低压蒸汽凝液管道减薄原因分析.pdf

22特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 4 期图 1管道单线图通过壁厚测定发现该管线中除弯头 W13W14 壁厚正常以外，其余弯头皆存在一定范围的减薄，减薄较严重的弯头有 4 个，弯头减薄情况详见表 2。表 2管道规格及减薄弯头剩余壁厚表管道规格（mm）减薄部位最小剩余壁厚 mm895.5弯头 W3W4 背弯侧1.8895.5弯头 W5W6 背弯侧2.8895.5弯头 W9W10 背弯侧2.7895.5弯头 W11W12 背弯侧2.5经现场切割减薄弯头，发现弯头背弯侧有明显的冲刷减薄区域，与周围的正常母材形成明显的对比，详见图 2 图 6 所示。图 2现场管线图 10引言低压蒸汽凝液管道是化工行业中非常普遍的工艺管道，输送介质为蒸汽凝液，工作温度一般在 100以上，一旦发生泄漏将导致人员烫伤及其它安全事故。近年来随着化工行业的蓬勃发展，化工装置中低压蒸汽凝液管道数量越来越多，而随之发生的管子及管件、调节阀以及限流孔板的下游部位泄漏事故也越来越多，需引起足够的重视。因此，掌握低压蒸汽凝液管道泄漏的原因和预防措施，对管道的安全使用具有十分重要的意义。1缺陷描述2019 年 2 月对某公司焚烧系统装置的压力管道进行首次定期检验，其中一条低压蒸汽凝液管道在检验过程中，通过超声壁厚测定发现该管道有多个弯头存在减薄，其中最薄的弯头剩余壁厚只有 1.8mm，不能满足继续使用的要求。该管道主要技术参数及单线图见表 1 和图 1。表 1管道主要技术参数管线编号：80-LPC-80505设计压力（MPa）0.6工作压力（MPa）0.24设计温度（）200工作温度（）138介质低压蒸汽凝液材质20#公称直径（）80壁厚（）5.5管道级别GC2管道长度（m）21.3腐蚀裕度（）1.5防腐层材料底漆敷设方式架空绝热层材料岩棉低压蒸汽凝液管道减薄原因分析何通东关鹏涛向登峰许波鲍伟光尹建斌摘要针对某公司焚烧系统装置中低压蒸汽凝液管道首次定期检验发现的多个弯头减薄情况，通过对装置生产工艺、管道运行参数及介质、材料的分析和管道减薄弯头切割观察，综合判断该管道损伤模式，分析缺陷产生的原因，并对此类具有减薄倾向的压力管道检验及预防措施提出几点建议。关键词低压蒸汽凝液弯头减薄冷凝水腐蚀冲蚀收稿日期：2023-02-1623特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 4 期图 3减薄弯头 W3W4 切割样图图 4减薄弯头 W5W6 切割样图图 5现场管线图 2图 6减薄弯头 W9W10 切割样图2原因分析为了进一步明确弯头减薄的原因，决定从装置生产工艺、管道运行参数及介质、材料方面进行分析，并对减薄弯头进行切割，结合减薄区内表面具体形态，综合判断该管道损伤模式。2.1管线概况该管线通过外管将低压蒸汽凝液输送到除氧器。由管道主要技术参数可知，低压蒸汽凝液中含有气、液两相流，工艺上流量 Q=137m3/h，管线规格 895.5（单位 mm），管线中介质的流速 v 和流量 Q 的关系式为：v=Q/（Di2/4）式中：Di=-2tt 为管道壁厚经计算得出：流经弯头的流速 v=8m/s，经查阅相关文献，凝结水流速在 5m/s 以上时，会加速碳钢管道的冲刷减薄速率。2.2弯头减薄的损伤模式识别通过查阅相关文献资料得知，在气、液两相流作用下，低压蒸汽凝液流经弯头时为气液共存状态，水流夹带高温气泡碰撞弯头背弯侧，气泡碰到弯头器壁后立即崩溃破灭，形成高度局部化的冲击力，长时间消磨管件晶间原子导致金属损失。在观察减薄弯头内表面及直管内表面时发现内壁附着有黄褐色的腐蚀产物，如图 7、图 8 所示。图 7减薄弯头处腐蚀产物样图图 8直管处腐蚀产物样图在查阅GB/T30579-2014 承压设备损伤模式识别时发现，在蒸汽冷凝水中如果含有氧气，会在金属表面形成黄褐色或砖红色的腐蚀产物，腐蚀产物去除后，可见金属表面的腐蚀坑，与现场实际发现相吻合。结合以上分析，可以判断出，此管线的损伤模式为冷凝水腐蚀、冲蚀共同作用的损伤模式。冷凝水腐蚀形成的腐蚀产物在流体冲刷下离开表面，暴露的新鲜金属表面在冲刷和腐蚀的反复作用下，金属不断脱落，壁厚不断减薄，形成局部严重的腐蚀坑、凹槽、犁沟和凹谷状形貌，且具有一定的方向性。3建议及优化（1）除氧处理：在进行机械除氧的同时，根据系24特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 4 期统压力情况进行化学药剂（如催化亚硫酸钠或联氨）除氧，可减少系统氧含量。残存除氧剂被夹带进入蒸汽发生系统，可除去除氧器下游混入的氧气；（2）设计优化：增加管道直径以降低介质流速、采用流线型弯头、增加冲刷部位壁厚等；（3）选材：采用耐蚀金属或合金降低介质腐蚀性，形成更加致密的保护膜；采用硬度高的材质，或增设耐磨衬里，或进行表面强化处理等；（4）工艺改进：使流动路径呈流线型以减少紊流、对液体介质进行气体分离；（5）定期检验：增加管道弯头、三通和异径管壁厚抽查比例；（6）年度检查：使用单位应重点管理此类管道，应当采取定点或者抽查的方式进行壁厚测定以确保管道安全运行。（7）要重视蒸汽凝液管道减薄所带来的安全风险，图 9 为 2020 年 12 月针对某企业芳烃二部压力管道定期检验中发现的蒸汽凝液管道减薄失效现场照片，该管道靠近弯头处直管已出现破口，管道规格 1146mm，减薄弯头背弯侧和破口附近直管及弯头剩余壁厚为2.03.1mm，切割后内部可见明显的沟壑状冲蚀痕迹。图 9蒸汽凝液管道减薄失效参考文献1 GB/T30579-2014承压设备损伤模式识别 S.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.2 赵麦群，雷阿丽.金属的腐蚀与防护M.国防工业出版社，2008.3 赵会友，赵善钟.几种钢的腐蚀冲蚀磨损行为与机理研究 J.摩擦学学报，1996，16（2）：112-119作者何通东关鹏涛向登峰许波鲍伟光尹建斌宁波市特种设备检验研究院浙江宁波邮编315048而在水冷壁表面附近形成还原性气氛，引发高温腐蚀，相关研究表明煤粉细度应该控制在 R90=8%-12%，对减缓水冷壁高温腐蚀情况有明显帮助5。3.3调整燃烧工况改善锅炉燃烧的空气动力学工况，加强燃烧调整、合理配风，以使炉内煤粉尽快着火并完全燃烧，以避免在水冷壁附近形成还原性气氛及减少未燃颗粒直接冲刷水冷壁。在不影响负荷的情况下，尽量降低一次风速并提高二次风速可以做到这一点，目前比较成熟的技术有浓淡风燃烧技术、多切圆燃烧技术，增加贴壁风喷口等。3.4加强化学对给水品质的监督加强对给水的控制，适当提高高温腐蚀区域水冷壁管内水流速度，降低管壁温度，严格控制给水品质，避免因水冷壁管内结垢而影响换热，从而导致水冷壁管壁温度增加。4结语水冷壁高温腐蚀与多种因素有关，包括煤种、炉型及热力参数、燃烧方式、运行方式等。多年来，为克服水冷壁高温腐蚀行业内也探索了多种方法，包括燃烧器的改造、优化燃烧调整、管壁表面喷涂防腐层等措施，最后还是要加强监督，只要有机会就要进行检查复测，通过这些手段能在一定程度上遏制了高温腐蚀的发生，确保锅炉安全运行。参考文献1 赵虹，魏勇。燃煤锅炉水冷壁烟侧高温腐蚀的机理及影响因素 J。动力工程，2002 年 4 月，1700-1703.2 杨福强，梁五洲，侯丽萍。燃烧器对冲布置电站锅炉侧墙水冷壁结焦及高温腐蚀问题研究与对策 J。山西电力，2022年 2 月，57-60.3 张健强，陶林。燃煤电站锅炉水冷壁高温硫腐蚀研究 J。锅炉制造，2022 年 5 月，34-35.4 毛晓飞，左志雄，汪正海，刘宣义，董中俊。燃用高硫煤四角切圆锅炉水冷壁高温腐蚀治理 J。热力发电，2019 年 4 月，98-100.5 席春燕。锅炉水冷壁高温腐蚀的机理影响因素及预防措施J。装备制造技术，2007 年第 10 期，147-148.作者王秋锋江阴苏龙热电有限公司江苏江阴邮编214442（上接第 15 页）