煅燒二閃飽和水管道泄漏問題的計算分析

張寶強

（石家莊雙聯化工有限責任公司技術部，河北 石家莊 050200）

聯堿煅燒工序需大量蒸汽用于重堿煅燒，蒸汽冷凝水通過一級、二級（以至三級）閃發后，高溫熱水送至鍋爐除氧器，一則進行鍋爐加水除氧，二則回收熱水能量。該工藝普遍用于純堿行業，符合節能減排的原則，但存在熱水管道容易泄漏問題。

1 熱水管道配置及使用情況

公司為節約除鹽水和降低蒸汽消耗，利用純堿生產中煅燒二閃出口的0.5～0.55MPa（表壓）飽和熱水做為鍋爐崗位除氧器的部分補水，節能明顯，使用也一直正常。

2006年，石家莊雙聯化工50t／h三廢混燃爐籌建時，從原煅燒二閃飽和熱水總管上新加一分支管（稱L1管），管道規格φ108×4.5，長約180m，設計流量30t／h（流速為1m／s），如圖1。

但開車運行一年后，L1管開始出現漏點，尤其在彎頭及彎頭附近直管處最為嚴重，總體情況為距2＃閥越近，漏點出現越早且修補次數越多。幾乎每月都有1～2次停水補漏。從2006年到2009年，此段管上的27個彎頭多次修補并已更換22個，嚴重影響50t／h三廢混燃爐的運行。而其它鍋爐煅燒二閃飽和熱水分支管此現象不明顯。通過對比分析，發現因2＃閥位置較高，操作不便，而1＃閥在1＃鍋爐操作室門口附近，操作方便，所以基本上2＃閥打開后不進行操作，通過調節1＃閥控制L1管流量。這與設計初衷不符。

圖1 煅燒二閃飽和水送鍋爐除氧器

2 損壞原因估算分析

根據已知條件，熱水管道內徑d＝99mm，設計流量W＝30t／h，現場取1＃閥前1點，1＃閥后2點，2＃閥前3點，實測三點溫度分別為：T1＝148℃，T2＝133℃，T3＝112℃。

查水蒸汽熵焓表，得表1。

表1 不同溫度下的蒸汽參數表

因為所有管道全部保溫，忽略管道熱損，把1＃閥阻力和L1管的流動總阻力都認為絕熱節流，根據絕熱節流時前后焓值不變的原理，計算L1管內實際工藝參數：

1）設節流后的汽化率為X，列方程如下。

得：2點處汽化率

得：3點處汽化率

2）設汽化后水的流量為V水，汽化后水蒸汽的流量V汽。

2點處水流量

2點處汽流量

同理，得3點處：V水3＝29.41m3／h，V汽3＝2 362.50m3／h

3）假設節流后的汽液兩相流速相同，設為U混，節流后蒸汽流速為U汽，原設計（1點處）狀態飽和水流速為U設計。

2點處汽液混合流速

同理，得3點處：U混3＝86.36m／s；1點處U設計＝1.18m／s。

依據《化工工藝設計手冊》中流體常用流速范圍，低壓蒸汽≤1MPa（絕壓）時，流速范圍15～20 m／s；蒸汽冷凝水流速范圍0.5～1.5m／s。據計算結果，當時設計流速U設計＝1.18m／s，在常用流速范圍內。但實際運行時操作位置的變化，致使L1管內的運行工藝參數發生變化，實際流速從1＃閥后U混2＝21.06m／s逐步加速到U混3＝86.36m／s，都已超過常用流速范圍。蒸汽和水在管中形成汽帶水的現象，在高速流動中彎頭處還會發生液體撞擊，加速對管道的沖刷，造成管道易損、泄漏。由于管道自身阻力降以及閥門節流造成的阻力降，使熱水管道內實際流速呈現逐步及跳躍式升高之勢，造成熱水管道內熱水處于持續閃發狀態并引發實際流速大幅度提升。最終導致熱水管道沿熱水流向，漏損越來越嚴重，理論分析與實際情況基本吻合。

3 解決措施

依據上述理論分析，制定相應的措施如下：1＃閥平時全開，不用于調節控制。在2＃閥附近新安裝方便操作的3＃閥，用于平時的操作調節，并對L1管漏點及彎頭進行更新修復。自2009年8月完成至今，3＃閥前L1管未發現漏點，只是在3＃閥后的較短管段內發生過少數漏點，基本解決了此問題。

4 小 結

通過分析，對于高溫（100℃以上）熱水管道，設計、安裝要充分考慮輸送過程中因管道阻力降及閥門節流誘發的熱水閃發蒸汽現象，尤其是類似于聯堿煅燒送往鍋爐的高達150℃左右的熱水，輸送時更應考慮途中閃發現象，這對于優化設計、降低管道沖刷磨損、減少運行費用具有重要意義。

［1］ 國家醫藥管理局上海醫藥設計院.化工工藝設計手冊（第一版）［M］.北京：化學工業出版社，1989

［2］ 天津大學化工原理教研室.化工原理［M］.天津：天津科學技術出版社，1983