蒸汽管网泄漏原因及解决办法分析

工作压力下的饱和温度时，就会形成液态水。尽管蒸汽系统管网中含有保温层，但是热量的损失是不可避免的。管道、法兰、阀门等管网组成的内壁温度一般都比工作压力下的饱和温度低，因此管内部形成凝结水是不可避免的，保温效果越差，其产生的凝结水越多。这些凝结水会在管道内进行积聚，从而与缝隙间的酸性杂质发生反应，形成电解液，产生化学腐蚀。凝结水还会对管道的弯头、阀门等部件产生冲刷，使得管道壁变薄，甚至出现穿孔的现象。

1.2 材质原因

蒸汽管道使用的环境对金属提出了新的要求，其需要具备较强的耐高温性、抗高温蠕变、抗高温氧化腐蚀等特点。在长时间高温负荷的作用下，金属材料的塑形大大降低而脆性不断增加，容易发生破坏；金属材料的其他性能也会发生改变，管道壁会变薄，在使用过程中发生泄漏现象。当温度高于450℃时受到氢离子的影响，水蒸气对管道内外产生强氧化腐蚀，高温碳钢材质可能会存在石墨化的现象。

1.3 工艺原因

蒸汽管道系统长期在高温环境下进行工作，金属材料的热膨胀作用会使得管道伸长，从而使得管道系统增加额外的拉伸力和弯曲应力。蒸汽系统在实际的运作过程中，压力、温度和水流量的波动和开工停工中不正确的升温、升压方式，都会是管网系统的应力发生异常变化，引导管道系统的强烈震动，从而发生泄漏。

1.4 制造原因

蒸汽管網系统在进行安装时不按照操作规程来进行部件的安装也会对管网产生影响。比如焊接产生的气孔、杂质、法兰连接口偏差引起的安装附加应力、蒸汽系统支吊架的设置和不符合操作规程的安装方式等，都会使得管网在运行过程中无法科学合理地分配预应力，造成局部应力过大的现象。这些问题的存在对蒸汽管道使用过程中产生剧烈的影响，从而发生泄漏现象。

2 案例介绍

某蒸汽管网自投运以来故障不断发生，2015年先后出现了15起蒸汽泄漏事故，在2016年还发生了一起重大泄漏事故，导致停炉时间长达97h。为了避免出现该隐患，对管网重新进行了审视，对问题出现的原因进行了分析，并对蒸汽管网泄漏的解决方法进行了探讨，成功解决了蒸汽管网泄漏的问题，保证了设备的顺利运行。该工厂蒸汽管网从外网A点引入，管道直径为Φ377mm×9mm，设计管道的压力为1.5MPa，设计管网的工作温度为200℃，压力大小为1.5MPa，管网布置系统如图1所示。在管网系统中分别在229处和211处设置了一个支点，其他地方为活动支架，在柱223和225之间布置了一台方形补偿器Q，臂长为2.7m，厂房柱子之间的间隔设定为12m，从柱229的A点处引入蒸汽，引出点在211的B点位置，整个管网系统的总长度为111m。

3 存在问题及原因分析

3.1 存在问题

在现实的使用过程中管网系统还存在大量的泄漏问题，比如在377mm管221处频繁出现泄漏的现象。虽然工作人员已经对该段管道进行了多次的修补和更换，却依然没有彻底地解决管道泄漏的现象，并且还出现了法兰开裂、U形弯弯头开裂、对接焊缝张嘴等现象，其中221段的操作台附近出现泄漏现象最为显著，因故被迫停止工作进行锅炉抢修。通过对本管网存在的问题进行分析后发现主要存在原有设计存在缺陷、管网的施工工艺缺乏规范性等问题。

3.2 原因分析

3.2.1 设计存在缺陷。

第一，该管为两端固定的等直径管道系统，在中间位置没有布置支管，使用下述公式计算管道系统的总变形量△L：

由于只能在冬季对此段管道进行检修，因此当t1=0，t2代表的是工作温度，当t2=200℃，则△L≈0.27m=270mm。但是在现场对泄漏点进行实际的检测之后，发现管道的实际伸长量比理论伸长量少，为260mm。

第二，本工程设计方形补偿器的宽度B为5.5m，垂直臂H为2.7m，管子外径Dw为0.373m，弯管半径R为0.373m，臂厚为10mm，那么可以得出补偿器允许的补偿弯曲应力大小应该为[σbw]=96.11×106，E代表的是力学性能参数弹性模数，为18.387×1010N/m2，W代表的是抗弯距为935×10-6m3，I代表的是断面惯性距为1.762×10-4m4，该方形补偿器简化图如图2所示：

对方形补偿器Q的补偿量进行计算后发现，补偿量只有142mm，是无法补偿该管系270mm的伸长量，如此一来就会经常产生泄漏，对图1分析后发现，在引入蒸汽的一端设置有补偿器，所以如果一端没有发生泄漏的现象，有可能是由于另外一端没有设定补偿器，从而发生管道多次泄漏的现象，这样会对顶端柱211上部的支架产生冲击力，而且位于中间附近的柱211管道～219管道焊缝很容易出现开裂。

3.2.2 施工存在缺陷。通过对管道的泄漏断口情况进行分析之后发现，由于操作人员在进行焊接时不按照规范进行，从而使得管道发生连续泄漏的现象，主要存在以下五方面的原因：

第一，对管道进行对接处理时，焊缝存在不统一的现象，有的上下管口差距较大，并且与我国相关行业的规定不符合。

第二，在管道进行对接处理时，出现偏心问题，有的甚至超出了行业标准。

第三，补偿器的垂直壁和自由壁处于两个不同的平面，而且两个平面的距离超过了20mm，因此补偿热伸长的同时也使得管道发生了扭曲，从而发生泄漏的现象。

第四，采用单面焊接的方式来对法兰进行连接。

第五，在滑动支架和钢管之间缺失加强板，增加了钢管发生撕裂的概率。

4 对策措施

4.1 优化设计

通过上述实验分析，整个管系的热身长量为270mm，但是安装的补偿器只能为系统提供142mm的补偿。因此需要在管道系统柱215附近进行管道的切断操作，并且将其与补偿器进行连接。通过对数据信息分析计算之后，发现在柱211和柱229之间需要建立一个全新的驻点，此驻点位于柱219附近，需要将柱219的支架更换为固定的支架，详情见图1，并且也配备了活动支架。两端管系的热身长小于142mm，有效地满足了补充的需求量。

4.2 控制施工工艺

4.2.1 管道对口应该进行平直处理，对口的允许偏差控制在5mm。

4.2.2 管道的对接焊缝应该平齐，并且错边量不超过1mm，对接焊缝咬边深度控制在0.5mm以内。每道焊缝咬边长度应该小于焊缝总长度的10%。

4.2.3 采用垂直的方式来对补偿器进行安装，借助千斤顶顶开垂直壁，大约为71mm，然后再对缝隙进行焊接，将悬臂误差控制在10mm以内，并且两条垂直壁的平行度应该小于3mm/m。

4.2.4 法兰密封面应该保持平整光滑、没有较为明显的粗糙感。端面和管中心线应该保持垂直，并且需要将其垂直度控制在1.6mm/m左右；使用双面焊接的方式来对法兰进行连接，焊接工作完成之后，借助火焰来对焊缝进行处理，消除焊缝之间存在的应力。

4.2.5 需要在滑动支架和钢管之间放置椭圆形的加强板，长轴长度为600mm，短轴长度为300mm。

4.3 效果对比

对之前施工工艺改进后大大降低了事故的发生率。从2016年2月至今尚未发生泄漏事故，并且对管道系统的全部焊缝和现有的支架等进行全面的检查，均正常，无不正常现象，由此可以看出，对原有的工艺流程进行改进已经完全达到了预期的目的。

5 结语

综上所述，本文结合实际管网工程，对管网出现泄漏事故的具体原因进行了分析，分析发现管网的设计以及管网后期维修方面都有比较多的问题，重新对管网系统进行检查、分析后，找出蒸汽管网泄漏的根本性原因，并給予了有效的处理措施，彻底解决了蒸汽管网泄漏的问题，处理后未再出现蒸汽管网泄漏的事故。

参考文献

[1] 杨林.某炼化企业蒸汽管网优化运行分析[J].化工进展，2012，（S1）.

[2] 权亚文，白小明，倪晓斌，等.蒸汽管网节能-冷凝水回收技术在炼油厂的应用[J].石油炼制与化工，2011，（9）.

作者简介：马栋（1990-），男，陕西西安人，中国航发南方工业有限公司动力分公司助理工程师，研究方向：给排水施工及动能设备维修。

（责任编辑：蒋建华）

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