浅谈高压蒸汽管线吹扫临时管道设计注意事项

陈 伟,董 立

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

在化工装置或锅炉电厂中，汽轮机通常是通过高压蒸汽驱动的，为满足汽轮机入口管道的清洁度要求，在开车前对高压蒸汽管道进行蒸汽吹扫是必不可少的。通常对管道进行蒸汽吹扫是通过临时管道接入消音器进行吹扫放空，因此为了确保吹扫过程的安全性，临时吹扫管道和临时消音器的设计也不能忽视。本文主要从临时管道的选材、壁厚计算、柔性设计、支吊架设置选型和临时消音器的设计进行阐述。

1 临时吹扫管道的选材及壁厚计算

临时吹扫管道的材质是按照吹扫蒸汽的参数进行选材的，例如，通常对高压蒸汽管道进行吹扫的蒸汽参数是300℃/ 4.0 MPa，根据材料的性能，可以使用20#钢。

临时吹扫管道的壁厚计算可以不考虑腐蚀裕量和负偏差等因素的影响，只需计算出满足吹扫蒸汽参数的最小壁厚，然后根据现场管道实际库存情况，选择壁厚大于计算出来的最小壁厚即可。

根据GB 50316 《工业金属管道设计规范》 ，按6.2节直管壁厚计算中的6.2.1-1式进行计算[1]：

ts=PD02([σ]tEj+PY)

式中，ts为直管的计算壁厚(mm)；P为吹扫蒸汽压力(MPa)；D0为临时管道外径(mm )；σ]t为吹扫蒸汽温度下材料的许用应力(MPa);Ej为焊接接头系数 ；Y为温度影响系数，通常高压蒸汽管道的吹扫蒸汽温度不会高于450℃，因此，温度影响系数可以取0.4 。

2 临时管道的柔性设计

2.1 临时管道柔性设计的目的

通常正式管道比较受重视，会进行详细应力计算，特别是汽轮机管线，为了管口的整体校核和无应力对中安装，将管道的柔性设计地非常好；而临时吹扫管道的柔性往往被忽略，没有应力计算，甚至没有设计图纸，现场进行连接安装，柔性就会非常差。

临时管道缺少足够的柔性，会因热胀冷缩、临时管道支架设置不当等原因造成下列问题[2]：

(1)管道应力过大或金属疲劳引起管道破坏；

(2)由临时管道附加在正式管道上的位移引起正式管道上的管架脱落，造成管道在吹扫完后无法回位；

(3)管道推力或力矩过大引起正式管道上的支吊架破坏；

(4)法兰连接处产生泄露。

因此，在蒸汽吹扫前考虑临时管线的柔性和临时支架的设置是很有必要的。

2.2 临时管道柔性设计的方法

对临时管道进行柔性分析，可以采用计算机详细分析和简易判断分析。若现场具备详细分析条件，建议使用计算机详细分析，采用CAESAR软件进行建模分析，可以和正式管道一起进行分析，优点是分析比较准确全面，缺点耗时；若现场不具备详细分析条件，也可采用柔性简易判断法，优点是简单快捷，缺点是计算结果偏保守。下面着重介绍一下柔性简易判断法。

对于比较简单的管系，可以采用ASME B31.1中简易柔性判断法[3]：

Dγ(L-U)2≤208.3

其中D为管道外径，mm； L为管系在两个固定点之间的展开长度，m ；U为管系两固定点之间的直线距离，m;γ为管系总热膨胀量，mm。

此方法适用于一种管道规格、两端固定的管道。对于临时管道的分析，可以假设临时管道和正式管道的连接处为固定点。若柔性不满足要求，可以通过添加π型膨胀弯或"L"型补偿来解决。

3 临时管道支吊架设置选型

临时管道支架设置选型的原则是：承担放空排气反力和不对正式蒸汽管道和支架产生破坏。考虑经济性，应以刚性滑动支架和刚性限位支架为主，尽量避免使用弹簧支吊架和阻尼器等现场不能制作且价格相对昂贵的支架型式。

刚性滑动承重支架跨距根据TC42B2-94《管道支架的设计及计算》3.1节进行设计，具体跨距详见表1[4]：

表1 支架跨距

刚性限位支架的设置选型，需要现场的管道应力设计人员根据经验进行设置。在正式管道和临时管道连接处的附近，一般设置限位架，防止临时管道由于热膨胀推动正式管道产生不可逆的破坏；在临时消音器附近需要设置限位架或者固定架，防止消音器移动位移过大；在临时管道中间的部分，可酌情考虑。

4 临时消音器的设计

图1 遭破坏后的消音器及碎片

为了降低蒸汽吹扫时产生的噪音，在管道末端必须设置临时消音器。临时消音器的尺寸设计非常重要，同等排放温度和压力条件下，临时放空消音器与比正式管道纯净蒸汽放空消音器相比，尺寸要偏大。因为临时吹扫管道内含有大量固体杂物，在连续放空时，杂物会全部堆积在消音器内部，考虑安全性，不能排放出去。若消音器尺寸偏小，内部可容纳杂物的空间就偏小，致使消音器排放流道被堵塞，从而产生憋压，温度和压力升高会使消音器发生疲劳破坏，产生的碎片会在高压下像子弹一样飞出去。例如，某项目现场错误使用消音器，发生安全事故，碎片被吹至20米外，见图1。

5 结束语

随着装置规模逐渐变大和项目进度的逐步加快，蒸汽吹扫临时管道设计的安全性越来越受到重视，而材料及壁厚能否满足强度计算，消音器的结构尺寸型式是否合适，管道的柔性和支架的设置是否合理，都会对蒸汽临时管道吹扫的安全性产生影响。