降或者停车时，“盒子”内的蒸汽冷凝成水，体积突然缩小，造成“盒子”内压力下降，“盒子”从内管吸收更多的冷凝水，从而导致“盒子”内大量积水。开车过程中，如果“包盒子”部位受热过快，“盒子”内的冷凝水被加热气化，体积迅速膨胀。内管的泄露孔如果很小，“盒子”内的蒸汽来不及排放，就可能会导致“盒子”内的压力瞬间增大，从而导致“盒子”的爆炸。管道运行温度较高时，发生这种情况的概率会大一些。因此，在管道易发生冲刷减薄的地方进行“包盒子”加固，为管道的安全运行埋下了更大的安全隐患。

2.2管道振动、减薄分析

企业在蒸汽凝结水管线的弯头、三通等位置进行“包盒子”加固，主要原因就是这些部位管子或者管件发生了减薄。造成管道振动、减薄的原因有以下几个方面：

2.21流动加速腐蚀

流速本身会改变腐蚀速度。一般来说，随流速增大，腐蚀速度随之增大。管道的尺寸和形状直接影响流体速度进而影响局部传质速率。在变径、三通等结构突变处，流体的流动和湍流程度增加，腐蚀也会加剧，造成这些部位受到更严重的流动加速腐蚀。

2.2.2气泡冲刷腐蚀

蒸汽凝结水在流动过程中，当压力降至相应温度的饱和蒸汽压以下时，蒸汽会从凝液中逸出产生二次蒸汽，形成汽液两相流。当汽液混合物中含气量不多时，水蒸汽以气泡形式浓缩于管子中间。气泡破裂时产生的冲击波压力可高达400个标准大气压，使金属保护膜破坏，并引起塑性形变，甚至撕裂金属粒子。金属保护膜破口处裸露的金属受腐蚀后随即又重新形成保护膜。在同一点上又形成新空泡，又随即破裂，这个过程反复进行，造成金属表面形成致密而深的孔。一般管壁的冲刷腐蚀是均匀减薄，但当流体突然改向处，如弯管、三通、变径管等部位，管子的腐蚀要比其他部位要严重，甚至穿孔。

2.2.3水击

当汽液两相流中气量较多时，蒸汽推动凝结水向前流动，造成管道内水位逐渐升高，最终凝结水成活塞状而充满管道，当这一水块到达管道转弯处或者阀门处时，就会对其产生激烈的冲击，造成管子的减薄。除此之外水击还会给管道系统带来振动。剧烈的振动常常造成支吊架松脱等现象，轻则造成管系损伤，重则造成管系焊口撕裂。

结论

综上，炼油厂的蒸汽凝结水携带大量的热能，大部分不能直接回收利用，对炼油厂的蒸汽凝结水进行处理，将炼油厂的蒸汽凝结水收集起来。将其回收利用，节约了能源和资源，满足炼油化工生产的技术要求。蒸汽凝结水管道存在汽液两相流是造成凝结水管道破坏的主要因素，而且破坏更易在弯头、异径管、三通等管道截面突变的位置发生。管道系统运行和检验时，应重点关注这些部位。管道的质量要从源头上把关，在设计阶段确定凝结水管径时，应充分估计汽液的混相率，并留有充分的余量，同时在布置凝结水管道时应防止产生水击。

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