彭俊峰
泰安高新热力有限公司 山东 泰安 271000
摘要：从一起蒸汽管道的水击事件，通过蒸汽管道产生水击的过程，分析蒸汽管道水击产生的原因，结合这次水击事件对责任进行分析，并对防治蒸汽管道水击提出预防措施。
关键词：蒸汽管道；水击；机械共振；预防措施
引言：在压力管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压力显著、反复、迅速变化的现象，称为水击，也称水锤。对蒸汽管道中而言，水击多出现在刚开始送汽的暖管过程和长距离输送蒸汽不能及时将管道中产生的大量凝结水排除时。蒸汽从电厂输出后，与管道中与冷空气、积水及管壁接触，蒸汽中的热量被吸收，使部分蒸汽成为凝结水，体积缩小，产生局部真空，而后方的蒸汽在自身的压力作用下对凝结水推动，高速冲向真空区域，使凝结水增大形成水堵，凝结水形成的水堵前后压差极大，造成瞬时压力显著、反复、迅速的变化，形成水击。暖管的过程是一个缓慢持续升温过程，凝结水也在不断产生，水击也持续发生，使管道不断振动及发出“铛铛”的声响，这就使得在暖管过程中从蒸汽管道泄水阀时出现有时向管道内吸气，有时向外排气及排水的现象。
1、蒸汽管道事故的过程
某热电厂新建一直埋蒸汽管道，管道采用螺旋焊管，全长约7.8km，其中Dn600管道约3km，其余为Dn500管道；建成后开始送汽，由于使用新建的热电厂只有一台锅炉，在初投入运行后，经常因各种原因停汽，进行多次送汽后的某次送汽暖管，因夜间停汽没有及时安排人员将管道中的凝结水排出，在隔了1天后的19:00左右开始再次送汽，根据暖管的方案要求，首先热电厂开启阀门后，将蒸汽压力设定在0.1Mpa稳压暖管，30分钟后无异常现象，再控制升温速度1小时内不超过50℃，升压速率不超过每小时0.2Mpa的要求进行。同时安排管线人员分组打开沿线所有凝结水泄水阀，按管道走向先后顺序开始抽集水井内管道排出的凝结水，待开始见汽后关闭泄水阀，再向下一个凝结水集水井抽水。
根据原暖管方案开始送汽暖管4小时左右以后，管道末端没有出现凝结水，由于该管道敷设采用直埋形式，无法从表面判断，于是现场指挥调度热电厂不断加大蒸汽出口压力至1.0Mpa左右，希望用提高蒸汽压力推动凝结水提高暖管速度。在过了一段时间后，管线人员在管道距末端1km处发现排潮管排气出现异常，有排汽的现象，因前一天下雨，认为在排潮，没有在意，可过了一会，排潮管声音加大，于是向上汇报，停止送汽。第二天开始开挖管沟，查找原因。开挖拆除管道发现每隔一段距离在螺旋焊管上部板带中间沿纵向出现一道约15cm左右的裂缝，一共出现了6处，而且裂缝距离都比较有规律，约50m左右或50m的2倍，距固定支架距离都基本一致，且裂缝都出现在管道上部位置。
2、蒸汽管道破坏的原因分析
经分析研究，是由于管道中出现的水击造成的，在分析初期，都没有往水击上考虑，因为在开挖现场的管沟后，平常易损坏的管道附件，如：补偿器、弯头等都没破坏，甚至焊缝也没有遭到破坏，反而是管道卷板板带损坏。蒸汽管道采用的螺旋焊管采用Q235钢带，热电厂暖管出口压力最高时为1.0Mpa，温度300℃左右，考虑蒸汽到管线末端与冷凝水的混合物实际温度应不超过200℃，Q235钢管在使用环境200℃时，其允许使用应力σ为105Mpa，远远大于管道实际工作压力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在此情况下，为查找原因，搜集了大量的资料，了解到水击在形成后,是以压力波的形式在管道内传播,因蒸汽管道内是蒸汽与冷凝水的混合物,且水击流是相当不稳定的,不能以理想状态的单一流体来计算水击的最大破坏压力，可能达到额定工作压力的几十倍甚至几百倍，当水击产生的振动与管道结构系统的固有频率相同或接近时，就会形成机械共振，此时水击对管道破坏力最大；如此强大的压力作用在管道及管道附件上时,就会造成管道及管道附件的损坏，这就能解释现场开挖管道破坏产生的裂缝为什么都有规律。
另外，本次直埋蒸汽管道采用外滑动软质钢套钢保温形式，在保温加工时为了保证钢管滑动支架间距，使管道挠度一致，12米长的螺旋管在加工时，滑动支架每边距管头都是3米，保证了管道在安装后支架间距都为6米。另外为了便于施工和管道加工，滑动支架采用全约束形式，即管道只能沿纵向位移，由补偿器吸收管道的热胀冷缩，而管道断面采用的全约束式支架使管道无法上下左右移动。这意味着管道在遭遇到水击时，无法上下左右摆动，使水击产生的机械共振作用到了管道管壁上的一点处，而不是作用在一段管道上，由这段管道承担水击产生的能量，因此管道产生的裂缝都出现在管壁的上方的一处位置，而没有使管道中的易损附件或焊缝遭到破坏。
3、本次水击事故责任分析
本次蒸汽管道产生的水击事故主要责任是管道内的积水及凝结水没有及时排出造成的，虽然在管道暖管时，按原暖管方案要求对管道送汽升温升压，并且如平常送汽暖管时安排人员沿管线排水及抽集水井内的积水。但本次送汽有一个特殊的情况，就是上次停汽是在夜间，停汽比较仓促，没有将管道内还有压力的蒸汽使用或排出，管道内的蒸汽在近1天的时间后冷凝成水，虽然在送汽时开启凝结水泄水阀放水，但管道内的积水放到集水井内没有及时抽完，导致管道内的积水在蒸汽的推动下涌向管道末端，造成管道末端积水无法排出，致使本次水击事件发生。
本次蒸汽管道产生的水击事故次要责任是在末端长时间没有出现凝结水的情况下，现场指挥在没有了解、分析原因的情况下，调度热电厂人员提高出口压力，希望用提高蒸汽压力推动凝结水提高暖管速度，促使水击事件的发生。
4、蒸汽管道水击的预防措施
蒸汽管道在暖管时水击现象是不可避免的，但像本次水击事件对管道破坏现象却可以通过前期预防措施避免发生，因此应采取相应的预防措施：
（1）一般情况下，管道在设计和安装阶段，为防止水击现象，排出管道内产生的凝结水，要严格按照有关设计规范对疏水装置距离安装要求或在管道坡向的低位点设置凝结水泄水系统；管道在送汽暖管前，必须打开沿线所有凝结水泄水阀，将管道内的积水通过凝结水泄水系统排出，并将排出到集水井的积水抽净。
（2）蒸汽管道送汽暖管，要缓慢开启蒸汽阀门，严格按照暖管方案制订的升温升压曲线进行。在暖管过程前，先安排管线人员将所有泄水装置打开，安排巡线人员按管道送汽先后顺序分组检查凝结水泄水情况，同时安排人员开始抽集水井内管道排出的凝结水，待开始见汽后关闭泄水阀。如管线人员发现泄水装置排水较大、管道有水击声响或无法及时将集水井积水抽出，要及时向调度汇报，通知热电厂控制蒸汽出口压力的人员降低蒸汽压力或暂时关闭阀门，待排除异常后再恢复正常状态。
5、结论：
通过这次蒸汽管道产生的水击事件，清楚水击对蒸汽管道的严重危害，极易对管道周边的财产造成损害及人身造成伤害。这就要求我们在蒸汽管道送汽暖管及运行过程中要严格遵守事先制订的预案或方案，及时排除管道存在的积水，防止水击对管道的损坏。而且在送汽暖管过程中应根据客观实际情况有针对性的采取措施，防止水击事件的扩大。
参考文献
[1].金永秀.蒸汽管道产生水击的机理与防治[j].化工设备与管道，2013.50（6）:75-78.
论文作者:彭俊峰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/29
标签：管道论文; 蒸汽论文; 凝结水论文; 压力论文; 积水论文; 热电厂论文; 预防措施论文; 《防护工程》2018年第15期论文;