海晶鹽生產(chǎn)線中工藝管道的通病與對策

劉 閩

(福建省鹽業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，福建 福州 350000)

1 海晶鹽生產(chǎn)線中管道的作用

海晶鹽是由原料鹽經(jīng)過粉碎、洗滌、脫水、干燥、篩分、加碘、計(jì)量包裝等過程而制得的食鹽產(chǎn)品，在生產(chǎn)線工藝流程中，生產(chǎn)設(shè)備通過各種管道連接形成了完整的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，管道由管子、管件、閥門、支吊架以及管道上的儀表裝置等構(gòu)成，生產(chǎn)線上所用的管道可分為鹽漿管道、鹵水管道、熱風(fēng)管道、冷卻水管道、壓縮空氣管道、電纜套管等幾大類。

海晶鹽生產(chǎn)線管道的安裝相對于其他設(shè)備安裝具有更大差異與更多苛刻要求，尤其是鹽漿管道、熱風(fēng)管道及動力管道，安裝要求高、管道線路相對復(fù)雜，如果管道的選材、路線、焊接、 固定支架、管間距、可拆卸性、泄漏性試驗(yàn)、 耐壓試驗(yàn)等達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，往往會造成泄漏、 維修焊接困難、管道下落、震動、噪音等一系列問題。并且鹽鹵介質(zhì)對設(shè)備、管道、建筑均有強(qiáng)腐蝕性，在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時必須選擇耐鹽鹵腐蝕的材料才能保證生產(chǎn)線的使用壽命、安全可靠性，才能保證管道在輸送、分配、混合、分離、排放、計(jì)量、控制和制止流體流動中長期穩(wěn)定的工作。

2 鹽鹵管道的沖擊與腐蝕

2.1 鹽鹵管道的工作概況

鹽鹵管道是海晶鹽生產(chǎn)線加工工段的螺旋洗鹽機(jī)、攪拌洗鹽槽、斜板沉降器、增稠器、旋流器、離心機(jī)之間連接的管道，管道系統(tǒng)通過鹽漿泵帶動、由鹵水池引入沉淀后的清潔飽和鹵水，并且對原料鹽進(jìn)行洗滌后脫水，整個系統(tǒng)要有一定的壓力，鹽漿管道為物料管道，低壓常溫，介質(zhì)為鹽粒、鹵水。

2.2 鹵水管道防腐

鹽鹵對鋼鐵造成的腐蝕機(jī)理是含高濃度NaCl和其它腐蝕性物質(zhì)，成分較復(fù)雜，含有鈣、鎂、鉀、硫酸根，且粘度較大，成垢現(xiàn)象較重，對管道的腐蝕更嚴(yán)重。管道屬于靜態(tài)設(shè)備，管壁的腐蝕是在隱蔽狀態(tài)下緩慢發(fā)生，其安全問題具有突發(fā)性和嚴(yán)重性，尤其是地埋的鍍鋅鹵水管道腐蝕嚴(yán)重，管道腐蝕速度快，穿漏現(xiàn)象十分普遍，在生產(chǎn)線投產(chǎn)3 a～5 a內(nèi)開始出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，需要專項(xiàng)整體更換，食鹽產(chǎn)品質(zhì)量必須符合GB5461-2016國家標(biāo)準(zhǔn)。同時還要符合國家食品安全法規(guī)定要求，設(shè)備和管道都必須耐腐蝕、清潔衛(wèi)生，不得污染鹽質(zhì)，所以管道要求比較高。設(shè)計(jì)要選擇耐腐性能好的不銹鋼材質(zhì)，過去一般選擇304不銹鋼無縫鋼管，近些年大部分企業(yè)均使用316L不銹鋼無縫管，抗腐性能更好。

2.3 鹽鹵管道沖擊抖動原因

(1)設(shè)計(jì)時未全面考慮管道所處的環(huán)境、振動、溫度補(bǔ)償、支撐等因素的影響；管子、管件、閥門間連接形式不合理，管道由于細(xì)長并且彎頭多，管道轉(zhuǎn)彎半徑太小，使得管道的剛性不足或過大，導(dǎo)致管道承受較大的振動或應(yīng)力，并且在工作中存在壓力沖擊，導(dǎo)致鹽漿管道的震動、甚至破損。

(2)離心式機(jī)械在流量小于設(shè)計(jì)流量時，葉輪各相鄰葉片間的流體流過的量不盡相同，單位時間排出的量也不相同，這樣將使離心式設(shè)備產(chǎn)生喘振或氣蝕，同時也會使管道內(nèi)產(chǎn)生壓力脈動，從而使管道產(chǎn)生振動。

(3)設(shè)備開啟與關(guān)閉的液擊。鹽鹵在管道的輸送中，由于生產(chǎn)裝置的開停和生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)，常常需要啟閉閥門，泵和電機(jī)也有可能發(fā)生突然開、停的情況，這時，管道內(nèi)的液體速度就會發(fā)生突然變化(有時是激烈的變化)。液體速度的變化使液體的動量改變，反映在管道內(nèi)的液體壓力迅速上升或下降，并伴有液體錘擊的聲音，這種現(xiàn)象就叫做液擊現(xiàn)象，也稱為水錘或水擊。液擊生成管內(nèi)壓力的變化有時是很大的，突然升壓嚴(yán)重時可能使管子爆裂，迅速降壓形成的管內(nèi)負(fù)壓有可能使管子失穩(wěn)，這些都會使管道系統(tǒng)產(chǎn)生振動。

2.4 消除鹽鹵管道沖擊的措施

(1)根據(jù)實(shí)際情況增加緩沖設(shè)備。主要有增加緩沖器、氣流脈動衰減器、孔板，以及選擇其他經(jīng)濟(jì)合理、效果明顯的方法。

(2)優(yōu)化安裝。管道安裝一個固定支撐點(diǎn)一般5 m～6 m，間距太大造成管道中間下垂集液，鹽漿管道容易析鹽堵塞，PE或者PPR管道支撐點(diǎn)間距更短。長直管設(shè)計(jì)必須經(jīng)過計(jì)算，可以安裝膨脹器防止熱脹冷縮現(xiàn)象使管道受拉或擠壓變形，如長管道內(nèi)有90°彎頭，經(jīng)過計(jì)算允許后可不設(shè)置膨脹器。管道的坡度按管道介質(zhì)流動方向略帶一點(diǎn)坡度，一般考慮坡度1 ∶100為宜。改進(jìn)管道固定方式，改變管道支座的型式、數(shù)量和位置等，主要從實(shí)際出發(fā)，管道固定方式一般有地面支架、吊架、三角支架等，不管哪種固定形式，材質(zhì)必須與管材一致，管道固定一定要穩(wěn)定，承載力要大，充分考慮管道及介質(zhì)重量、流體介質(zhì)壓力、管道的震動和抖動、泵開停時候的沖擊力等，要強(qiáng)化按規(guī)范設(shè)計(jì)，管道和固定件制作好后，要仔細(xì)檢查驗(yàn)收，做好記錄后進(jìn)行安裝。

(3)優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于海晶鹽生產(chǎn)線的管道系統(tǒng)較為復(fù)雜，管道設(shè)計(jì)難免百密一疏，管道安裝也面臨現(xiàn)場的復(fù)雜多變，因此通過管道安裝新技術(shù)改變傳統(tǒng)的工藝是新的提高管道質(zhì)量的途徑，設(shè)計(jì)上推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用。

3 熱風(fēng)管道的熱應(yīng)力與泄漏

3.1 海晶鹽生產(chǎn)線中的熱風(fēng)管道概況

原料鹽經(jīng)離心脫水后送入震動干燥床通過震動和高溫烘干進(jìn)一步脫水后完成干燥工序，熱風(fēng)管道連接燃?xì)獍l(fā)生器、熱交換器、震動干燥床、旋風(fēng)分離器、尾氣除塵器等主要設(shè)備，熱風(fēng)管道就像加工工段的動脈，它主要用于傳熱的關(guān)鍵設(shè)備，在高溫、高濕、高負(fù)壓、高粉塵等惡劣工況下工作，管道特點(diǎn)為大口徑、高溫及空氣介質(zhì)的高速流動，烘干初始溫度為170 ℃。烘干機(jī)熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到工藝系統(tǒng)的熱風(fēng)利用、風(fēng)量分配、廢氣除塵的有效性。使用材料為不銹鋼，連接方式為焊接，通常使用t=6 mm Q235A鋼板強(qiáng)度可以滿足要求，最低要求管道厚度為3 mm，Φ4 m風(fēng)管采用間距為1 m的加強(qiáng)圈加固時管道強(qiáng)度仍然在安全范圍內(nèi)。

3.2 熱風(fēng)管道的熱應(yīng)力

熱風(fēng)管道的熱應(yīng)力受力情況較為復(fù)雜，既有溫度膨脹力、溫差應(yīng)力，又有鼓風(fēng)機(jī)的正壓和負(fù)壓。管道既有集中負(fù)荷又有均布負(fù)荷，還有周期性的漲縮疲勞應(yīng)力，如變形不能有效的吸收，容易導(dǎo)致破裂，也就很容易影響到管道材料的耐久性效果，很可能會造成某些區(qū)域出現(xiàn)滲漏問題，尤其是在一些連接點(diǎn)區(qū)域，泄漏的出現(xiàn)幾率比較高。在管道設(shè)計(jì)中應(yīng)該首先關(guān)注到管道材料的柔性特點(diǎn)，能夠?qū)τ诠艿赖淖呦蜻M(jìn)行詳細(xì)分析優(yōu)化，盡量降低熱應(yīng)力的威脅，確保其整體管道運(yùn)行流暢，從管線走向入手提高柔性；針對管道材料應(yīng)用中涉及到的法蘭區(qū)域，除了要選擇較為可靠的法蘭材料外，還應(yīng)該借助于焊接方式有效取代法蘭的運(yùn)用，提高該區(qū)域的熱應(yīng)力穩(wěn)定性，對管道材料可能存在的明顯熱膨脹導(dǎo)致管壁局部蠕變，長此以往勢必發(fā)生焊縫開裂等現(xiàn)象。可以增加波紋補(bǔ)償器吸收管道因工作溫度變化而產(chǎn)生的變形量，為防止因熱脹冷縮而損壞設(shè)備。建議用波形伸縮器或采用45°斜接和90°彎連接。

3.3熱風(fēng)管道的連接要點(diǎn)

(1)高溫高壓管道應(yīng)當(dāng)盡量避免采用法蘭連接，而改用焊接，焊接作業(yè)必須規(guī)范操作，焊接必須到位。尤其是管道的環(huán)向加強(qiáng)筋采用多段拼接，要保證接頭焊接牢固，形成有效的環(huán)向加強(qiáng)作用，避免焊縫過短、過少、只有局部點(diǎn)焊等問題，要加強(qiáng)大型工藝非標(biāo)的制作與安裝，加強(qiáng)現(xiàn)場施工監(jiān)督，尤其是加工工藝、焊接操作是否符合規(guī)范和設(shè)計(jì)，防止焊縫不飽滿，產(chǎn)生縫隙腐蝕引起漏氣。

(2)熱風(fēng)管道與設(shè)備之間采用柔性連接。熱風(fēng)管道的震動來源于3個方面，一是來源于在震動烘干床的主動震動，震動烘干床的工況特點(diǎn)是一定幅度和頻率的整體震動，因此熱風(fēng)管道伴隨震動烘干床一起震動；二是熱風(fēng)管道自身與氣流的共振；三是電機(jī)的震動引起的熱風(fēng)管道震動。首先在設(shè)計(jì)中要優(yōu)化管路，降低長度，管道應(yīng)盡量走直線，減少彎頭；其次管道與震動源之間采用柔性連接以減少震動的傳導(dǎo)，如采用硅膠套連接震動烘干床與熱風(fēng)管道;最后熱風(fēng)管道的直徑須考慮風(fēng)管阻力及熱損失的計(jì)算，彎頭、風(fēng)管的匯合、膨脹節(jié)、閥門的設(shè)置與風(fēng)機(jī)的關(guān)系都需要認(rèn)真對待，增加支持骨架，有可能的話管道要集中布置，共用管架，防止大面積薄板共振。

3.4 旋風(fēng)除塵器

采用旋風(fēng)除塵器增加熱風(fēng)管道的過濾系統(tǒng)可降低鹽粉及雜質(zhì)進(jìn)入熱風(fēng)管道，不僅提高熱風(fēng)管道的使用壽命，也符合食品安全衛(wèi)生的生產(chǎn)環(huán)境要求。旋風(fēng)除塵器管道內(nèi)最低流速的確定主要取決于粉塵的性質(zhì)及管道本身的傾角,風(fēng)速高于該物料必須的最低流速才能防止管道內(nèi)有粉塵沉積，如果發(fā)生粉塵沉積，就會使管道斷面減小，從而風(fēng)速提高，直到不再有新的粉塵沉降，當(dāng)然，管道內(nèi)的流速也不是越高越好，流速過高，盡管可以減小管道重量，節(jié)約基建投資，但會增加管道的壓力損失，增大能耗及對管壁的磨損。一般水平管道的風(fēng)速取18 m/s左右。

4 動力管道的壓力損失

4.1 海晶鹽生產(chǎn)線壓縮空氣管道

壓縮空氣管道是連接空壓機(jī)到設(shè)備氣動部件的低壓常溫動力管道，主要提供包裝工段的氣缸、吸盤、閥門、色選等設(shè)備使用，作為包裝動力之一的壓縮空氣的輸送，由于近年來對食品安全衛(wèi)生條件的嚴(yán)格要求，以 316L不銹鋼為主，目前海晶鹽生產(chǎn)線工藝壓縮空氣工作壓力不超過0.8 MPa。

4.2 動力管道壓力損失分析

(1)泄漏現(xiàn)象。泄漏是壓縮空氣管網(wǎng)不可避免的問題，多見于管道接頭、法蘭墊片、氣源三聯(lián)件、快速接頭、破損軟管、管路因外力扭曲或壓扁等原因。

(2) 壓損過大。冷凝水聚集、過濾器濾芯堵塞、濾芯精度太高等氣源處理元件工作不良等問題會導(dǎo)致壓降過大，容易損壞元器件，增加空壓機(jī)的能耗。

(3)各支路流量匹配不合理，管徑不足，彎頭太多，設(shè)備使用超載。伴隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大及工藝變革，實(shí)際操作中常在原有管道上進(jìn)行更改，受限于工廠人員的技術(shù)能力、現(xiàn)場條件等原因，往往存在對實(shí)際用量估計(jì)不足、管道布局不合理等問題，造成局部管網(wǎng)負(fù)擔(dān)過重，壓損很大或局部管網(wǎng)壓力波動嚴(yán)重。

4.3 動力管道的設(shè)計(jì)優(yōu)化

(1)管路布局分析。海晶鹽生產(chǎn)和包裝車間壓縮空氣管網(wǎng)基本為樹枝狀及環(huán)狀線路方案。樹枝狀系統(tǒng)一次性投資小，管網(wǎng)層級清晰明了，但壓力和泄漏損失較大，也不便于集中調(diào)控；環(huán)狀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是供氣可靠，壓力穩(wěn)定，在廠區(qū)主網(wǎng)則采用輻射狀線路方案，其特點(diǎn)是便于集中調(diào)節(jié)用氣量，壓力和泄漏損失小，但一次性投資大，管網(wǎng)較復(fù)雜。在設(shè)計(jì)中根據(jù)終端設(shè)備情況及使用距離等不同使用條件進(jìn)行分區(qū)布置及整體混合方案，取得了較好的效益。

(2)在布局管網(wǎng)時應(yīng)適當(dāng)放大，滿足未來的生產(chǎn)車間規(guī)劃，布置略大于最大用氣需求量的環(huán)形主干管網(wǎng)，由主干網(wǎng)就近引出樹枝狀動力管道至各個工段，脈沖用氣設(shè)備應(yīng)就近布置緩沖氣管，以減少局部壓力波動。

(3)合理設(shè)計(jì)支管網(wǎng)尺寸，盡量減少彎管、縮徑、非必要閥門等壓損較大管路部件,并進(jìn)行用氣的匹配計(jì)算。

4.4 動力管道的安裝

(1)安裝施工方案應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范，每個工序完成驗(yàn)收后方可進(jìn)入下一工序，壓縮空氣管道安裝程序?yàn)椋翰牧线M(jìn)場→材料檢驗(yàn)→支架制作→支架安裝→管材下料→坡口加工→焊接或螺紋加工→配件組裝→地面組裝→就位→連接→固定→吹掃試驗(yàn)設(shè)施準(zhǔn)備→吹掃→強(qiáng)度試驗(yàn)→嚴(yán)密性試驗(yàn)→泄壓→防腐施工→正試通氣。

(2)管道氣密測試。氣壓管道壓力試驗(yàn)應(yīng)符合設(shè)計(jì)技術(shù)文件規(guī)定，試驗(yàn)壓力應(yīng)為工作壓力的1.5倍，在試驗(yàn)壓力下必須穩(wěn)壓10 min，然后將試驗(yàn)壓力降至工作壓力，這時進(jìn)行系統(tǒng)檢查，應(yīng)當(dāng)做到管道焊接縫及連接處應(yīng)無泄漏、管道無永久變形。

(3)管道氣壓試驗(yàn)。適合于壓縮空氣管道，由空氣壓縮機(jī)至儲氣罐、儲氣罐至包裝工段及加工工段等，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.15倍，試驗(yàn)應(yīng)加裝超壓泄放裝置，設(shè)定壓力不得超過試驗(yàn)壓力的1.15倍，或者試驗(yàn)壓力加0.345 MPa。試驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，預(yù)試驗(yàn)值取壓力0.2 MPa為宜。試驗(yàn)過程應(yīng)逐步緩慢升壓，當(dāng)壓力上升到試驗(yàn)壓力的50%時同步觀察管道系統(tǒng)有無異?；蛐孤┈F(xiàn)象，繼續(xù)按照試驗(yàn)壓力的10%逐級升壓，每一步穩(wěn)壓3 min直至到達(dá)試驗(yàn)壓力，保壓10 min后將壓力降至設(shè)計(jì)壓力，以發(fā)泡劑檢查不泄漏為合格，試驗(yàn)中嚴(yán)禁帶壓緊固螺栓。

(4)管道吹掃清潔。動力管道安裝好后必須進(jìn)行吹掃和試驗(yàn)，吹掃是清理管道內(nèi)部雜物，包括焊渣、泥砂、鐵銹等，管道吹掃后還要檢查管道制作安裝質(zhì)量情況，管道吹掃就是把管道口全部封堵，在方便清理的地方開一個泄壓口，一般用加厚紙板為盲板，當(dāng)空氣壓力升高后盲板被吹破，管道內(nèi)臟污物隨氣流沖出管道系統(tǒng)，管道吹掃以后還要進(jìn)行清洗，使用無毒清潔劑清洗，不能使用有毒有害的化學(xué)清洗劑，要注意管道清洗后殘留在管道內(nèi)部的清洗劑必須排除干凈，要對管道焊縫、法蘭連接處進(jìn)行氣孔、夾渣等缺陷檢查，以消除生產(chǎn)中管道泄漏的主要隱患。

4.5 動力管道的管理

(1)制定動力管道的維護(hù)計(jì)劃，管路系統(tǒng)需要定期檢查和定點(diǎn)檢查，完善保養(yǎng)檢修制度，及時發(fā)現(xiàn)隱患。依據(jù)聲音判斷漏氣的部位，及時修補(bǔ)或更換管路，完善備品備件庫存，及時更換易損件，如減壓閥、過濾器濾芯，查找因外部振動沖擊產(chǎn)生沖擊壓力，在適當(dāng)部位安裝安全閥或壓力繼電器，在氣動系統(tǒng)運(yùn)行前后開展檢查，及時排出各處冷凝水，增設(shè)除水設(shè)備，空壓機(jī)輸出流量不足可選擇輸出流量合適的空壓機(jī)，或增設(shè)一定體積的氣罐。

(2)制定動力管道的管理職責(zé)。開展能源消耗費(fèi)核算，提升管理和操作人員的節(jié)能意識，防止因管理人員關(guān)注少、保養(yǎng)檢修不到位、維護(hù)成本等原因而偶發(fā)或持續(xù)存在的泄漏及磨損等問題。

5 結(jié)束語

鹽漿管道、熱風(fēng)管道、動力空氣管道是海晶鹽生產(chǎn)線的重要管道，其工作環(huán)境惡劣，介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，而其危害的發(fā)展又是具有隱蔽性，如果質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，極易在生產(chǎn)中出現(xiàn)介質(zhì)泄露，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致管道破裂，進(jìn)而引發(fā)重大的安全事故。不僅造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，更給員工帶來人身安全的威脅。因此針對各種不同的輸送介質(zhì)，在管道及管件的設(shè)計(jì)、選型、安裝與生產(chǎn)維護(hù)環(huán)節(jié)中通過上述改善管道的措施，可有效解決管道的通病，同時制定海晶鹽生產(chǎn)線管道專項(xiàng)管理規(guī)章，強(qiáng)化質(zhì)量檢測，完善管道的檢查測試及維護(hù)管理體系，以確保這些動脈系統(tǒng)的暢通，防止突發(fā)性事故發(fā)生，保證生產(chǎn)線的運(yùn)行。