摘要：蒸汽管道出现接管座焊缝失效、接管座周围母材损伤等情况，分析产生的原因，并给出合理、具体的修复方案，保证蒸汽管道的安全，减少修复时间和成本。
关键词：接管座；预留孔；冷凝水；坡口堆焊；早期失效；母管
前言
蒸汽作为工业生产中重要的公用工程物料及热量载体，在生产中有着非常广泛的应用。蒸汽在相变时可以放出巨大的潜热，可以用来加热物料，也可以利用蒸汽的压力能推动汽轮机或其他动力设备做功。在释放出潜热后，蒸汽由汽态转化为液态，这些液态的水就是蒸汽凝结水。高温的蒸汽凝结水具有相当大的潜能，为了充分回收和利用蒸汽凝结水的热能，减少对环境的热污染，提高软化水、脱盐水的重复利用率，一般在项目建设中，会设计蒸汽凝结水回收系统作为一种节能措施。凝结水管道作为整个系统的重要组成部分，在实际生产运行中起着关键的作用。
1 失效类型
蒸汽管与接管座常见的连接形式有2种：一是管座内径同母管预留孔孔径相等、在管座侧开坡口，进行焊接，这种连接方式是《火力发电厂焊接技术规程》（DLT869—2012）表2汽水、仪表取样等接管座推荐的坡口形式，也是近些年设计院、锅炉厂主要采用的设计方式；二是母管预留孔孔径在外壁侧扩大、带有坡口，预留孔一般为倒圆锥形，只在母管内壁侧留有一定厚度的钝边，这一结构常见于施工现场制作的中、低压蒸汽管道，在2000年前后锅炉厂、设计院也会设计此种接管座。常见的蒸汽管接管座焊缝损坏形式有3种：①接管座焊缝熔合线出现裂纹，未延伸到母管，在挖除过程中，只挖去了原焊缝，基本未损害母管预留孔孔径；②接管座焊缝熔合线出现裂纹，并延伸到母管，在挖除过程中，损害了母管预留孔孔径，母管与接管座采用第二种连接方式时，早期失效表现形式为这种类型的概率较大；③蒸汽管内壁出现裂纹，并呈放射状延伸，在挖除过程中，改变了母管预留孔孔径，母管与接管座采用第一种连接方式，且接管座位于蒸汽管道的正上方或正下方时，早期失效表现形式为这种类型概率较大。
2 管道振动、减薄分析
企业在蒸汽凝结水管线的弯头、三通等位置进行“包盒子”加固，主要原因就是这些部位管子或者管件发生了减薄。造成管道振动、减薄的原因有以下几个方面：（1）流动加速腐蚀。流速本身会改变腐蚀速度。一般来说，随流速增大，腐蚀速度随之增大。管道的尺寸和形状直接影响流体速度进而影响局部传质速率。在变径、三通等结构突变处，流体的流动和湍流程度增加，腐蚀也会加剧，造成这些部位受到更严重的流动加速腐蚀。（2）气泡冲刷腐蚀。蒸汽凝结水在流动过程中，当压力降至相应温度的饱和蒸汽压以下时，蒸汽会从凝液中逸出产生二次蒸汽，形成汽液两相流。当汽液混合物中含气量不多时，水蒸汽以气泡形式浓缩于管子中间。气泡破裂时产生的冲击波压力可高达400个标准大气压，使金属保护膜破坏，并引起塑性形变，甚至撕裂金属粒子。金属保护膜破口处裸露的金属受腐蚀后随即又重新形成保护膜。在同一点上又形成新空泡，又随即破裂，这个过程反复进行，造成金属表面形成致密而深的孔。一般管壁的冲刷腐蚀是均匀减薄，但当流体突然改向处，如弯管、三通、变径管等部位，管子的腐蚀要比其他部位要严重，甚至穿孔。（3）水击。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当汽液两相流中气量较多时，蒸汽推动凝结水向前流动，造成管道内水位逐渐升高，最终凝结水成活塞状而充满管道，当这一水块到达管道转弯处或者阀门处时，就会对其产生激烈的冲击，造成管子的减薄。除此之外水击还会给管道系统带来振动。剧烈的振动常常造成支吊架松脱等现象，轻则造成管系损伤，重则造成管系焊口撕裂。
3 修复方案
一般来说，修复提前失效的蒸汽管接管座时，需将异种钢接管座更换为与蒸汽管相同材料，尽量减少异种钢焊缝。但是，受制造时间等客观因素制约时，也可以按原状修复，但要作好记录，当条件成熟时更换为同种材料。在焊接修复前，均要按照相关标准和便于焊接施工的要求，重新修磨蒸汽管侧和接管座侧的坡口，坡口修磨好后，按照《火力发电厂焊接技术规程》《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DLT819—2010）的规定选用合适的焊接、热处理工艺。焊接热处理结束后，按照修复前准备的要求，选择恰当的无损检测手段检测合格。下面对如何修磨坡口以及管座与母管如何组对进行详细说明。（1）在缺陷挖除过程中，只挖去了原焊缝，基本未损害母管预留孔孔径时，只需将坡口清理干净，然后在管座与蒸汽管之间留焊丝直径大小的空隙，采用单面焊接双面成形的方式重新焊接。（2）在缺陷挖除过程中，损害了母管预留孔外侧孔壁或者轻微损坏了预留孔内侧孔壁时，先用堆焊的方式将损坏的孔壁修复，然后按照描述的方法进行组对，重新焊接管座。（3）管座形式为母管预留孔孔径在外壁侧时，在挖除缺陷过程中，严重损害了预留孔内侧孔壁，但最大直径不超过《水管锅炉受压元件强度计算》，无法在蒸汽管侧进行堆焊修复，但可在管座侧进行堆焊修复时：首先测量损坏的蒸汽管预留孔破坏后的孔径，画出形貌图，然后根据本节描述的方法选取合适的焊接工艺，用堆焊的形式在插入式管座上进行堆焊，堆焊层的厚度以（3～4）mm为宜，形状接近于损坏后的蒸汽管预留孔径最下层形貌。堆焊完成后的管座状如陀螺，然后经过精细修磨，使堆焊后的裙边同最下层预留孔损坏的孔壁形貌之间有（1～3）mm的缝隙，随后采用单面焊接、双面成形的办法，焊接修复。需要注意的是，带有堆焊裙边的管座与蒸汽管组对时，裙边要同蒸汽管内壁基本等平面，其打底焊缝不允许存在未焊透、未熔合现象。在这个修复过程中，确保修复后蒸汽管内壁的形貌基本等同于原设计，只是用堆焊层代替了被挖掉的母材。（4）失效的形式，在缺陷挖除过程中，严重损害了母管预留孔内侧孔壁，无法在蒸汽管侧进行堆焊修复，也无法在管座侧进行堆焊修复：可先用磁座钻将损坏的预留孔扩孔，使孔壁光滑，且成圆柱形，计算出合适的大小头加工图纸，如果可以取消该处管座的功能时，根据《水管锅炉受压元件强度计算》中第9章凸形封头的计算方式，计算出合适的封头加工图纸，然后按照本节（1）描述的方法进行组对，重新焊接管座。（5）在缺陷挖除过程中，严重损害了母管预留孔内侧孔壁，最大直径超过了最大值，则无修理价值，建议报废。
4 结束语
综上，蒸汽凝结水管道存在汽液两相流是造成凝结水管道破坏的主要因素，而且破坏更易在弯头、异径管、三通等管道截面突变的位置发生。管道系统运行和检验时，应重点关注这些部位。管道的质量要从源头上把关，在设计阶段确定凝结水管径时，应充分估计汽液的混相率，并留有充分的余量，同时在布置凝结水管道时应防止产生水击。
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论文作者:刘玉禄
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：蒸汽论文; 凝结水论文; 管道论文; 孔径论文; 过程中论文; 形貌论文; 内壁论文; 《基层建设》2019年第6期论文;