工業蒸汽管道的檢驗及問題分析

蒸汽作為工業中應用熱量載體，由于生產的連續性，其輸送多通過管道完成。某地區熱電、煤化工、制藥企業繁多，這幾類企業都安裝了大量蒸汽工藝管線。為保障使用環節的安全經濟的進行，根據《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》及《在用工業管道定期檢驗規程》要求，做好蒸汽管道檢驗，使得蒸汽管道安全性與經濟性得到有效統一?！　≌羝艿蕾|量除材料選取不當、設計不合理、制造缺陷影響外，服役過程中還受高溫、交變溫度、介質沖刷及腐蝕、設備振動等因素影響，容易發生蠕變開裂、腐蝕減薄、應力腐蝕等失效事故；蒸汽管道自身長度較大，在外力作用下容易發生失穩；管道需要現場進行安裝，安裝質量很難保證。根據《在用工業管道定期檢驗規程》要求，在對壓力管道定期檢驗過程中，要進行資料審定，外觀及布局檢查，受壓支承構件檢查，振動及泄漏檢查，絕熱層檢查，管道壁厚測量，焊縫位置無損檢測，安全附件檢查等內容。在檢驗過程中，總結常見問題如下：

1. 設備檔案、操作記錄不齊全　　檔案資料完善與否是衡量蒸汽管道管理工作水平高低的重要尺度。建立技術檔案并通過檔案管理，可以掌握每條管道在設計、制造、維修、檢驗、使用過程中的質量問題。根據《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》要求，管道使用單位應當建立管道安全技術。

　　檔案并妥善保管[1]。在實際檢驗中，使用單位都設置了專門負責壓力管道管理的工作機構，但由于管理部門人員變更等因素，管道設計資料、管道系統安裝竣工及驗收的技術條件及管道歷次檢驗、修理、改造和變更情況資料常有遺失，操作條件及工藝參數，如管道操作壓力和溫度，壓力和溫度波動幅度和頻次等管道運行記錄不能；管道投用日期，如使用期間多次停用，未及時記錄停用次數和重新啟動的起止日期。

2. 設備及管道設計、安裝問題

　　布局結構不合理較多存在于管道安裝方面。早期一些安裝施工單位無壓力管道施工資質，造成壓力管道選用不當，結構布局不合理，如一些單位施工時未嚴格考慮管道受熱變形補償量，導致管道在運行一段時間后出現撓曲變形；某些管道疏放水裝置設置不合理，系統再次開車時，蒸汽管道內產生大量凝結水會導致沖蝕并有可能造成“水擊"現象[2]；部分企業私自更改管道線路、隨意增加、減少彎頭和閥門，導致一些管路形成死角和管道截面積突變，影響系統整體穩定；部分管道安裝施工質量較差，出現材料錯用、混用，管道表面變形，焊縫成形不好，咬邊，錯邊量標。如在一次蒸汽管道安裝監檢過程中發現：設計圖紙要求彎管采用15CrMoG，標準為GB5310-2008，而現場的彎管材料標記及質量證明書標示為15CrMo， 采用GB/T 8162-2008制造標準，管材性能不符合圖紙設計要求，應予以更換。

3. 管道支吊架設置不合理問題

　　本部分查看內容包括支吊架是否有彎曲、變形、脫空等現象，活動支架位移情況及導向性能，固定支架牢靠性、可調支架調整位置是否合適等。檢驗發現部分企業支吊架設置時未考慮支座數量及間距造成管道機械振動加??；有些未考慮管道受熱膨脹及限位作用；有些支吊架與管體焊死；有些將支撐設置在平臺或欄桿上，影響整體結構的牢固性。檢查發現支架銹死或脫落現象比較普遍，表明很多企業疏于管理，未認識支撐結構的重要性。

4. 腐蝕及減薄問題

　　對蒸汽管道采用聲波測厚進行剩余厚度測量，選擇彎頭背部、三通肩部等蒸汽沖刷部位。部分彎頭部位壁厚比相應直管部位壁厚有減薄趨勢。管道腐蝕有以下三個原因：

a.內部腐蝕減薄

　　有文獻[3]表明輸送蒸汽管道內游離氫氧化物能夠引起嚴重的點蝕或苛性應力腐蝕破壞?？偨Y檢驗案例發現，蒸汽管道腐蝕集中發生在下半部分，為均勻腐蝕和點腐蝕。這是由于蒸汽管道運行過程中蒸汽冷凝，冷凝液含氧及氯、氫氧根離子，內表面發生電化學腐蝕。反應式[4]為：

　　陰過程：2H+ + 2e → H2

　　陽過程：Fe → Fe2+ + 2e

　　有些碳鋼管道由于間斷或季節性運行的原因，或少量冷凝水未及時由疏放閥排出而積存在管道中，底部腐蝕會更加明顯，甚至出現貫穿性蝕孔。

b. 管道外局部腐蝕

　　局部腐蝕常見于架空蒸汽管道由于補償器、閥門、支吊架附近局部管道裸露在大氣環境中，造成局部腐蝕。另外由于保溫材料與管道接觸地方往往形成氧濃差電池。當管道間斷運行時，可形成干濕交替的外部環境，引起腐蝕加劇。本地區屬于典型的工業大氣環境，腐蝕危害性更為巨大。

c. 保溫層下腐蝕

　　保溫層下腐蝕(Corrosion Under Insulation, CUI)是指發生在施加了保溫層材料的管道或設備外表面上的一種腐蝕現象[5,6]。蒸汽管道外保溫層包覆，會造成一個高溫高濕的密閉環境，隨著薄層電解質液膜形成與集聚，管體腐蝕加劇。保溫層下的腐蝕現象常見于低壓蒸汽管道。表明，碳鋼管線溫度在-4～175℃區間在保溫層下發生腐蝕的情況類似于CUI[7]，表現為均勻腐蝕和點蝕。由于保溫材料老化、冷熱循環導致密封作用下降等影響，保溫層下腐蝕的概率在設備運行5年以上后將大幅上升[8,9]。

　　管道保溫層下腐蝕除受循環操作溫度形成干濕及冷熱交替作用外，很大程度上歸咎于保溫施工及后續維護不當。作業人員踩踏損壞保溫外鐵皮，水汽進入保溫棉引起腐蝕，或由于施工質量不規范，或使用后保溫外鐵皮損壞、脫落。

5 焊縫無損探傷發現的問題

　　蒸汽管道無損探傷檢查的重點是管道外弧面、三通肩部和焊縫等應力較高的部位及絕熱層破損部位。實際操作中表面探傷選優先選用磁粉探傷，對于非鐵磁性材料或者因形狀復雜不適宜磁粉探傷的部位選用滲透探傷。內部探傷采用聲波法，比例選取根據《在用工業管道定期檢驗規程》要求選取。

　　總結檢驗案例發現，個別焊縫及熱影響區存在表面裂紋。焊縫內部未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷不同程度的存在，大多數為“先天"缺陷。如部分管道焊接操作中被焊邊緣及焊縫清理不干凈，焊道中殘留熔渣或非金屬雜質，進行層間焊接時雜質及熔渣留在焊縫中形成夾雜缺陷。圖1、2為某蒸汽管道檢驗中發現的母材位置裂紋及焊縫裂紋。材料組織不均勻、焊前預熱溫度控制不嚴格、現場熱處理工藝不合理都可能導致裂紋產生。

6 管道元件及安全附件維護問題

　　主要查看管法蘭、閥門泄漏情況；法蘭有無偏口、緊固元件是否齊全、是否松動；閥門操作是否靈活。附件檢查主要查看附件安裝是否完好，是否被人為拆除，安全閥、壓力表選型是否合理、是否靈敏可靠、外觀質量情況及是否處于校驗期。檢查發現，存在較多的問題是法蘭選型英制與公制混淆，導致法蘭對接偏口；部分法蘭緊固螺栓未安裝齊全；閥門泄漏問題主要表現在填料破壞；某些閥門在制造過程中就存在氣孔等缺陷，運行時承受溫度變化引起的熱應力以致出現裂紋；安全閥有銹蝕出現；壓力表、安全閥期未校驗，部分安全附件未及時維修和更換；某些單位壓力表校驗間隔時間與普通壓力表相同，標示為1年。檢驗發現蒸汽管道閥門頸部存在裂紋。原因是閥體頸部應力更為集中，閥門為鑄造結構，工藝原因也使鑄件容易產生鑄造缺陷，運行時缺陷擴展形成裂紋。此外，管道啟停時溫度波動產生熱應力，局部易出現熱疲勞，容易產生裂紋。

　另外，有些公司在發現管道有問題時，沒有找有資質的公司進行維修，而是自行貼補，留下了安全隱患。蒸汽管道使用單位自行修補的彎頭部分。

　蒸汽管道作為壓力管道中常用類別，其運行管理和缺陷檢查工作非常重要。蒸汽管道質量要從源頭控制，對于管道設計、制作與安裝環節，甲方要嚴把質量關，選擇資質過硬的設計、安裝單位，購買質量合格的管材、管件及焊材。特種設備檢驗單位要仔細監督安裝監督檢驗各個環節。管道使用單位要強化控制工藝操作指標和工藝紀律，堅持崗位責任制，認真執行巡回檢查制度。對于管道定期檢驗中發現的安全隱患和問題，要及時處理。通過設計、選材、安裝、使用、檢驗直至報廢更新的全過程管理，確保壓力管道的正常安全運行。