蒸汽管網泄漏原因及解決辦法分析

摘要：蒸汽管網泄漏是蒸汽管網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泄漏的原因進行了分析，并提出了相應的解決措施，具有一定的借鑒參考價值。

關鍵詞：蒸汽管網泄露；方形補償器；設計缺陷；故障泄露；蒸汽水分子 文獻標識碼：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

蒸汽管網泄漏是很多企業都普遍存在的問題，如果蒸汽管網泄漏嚴重會產生較大的波動，甚至會影響生產裝置正常運行。在水資源日益緊缺的今天，蒸汽的生產成本也會隨之提升，統計顯示，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。為了降低蒸汽管網泄漏造成的損失，需要分析管網泄漏的原因，提高維修和巡檢力度，合理地選擇密封材料和閥門，真正解決蒸汽管網泄漏的問題。

1 蒸汽管網泄漏常見原因

1.1 介質原因

蒸汽水分子與液態水分子不同，液態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，就會形成液態水。盡管蒸汽系統管網中含有保溫層，但是熱量的損失是不可避免的。管道、法蘭、閥門等管網組成的內壁溫度一般都比工作壓力下的飽和溫度低，因此管內部形成凝結水是不可避免的，保溫效果越差，其產生的凝結水越多。這些凝結水會在管道內進行積聚，從而與縫隙間的酸性雜質發生反應，形成電解液，產生化學腐蝕。凝結水還會對管道的彎頭、閥門等部件產生沖刷，使得管道壁變薄，甚至出現穿孔的現象。

1.2 材質原因

蒸汽管道使用的環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，容易發生破壞；金屬材料的其他性能也會發生改變，管道壁會變薄，在使用過程中發生泄漏現象。當溫度高于450℃時受到氫離子的影響，水蒸氣對管道內外產生強氧化腐蝕，高溫碳鋼材質可能會存在石墨化的現象。

1.3 工藝原因

蒸汽管道系統長期在高溫環境下進行工作，金屬材料的熱膨脹作用會使得管道伸長，從而使得管道系統增加額外的拉伸力和彎曲應力。蒸汽系統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，都會是管網系統的應力發生異常變化，引導管道系統的強烈震動，從而發生泄漏。

1.4 制造原因

蒸汽管網系統在進行安裝時不按照操作規程來進行部件的安裝也會對管網產生影響。比如焊接產生的氣孔、雜質、法蘭連接口偏差引起的安裝附加應力、蒸汽系統支吊架的設置和不符合操作規程的安裝方式等，都會使得管網在運行過程中無法科學合理地分配預應力，造成局部應力過大的現象。這些問題的存在對蒸汽管道使用過程中產生劇烈的影響，從而發生泄漏現象。

2 案例介紹

某蒸汽管網自投運以來故障不斷發生，2015年先后出現了15起蒸汽泄漏事故，在2016年還發生了一起重大泄漏事故，導致停爐時間長達97h。為了避免出現該隱患，對管網重新進行了審視，對問題出現的原因進行了分析，并對蒸汽管網泄漏的解決方法進行了探討，成功解決了蒸汽管網泄漏的問題，保證了設備的順利運行。該工廠蒸汽管網從外網A點引入，管道直徑為Φ377mm×9mm，設計管道的壓力為1.5MPa，設計管網的工作溫度為200℃，壓力大小為1.5MPa，管網布置系統如圖1所示。在管網系統中分別在229處和211處設置了一個支點，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，整個管網系統的總長度為111m。

3 存在問題及原因分析

3.1 存在問題

在現實的使用過程中管網系統還存在大量的泄漏問題，比如在377mm管221處頻繁出現泄漏的現象。雖然工作人員已經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象，并且還出現了法蘭開裂、U形彎彎頭開裂、對接焊縫張嘴等現象，其中221段的操作臺附近出現泄漏現象最為顯著，因故被迫停止工作進行鍋爐搶修。通過對本管網存在的問題進行分析后發現主要存在原有設計存在缺陷、管網的施工工藝缺乏規范性等問題。

3.2 原因分析

3.2.1 設計存在缺陷。

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

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

第二，本工程設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力大小應該為[σbw]=96.11×106，E代表的是力學性能參數彈性模數，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現，補償量只有142mm，是無法補償該管系270mm的伸長量，如此一來就會經常產生泄漏，對圖1分析后發現，在引入蒸汽的一端設置有補償器，所以如果一端沒有發生泄漏的現象，有可能是由于另外一端沒有設定補償器，從而發生管道多次泄漏的現象，這樣會對頂端柱211上部的支架產生沖擊力，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現，由于操作人員在進行焊接時不按照規范進行，從而使得管道發生連續泄漏的現象，主要存在以下五方面的原因：

第一，對管道進行對接處理時，焊縫存在不統一的現象，有的上下管口差距較大，并且與我國相關行業的規定不符合。

第二，在管道進行對接處理時，出現偏心問題，有的甚至超出了行業標準。

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生了扭曲，從而發生泄漏的現象。

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，增加了鋼管發生撕裂的概率。

4 對策措施

4.1 優化設計

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提供142mm的補償。因此需要在管道系統柱215附近進行管道的切斷操作，并且將其與補償器進行連接。通過對數據信息分析計算之后，發現在柱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。每道焊縫咬邊長度應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，并且兩條垂直壁的平行度應該小于3mm/m。

4.2.4 法蘭密封面應該保持平整光滑、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生率。從2016年2月至今尚未發生泄漏事故，并且對管道系統的全部焊縫和現有的支架等進行全面的檢查，均正常，無不正常現象，由此可以看出，對原有的工藝流程進行改進已經完全達到了預期的目的。

5 結語

綜上所述，本文結合實際管網工程，對管網出現泄漏事故的具體原因進行了分析，分析發現管網的設計以及管網后期維修方面都有比較多的問題，重新對管網系統進行檢查、分析后，找出蒸汽管網泄漏的根本性原因，并給予了有效的處理措施，徹底解決了蒸汽管網泄漏的問題，處理后未再出現蒸汽管網泄漏的事故。

參考文獻

[1] 楊林.某煉化企業蒸汽管網優化運行分析[J].化工進展，2012，（S1）.

[2] 權亞文，白小明，倪曉斌，等.蒸汽管網節能-冷凝水回收技術在煉油廠的應用[J].石油煉制與化工，2011，（9）.

作者簡介：馬棟（1990-），男，陜西西安人，中國航發南方工業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備維修。

（責任編輯：蔣建華）