摘要: 對石化企業蒸汽管網系統目前運行現狀做了簡要的統計分析， 指出消漏在管網安全運行中的必要性; 詳細分析了蒸汽管網漏點泄漏的介質特性、 材質特性、工藝操作特性及制造安裝特性，針對法蘭密封面泄漏、 閥門盤根泄漏、閥門內漏以及砂眼泄漏具體情況進行了探討，提出了一些常規的處理方法。并對蒸汽系統的日常巡檢、維護及檢修工作提出了一些確保蒸汽管網系統安全、穩定、長周期運行，減少蒸汽系統泄漏的方法和措施。

　　關鍵詞: 蒸汽管網 泄漏 分析

　　1 蒸汽管網泄漏概述

　　蒸汽或凝液泄漏現象在多數企業極為普遍，是蒸汽管網系統最為常見的故障。嚴重的蒸汽泄漏還會使生產運行大幅波動，甚至造成生產裝置停車; 在水資源日益緊缺的今天， 蒸汽的生產成本亦是日益提高，例如 1 MPa、 200 ℃ 中壓蒸汽的價格約為 120 元 /t，隨著蒸汽壓力、溫度的升高，價格更高。據統計一個 2 mm 中壓蒸汽砂眼每天蒸汽漏量為 0.56 t，每年按 365 d 計算，累計損失24 528元[1] 。如果一個企業的蒸汽管網平均每天存在20 個類似漏點，每年的損失近 50 萬元。

　　2 蒸汽管網系統泄漏特性分析

　　1) 介質特性: 蒸汽水分子不同于液態水分子，液態水是由締合水分子構成的，而蒸汽水分子是由單個水分子構成的。在干蒸汽狀態下，水分子以單個分子狀態存在，兩個氫氧鍵的夾角 104.5°，分子大小為 0. 29 nm，尺度很小，僅大于氫氣分子，水分子是極性分子，滲透力強。當溫度等于或低于其工作壓力下的飽和溫度時就會有液態水的凝結。盡管蒸汽系統管網有保溫層，但熱損失是不可避免的。管道、法蘭、閥門等管網組成件的內壁溫度常低于其工作壓力下的飽和溫度，因此管網內部凝結水的產生不可避免，保溫效果越差，凝液產生越多。這些凝結水會在管道系統管件如法蘭、閥門的縫隙處積聚，與縫隙處的酸性雜質及溶解氧作用形成電解液，發生電化學腐蝕。凝結水多時還會對流向改變處如彎頭、 閥門等形成沖刷，使管壁減薄甚至穿孔。

　　2) 材質特性: 蒸汽管道系統材質的選擇，依據所處壓力、溫度不同有所差別。低溫、低壓環境下一般選用優質碳素鋼如 10 號、20 號鋼等; 高溫、高壓環境下一般選用鉻鉬鋼如 15CrMo、12Cr1MoV、12Cr5Mo 或不銹鋼如06Cr18Ni10、06Cr18NI11Ti等。蒸汽管道的使用環境要求金屬材料有較好的高溫強度、抗高溫蠕變性能、抗高溫氧化腐蝕性能等。在高溫載荷長時間作用下，金屬材料的塑性降低而脆性增加，缺口敏感性增加，易發生脆性破壞; 金屬材料的其他力學性能也會劣化變差，壁厚會減薄，在使用過程中有可能發生裂紋或蝕孔而泄漏。在溫度高于 450 ℃ 時，由于氫離子的影響，水蒸氣對管道內外還會發生金屬的強氧化腐蝕[2] ，高溫碳鋼材質還存在石墨化的傾向。另外，高溫緊固件如螺栓等也會發生高溫蠕變，造成密封面預緊力下降而使密封失效泄漏。

　　3) 工藝特性: 由于蒸汽管道系統在高溫下運行，金屬材料的熱膨脹作用會使管道伸長而使管道系統產生附加的拉伸、壓縮及彎曲應力。蒸汽系統運行過程中壓力、溫度及流量的大幅波動和開停工過程中不正確的升溫、升壓或降溫、降壓，都會使管網系統應力發生巨變、產生水擊等異常現象，引起管道系統劇烈振動，而造成泄漏。頻繁的開停工還會使管道材料周期性的熱脹冷縮而發生疲勞破壞，造成如法蘭螺栓預緊力不均勻，彎頭、三通處裂紋缺陷擴展而產生泄漏。

　　4) 制造特性: 蒸汽管網系統也會因制造安裝質量差對管網產生影響。缺陷如焊接產生的超標裂紋、氣孔、夾雜和過大焊接附加應力等、法蘭連接對口偏差超標而強力組對引起的安裝附加應力、蒸汽系統支吊架的設置和安裝不合理，使管網運行過程中應力分配不合理，致使局部應力過大等。這些缺陷源在以后蒸汽管道的使用過程中，會發展加劇，最終導致蒸汽系統管道泄漏。

　　3 典型漏點泄漏分析與處理

　　蒸汽管網的泄漏形式主要有法蘭泄漏、閥門盤根泄漏、閥門內漏、砂眼泄漏等。以中國石化中原石油化工有限責任公司 S-MTO 裝置為例，對蒸汽系統的漏點類型不完全統計顯示，在所有泄漏形式中，法蘭密封面泄漏約占 70% ， 砂眼和盤根泄漏各約占 10%，內漏約占 5%，其他占 5% 。

　　常用的消漏方法為離線消漏和在線帶壓堵漏。離線消漏，可視泄漏的具體形態采取針對性的措施，是一種較為徹底的消漏方法; 在線帶壓堵漏是蒸汽管網系統處于工作狀態下的一種消漏方式，漏點形態及成因多種多樣，難度大、 風險高、 呈現反復性不宜根除。

　　1) 法蘭泄漏。蒸汽管網法蘭泄漏主要是指管法蘭、閥門或疏水器中法蘭等的泄漏。主要表現為蒸汽系統運行一段時間后，法蘭密封面間的密封失效而發生泄漏。設計條件下，法蘭、墊片、螺栓的選用一般沒有大的問題，現場泄漏的原因主要有: ①施工過程中由于裝配、焊接以及螺栓把緊不均勻，造成法蘭密封圓周面上預緊力不均勻，有時還存在較大的徑向分力; ②由于蒸汽管道工作溫度較高，支吊架設置不合理， 熱膨脹引起的彎曲變形有可能產生在法蘭連接處，從而引起密封斷面預緊力改變; ③由于法蘭螺栓在高溫下發生高溫蠕變，從而造成密封面預緊力減小; ④由于法蘭及管道保溫效果差，法蘭密封面積存了較多的凝液，密封面間存在氧和酸性雜質時會發生高溫電化學腐蝕; 另外， 水分子直徑小，高溫高壓下有較強的滲透能力，增大了泄漏的可能性; 不正確的操作引起的壓力、溫度和流量的巨幅波動也會產生瞬時峰值應力，如因開停車過快而產生升降溫的水擊現象等。

　　由于蒸汽是重要的公用工程，一般不允許停工消漏，故常用帶壓消漏方法處理漏點。主要是緊固法蘭螺栓或打卡子注膠，這兩種方法通常情況下都難以根除，仍需經常性的緊固或補膠; 較為徹底的消漏一般只有在系統停工或停用時， 查清造成泄漏的原因，消除管道法蘭處的管道應力，正確選用符合設計規范要求的法蘭、墊片、螺栓等，正確的把緊螺栓，并按要求進行熱緊，方可徹底消除漏點。對于要求高的法蘭也可通過增加螺栓彈簧墊圈來補償螺栓緊固的應力松弛，增加螺栓緊固的抗干擾能力，減少泄漏。

　　2) 閥門盤根泄漏。閥門經過一段時間使用后，閥桿盤根處易發生泄漏， 量小時漏水， 量大時漏氣。蒸汽閥門盤根多為石墨、石棉和碳纖維等材質，泄漏多發生于開關較為頻繁、高溫高壓工況下的閥門。主要是由于盤根填料老化、 閥桿腐蝕、磨蝕而使得閥桿密封段不光滑、不連續，致使盤根在使用的過程中過度磨損，造成密封預緊力下降或局部缺失而發生閥門盤根泄漏。閥門盤根泄漏一般開始時漏水，這時一定要及時緊固盤根壓蓋，提高盤根密封預緊力來消漏。一旦發生蒸汽泄漏，盤根被高溫蒸汽沖刷產生缺損，漏點將無法消除，甚至會造成停車事故。高頻操作的閥門應結合系統停車檢修，定期檢查閥桿磨損、及時更換盤根填料。

　　3) 閥門內漏。閥門內漏是由于閥門、 閥芯、閥瓣和閥座之間靜密封面的損壞造成的蒸氣沿流向發生的泄漏。封閉系統閥門內漏不易發現，半封閉( 一側對大氣) 容易發現。內漏產生的主要原因有: ①閥門開啟程度過低或夾帶過多的冷凝水所產生的流體沖刷， 會在閥瓣和閥座密封面上形成溝痕，造成密封失效而泄漏; ②安裝或檢修過程中管道內潔差，設備和管網系統內存在固體雜質，會對三通、 彎頭等管件流向改變處造成沖刷，或在閥門沿閥門緊固方向或閥瓣和法座密封面處卡住，也會造成密封不嚴而泄漏，這在新裝置投用時最為常見; ③閥瓣和閥座密封面會由于電化學腐蝕而產生的泄漏，如封閉系統閥門存在流動死區的導淋處，由于凝液長期積存，在有氧和酸性雜質存在的情況下發生電化學腐蝕; ④蒸汽系統高壓閥門還會由于閥瓣高溫下發生蠕變或強度、 剛度下降，閥瓣變形而產生泄漏。封閉系統閥門內漏很難發現和在線處理，修復也很困難，多數情況需等到系統停車時才作更換處理。閥門更換時應根據閥門開關的頻次、調節幅度和工作的溫度、壓力選用正確的閥門型式，平時做好系統維護。對管道保溫、 疏水器的合理布置及工作狀態定期監控、 檢查和及時維護。

　　4) 砂眼泄漏。管道砂眼泄漏主要發生在管道系統的彎頭、三通、對接焊縫和承插焊縫處等。彎頭、三通處主要是由于管道內介質的壓力沖擊和凝液的沖刷作用造成管壁減薄，強度下降而發生穿孔泄漏; 焊縫處的泄漏主要是焊接缺陷如裂紋、氣孔、夾雜等在應力、內外腐蝕及蒸汽滲透的作用下，擴展延伸形成蝕孔泄漏，早期時采用先鉚后焊的方法消漏; 后期如風險可控，可采用打卡子注膠的方法消漏，風險不可控時就需停工消漏。平時須做好定期測厚，及時掌控彎頭、三通、調節閥等部件易沖刷部位的減薄情況，做到計劃檢修與更新。高溫高壓的蒸汽管道還應對管道焊縫及母材進行定期檢驗，確保材料使用性能滿足規范要求。

　　4 減少蒸汽系統泄漏的措施

　　1) 蒸汽漏點盡量做到早發現、早處理。漏點發現越早、越小，對密封面或密封材料的損害越小，采用消漏的方法也越簡單，消漏的效果越好。因此做好蒸汽管網系統的巡檢維護尤為重要。巡回檢查要細，明確重點巡檢部位，應將日常工藝巡檢和專業點檢應相融合。除對管網系統漏點進行檢查外，還應對管道固定支撐點的布置，活動支撐管道的熱膨脹方向和熱膨脹量異常情況以及管道重點部位的壁厚減薄是否正常進行檢查。有條件時可用超聲波檢漏儀定期檢測管網系統的微小漏點; 另外，還要加強對管網系統的維護管理: 如疏水閥是否堵塞或被擊穿、導淋的絲堵和管帽是否安裝; 常開關閥門的盤根壓緊程度和閥桿的潤滑管理等。

　　2) 確保蒸汽管網系統工作正常，正確操作，合理調控開停車過程中管網及設備的升降溫速度和順序，減少水擊造成的管道振動。定期檢查、核算管道系統的熱損情況，確認疏水器的分布及其工作是否合理和正常有效。

　　3) 管道系統的焊接、安裝是在常溫環境下施工進行的，而系統的工作壓力、 溫度遠高于環境工況，系統應力的產生在所難免。應定期檢查管道系統特別是高溫高壓管道系統應力異常情況，如固定、 活動支吊架的位移大小和變形情況， 蒸汽透平機組主蒸汽入口法蘭的對口狀況等，確保法蘭連接裝配不超標。

　　4) 由于蒸汽管網多為碳鋼、鉻鉬鋼材質，工作溫度又高，多數管道外防腐又不做，因此定期檢測蒸汽管道外管壁、法蘭螺栓、閥門等腐蝕狀況，做好測厚檢查十分重要。對于 450 ℃ 以上的高溫高壓管道必要時還應定期檢測其高溫蠕變情況，檢測其金像組織變化、硬度、碳化物成分，對晶體結構分析檢驗。

　　5) 加強新建和檢修施工過程中的質量管理，確保管道的焊接、檢修、安裝質量符合質量驗收標準，確保管道系統內部無固體雜質，清潔干凈，減少和消除因內潔問題造成的管網系統的泄漏和其他故障。

　　參考文獻:

　　[1] 王峰.蒸汽不漏量的理論算法[J].區域供熱，2009，(6):39-41.

　　[2] 馮斌，何鐵祥，張玉福. 第一部分水汽系統及腐蝕防垢亞臨界機組爐管內壁的高溫水蒸氣腐蝕[C]//全國電廠化學 2007 學術年會暨全國電廠化學網2007 高峰論壇論文集. 深圳，2007.

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