煅燒二閃飽和水管道泄漏問題的計算分析

張寶強(qiáng)

（石家莊雙聯(lián)化工有限責(zé)任公司技術(shù)部，河北 石家莊 050200）

聯(lián)堿煅燒工序需大量蒸汽用于重堿煅燒，蒸汽冷凝水通過一級、二級（以至三級）閃發(fā)后，高溫?zé)崴椭铃仩t除氧器，一則進(jìn)行鍋爐加水除氧，二則回收熱水能量。該工藝普遍用于純堿行業(yè)，符合節(jié)能減排的原則，但存在熱水管道容易泄漏問題。

1 熱水管道配置及使用情況

公司為節(jié)約除鹽水和降低蒸汽消耗，利用純堿生產(chǎn)中煅燒二閃出口的0.5～0.55MPa（表壓）飽和熱水做為鍋爐崗位除氧器的部分補(bǔ)水，節(jié)能明顯，使用也一直正常。

2006年，石家莊雙聯(lián)化工50t／h三廢混燃爐籌建時，從原煅燒二閃飽和熱水總管上新加一分支管（稱L1管），管道規(guī)格φ108×4.5，長約180m，設(shè)計流量30t／h（流速為1m／s），如圖1。

但開車運(yùn)行一年后，L1管開始出現(xiàn)漏點(diǎn)，尤其在彎頭及彎頭附近直管處最為嚴(yán)重，總體情況為距2＃閥越近，漏點(diǎn)出現(xiàn)越早且修補(bǔ)次數(shù)越多。幾乎每月都有1～2次停水補(bǔ)漏。從2006年到2009年，此段管上的27個彎頭多次修補(bǔ)并已更換22個，嚴(yán)重影響50t／h三廢混燃爐的運(yùn)行。而其它鍋爐煅燒二閃飽和熱水分支管此現(xiàn)象不明顯。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)因2＃閥位置較高，操作不便，而1＃閥在1＃鍋爐操作室門口附近，操作方便，所以基本上2＃閥打開后不進(jìn)行操作，通過調(diào)節(jié)1＃閥控制L1管流量。這與設(shè)計初衷不符。

圖1 煅燒二閃飽和水送鍋爐除氧器

2 損壞原因估算分析

根據(jù)已知條件，熱水管道內(nèi)徑d＝99mm，設(shè)計流量W＝30t／h，現(xiàn)場取1＃閥前1點(diǎn)，1＃閥后2點(diǎn)，2＃閥前3點(diǎn)，實(shí)測三點(diǎn)溫度分別為：T1＝148℃，T2＝133℃，T3＝112℃。

查水蒸汽熵焓表，得表1。

表1 不同溫度下的蒸汽參數(shù)表

因?yàn)樗泄艿廊勘兀雎怨艿罒釗p，把1＃閥阻力和L1管的流動總阻力都認(rèn)為絕熱節(jié)流，根據(jù)絕熱節(jié)流時前后焓值不變的原理，計算L1管內(nèi)實(shí)際工藝參數(shù)：

1）設(shè)節(jié)流后的汽化率為X，列方程如下。

得：2點(diǎn)處汽化率

得：3點(diǎn)處汽化率

2）設(shè)汽化后水的流量為V水，汽化后水蒸汽的流量V汽。

2點(diǎn)處水流量

2點(diǎn)處汽流量

同理，得3點(diǎn)處：V水3＝29.41m3／h，V汽3＝2 362.50m3／h

3）假設(shè)節(jié)流后的汽液兩相流速相同，設(shè)為U混，節(jié)流后蒸汽流速為U汽，原設(shè)計（1點(diǎn)處）狀態(tài)飽和水流速為U設(shè)計。

2點(diǎn)處汽液混合流速

同理，得3點(diǎn)處：U混3＝86.36m／s；1點(diǎn)處U設(shè)計＝1.18m／s。

依據(jù)《化工工藝設(shè)計手冊》中流體常用流速范圍，低壓蒸汽≤1MPa（絕壓）時，流速范圍15～20 m／s；蒸汽冷凝水流速范圍0.5～1.5m／s。據(jù)計算結(jié)果，當(dāng)時設(shè)計流速U設(shè)計＝1.18m／s，在常用流速范圍內(nèi)。但實(shí)際運(yùn)行時操作位置的變化，致使L1管內(nèi)的運(yùn)行工藝參數(shù)發(fā)生變化，實(shí)際流速從1＃閥后U混2＝21.06m／s逐步加速到U混3＝86.36m／s，都已超過常用流速范圍。蒸汽和水在管中形成汽帶水的現(xiàn)象，在高速流動中彎頭處還會發(fā)生液體撞擊，加速對管道的沖刷，造成管道易損、泄漏。由于管道自身阻力降以及閥門節(jié)流造成的阻力降，使熱水管道內(nèi)實(shí)際流速呈現(xiàn)逐步及跳躍式升高之勢，造成熱水管道內(nèi)熱水處于持續(xù)閃發(fā)狀態(tài)并引發(fā)實(shí)際流速大幅度提升。最終導(dǎo)致熱水管道沿?zé)崴飨颍p越來越嚴(yán)重，理論分析與實(shí)際情況基本吻合。

3 解決措施

依據(jù)上述理論分析，制定相應(yīng)的措施如下：1＃閥平時全開，不用于調(diào)節(jié)控制。在2＃閥附近新安裝方便操作的3＃閥，用于平時的操作調(diào)節(jié)，并對L1管漏點(diǎn)及彎頭進(jìn)行更新修復(fù)。自2009年8月完成至今，3＃閥前L1管未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，只是在3＃閥后的較短管段內(nèi)發(fā)生過少數(shù)漏點(diǎn)，基本解決了此問題。

4 小 結(jié)

通過分析，對于高溫（100℃以上）熱水管道，設(shè)計、安裝要充分考慮輸送過程中因管道阻力降及閥門節(jié)流誘發(fā)的熱水閃發(fā)蒸汽現(xiàn)象，尤其是類似于聯(lián)堿煅燒送往鍋爐的高達(dá)150℃左右的熱水，輸送時更應(yīng)考慮途中閃發(fā)現(xiàn)象，這對于優(yōu)化設(shè)計、降低管道沖刷磨損、減少運(yùn)行費(fèi)用具有重要意義。

［1］ 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院.化工工藝設(shè)計手冊（第一版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989

［2］ 天津大學(xué)化工原理教研室.化工原理［M］.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1983