工业蒸汽管道的检验及问题分析

蒸汽作为工业中应用热量载体，由于生产的连续性，其输送多通过管道完成。某地区热电、煤化工、制药企业繁多，这几类企业都安装了大量蒸汽工艺管线。为保障使用环节的安全经济的进行，根据《压力管道安全技术监察规程-工业管道》及《在用工业管道定期检验规程》要求，做好蒸汽管道检验，使得蒸汽管道安全性与经济性得到有效统一。　　蒸汽管道质量除材料选取不当、设计不合理、制造缺陷影响外，服役过程中还受高温、交变温度、介质冲刷及腐蚀、设备振动等因素影响，容易发生蠕变开裂、腐蚀减薄、应力腐蚀等失效事故；蒸汽管道自身长度较大，在外力作用下容易发生失稳；管道需要现场进行安装，安装质量很难保证。根据《在用工业管道定期检验规程》要求，在对压力管道定期检验过程中，要进行资料审定，外观及布局检查，受压支承构件检查，振动及泄漏检查，绝热层检查，管道壁厚测量，焊缝位置无损检测，安全附件检查等内容。在检验过程中，总结常见问题如下：

1. 设备档案、操作记录不齐全　　档案资料完善与否是衡量蒸汽管道管理工作水平高低的重要尺度。建立技术档案并通过档案管理，可以掌握每条管道在设计、制造、维修、检验、使用过程中的质量问题。根据《压力管道安全技术监察规程-工业管道》要求，管道使用单位应当建立管道安全技术。

　　档案并妥善保管[1]。在实际检验中，使用单位都设置了专门负责压力管道管理的工作机构，但由于管理部门人员变更等因素，管道设计资料、管道系统安装竣工及验收的技术条件及管道历次检验、修理、改造和变更情况资料常有遗失，操作条件及工艺参数，如管道操作压力和温度，压力和温度波动幅度和频次等管道运行记录不能；管道投用日期，如使用期间多次停用，未及时记录停用次数和重新启动的起止日期。

2. 设备及管道设计、安装问题

　　布局结构不合理较多存在于管道安装方面。早期一些安装施工单位无压力管道施工资质，造成压力管道选用不当，结构布局不合理，如一些单位施工时未严格考虑管道受热变形补偿量，导致管道在运行一段时间后出现挠曲变形；某些管道疏放水装置设置不合理，系统再次开车时，蒸汽管道内产生大量凝结水会导致冲蚀并有可能造成“水击”现象[2]；部分企业私自更改管道线路、随意增加、减少弯头和阀门，导致一些管路形成死角和管道截面积突变，影响系统整体稳定；部分管道安装施工质量较差，出现材料错用、混用，管道表面变形，焊缝成形不好，咬边，错边量标。如在一次蒸汽管道安装监检过程中发现：设计图纸要求弯管采用15CrMoG，标准为GB5310-2008，而现场的弯管材料标记及质量证明书标示为15CrMo， 采用GB/T 8162-2008制造标准，管材性能不符合图纸设计要求，应予以更换。

3. 管道支吊架设置不合理问题

　　本部分查看内容包括支吊架是否有弯曲、变形、脱空等现象，活动支架位移情况及导向性能，固定支架牢靠性、可调支架调整位置是否合适等。检验发现部分企业支吊架设置时未考虑支座数量及间距造成管道机械振动加剧；有些未考虑管道受热膨胀及限位作用；有些支吊架与管体焊死；有些将支撑设置在平台或栏杆上，影响整体结构的牢固性。检查发现支架锈死或脱落现象比较普遍，表明很多企业疏于管理，未认识支撑结构的重要性。

4. 腐蚀及减薄问题

　　对蒸汽管道采用声波测厚进行剩余厚度测量，选择弯头背部、三通肩部等蒸汽冲刷部位。部分弯头部位壁厚比相应直管部位壁厚有减薄趋势。管道腐蚀有以下三个原因：

a.内部腐蚀减薄

　　有文献[3]表明输送蒸汽管道内游离氢氧化物能够引起严重的点蚀或苛性应力腐蚀破坏。总结检验案例发现，蒸汽管道腐蚀集中发生在下半部分，为均匀腐蚀和点腐蚀。这是由于蒸汽管道运行过程中蒸汽冷凝，冷凝液含氧及氯、氢氧根离子，内表面发生电化学腐蚀。反应式[4]为：

　　阴过程：2H+ + 2e → H2

　　阳过程：Fe → Fe2+ + 2e

　　有些碳钢管道由于间断或季节性运行的原因，或少量冷凝水未及时由疏放阀排出而积存在管道中，底部腐蚀会更加明显，甚至出现贯穿性蚀孔。

b. 管道外局部腐蚀

　　局部腐蚀常见于架空蒸汽管道由于补偿器、阀门、支吊架附近局部管道裸露在大气环境中，造成局部腐蚀。另外由于保温材料与管道接触地方往往形成氧浓差电池。当管道间断运行时，可形成干湿交替的外部环境，引起腐蚀加剧。本地区属于典型的工业大气环境，腐蚀危害性更为巨大。

c. 保温层下腐蚀

　　保温层下腐蚀(Corrosion Under Insulation, CUI)是指发生在施加了保温层材料的管道或设备外表面上的一种腐蚀现象[5,6]。蒸汽管道外保温层包覆，会造成一个高温高湿的密闭环境，随着薄层电解质液膜形成与集聚，管体腐蚀加剧。保温层下的腐蚀现象常见于低压蒸汽管道。表明，碳钢管线温度在-4～175℃区间在保温层下发生腐蚀的情况类似于CUI[7]，表现为均匀腐蚀和点蚀。由于保温材料老化、冷热循环导致密封作用下降等影响，保温层下腐蚀的概率在设备运行5年以上后将大幅上升[8,9]。

　　管道保温层下腐蚀除受循环操作温度形成干湿及冷热交替作用外，很大程度上归咎于保温施工及后续维护不当。作业人员踩踏损坏保温外铁皮，水汽进入保温棉引起腐蚀，或由于施工质量不规范，或使用后保温外铁皮损坏、脱落。

5 焊缝无损探伤发现的问题

　　蒸汽管道无损探伤检查的重点是管道外弧面、三通肩部和焊缝等应力较高的部位及绝热层破损部位。实际操作中表面探伤选优先选用磁粉探伤，对于非铁磁性材料或者因形状复杂不适宜磁粉探伤的部位选用渗透探伤。内部探伤采用声波法，比例选取根据《在用工业管道定期检验规程》要求选取。

　　总结检验案例发现，个别焊缝及热影响区存在表面裂纹。焊缝内部未焊透、未熔合、气孔、夹渣等缺陷不同程度的存在，大多数为“先天”缺陷。如部分管道焊接操作中被焊边缘及焊缝清理不干净，焊道中残留熔渣或非金属杂质，进行层间焊接时杂质及熔渣留在焊缝中形成夹杂缺陷。图1、2为某蒸汽管道检验中发现的母材位置裂纹及焊缝裂纹。材料组织不均匀、焊前预热温度控制不严格、现场热处理工艺不合理都可能导致裂纹产生。

6 管道元件及安全附件维护问题

　　主要查看管法兰、阀门泄漏情况；法兰有无偏口、紧固元件是否齐全、是否松动；阀门操作是否灵活。附件检查主要查看附件安装是否完好，是否被人为拆除，安全阀、压力表选型是否合理、是否灵敏可靠、外观质量情况及是否处于校验期。检查发现，存在较多的问题是法兰选型英制与公制混淆，导致法兰对接偏口；部分法兰紧固螺栓未安装齐全；阀门泄漏问题主要表现在填料破坏；某些阀门在制造过程中就存在气孔等缺陷，运行时承受温度变化引起的热应力以致出现裂纹；安全阀有锈蚀出现；压力表、安全阀期未校验，部分安全附件未及时维修和更换；某些单位压力表校验间隔时间与普通压力表相同，标示为1年。检验发现蒸汽管道阀门颈部存在裂纹。原因是阀体颈部应力更为集中，阀门为铸造结构，工艺原因也使铸件容易产生铸造缺陷，运行时缺陷扩展形成裂纹。此外，管道启停时温度波动产生热应力，局部易出现热疲劳，容易产生裂纹。

　另外，有些公司在发现管道有问题时，没有找有资质的公司进行维修，而是自行贴补，留下了安全隐患。蒸汽管道使用单位自行修补的弯头部分。

　蒸汽管道作为压力管道中常用类别，其运行管理和缺陷检查工作非常重要。蒸汽管道质量要从源头控制，对于管道设计、制作与安装环节，甲方要严把质量关，选择资质过硬的设计、安装单位，购买质量合格的管材、管件及焊材。特种设备检验单位要仔细监督安装监督检验各个环节。管道使用单位要强化控制工艺操作指标和工艺纪律，坚持岗位责任制，认真执行巡回检查制度。对于管道定期检验中发现的安全隐患和问题，要及时处理。通过设计、选材、安装、使用、检验直至报废更新的全过程管理，确保压力管道的正常安全运行。