房繼軍+徐國(guó)飛+褚松良
【摘 要】管道的腐蝕除與管道管件的材質(zhì)、流體性質(zhì)、流體狀態(tài)和管道所處的環(huán)境因素有關(guān)之外,管道布置設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)管道的腐蝕產(chǎn)生影響,在管道布置設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量避免不利于管道防腐的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從而減緩管道的腐蝕速度。本文主要從管道的支架布置、管道的走向布置、管件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面,結(jié)合核電工程案例分析布置設(shè)計(jì)如何減緩管道的防腐和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】管道;布置;腐蝕
0 引言
管道的腐蝕現(xiàn)象普遍存在,如何從布置設(shè)計(jì)角度減緩和避免腐蝕,對(duì)于核電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行有著重要意義。因此各國(guó)核電站布置設(shè)計(jì)人員都十分重視防腐工作。
1 概述
管道的腐蝕除與管道管件的材質(zhì)、流體性質(zhì)與流體狀態(tài)和管道所處的環(huán)境有關(guān)外,管道布置也會(huì)對(duì)管道的腐蝕產(chǎn)生影響,在管道布置設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量避免其對(duì)管道防腐的消極影響。圖1表示了布置與管道的腐蝕的關(guān)系,布置包括管道管件的布置設(shè)計(jì)和管架、管道銜接部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
影響管道腐蝕的因素很多,如材料、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、溫度、pH值、壓力,涉及物理和化學(xué)等多學(xué)科。對(duì)于材料質(zhì)地,如20+Gr碳鋼材料的使用,碳鋼表面的氧化膜含有Cr可形成-Fe3XCrO4尖晶石氧化膜,它比Fe3O4的溶解度要低很多,可以減少流動(dòng)加速腐蝕的作用。溫度包括環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度,溫度將提高腐蝕的速度。布置設(shè)計(jì)主要通過(guò)改善管道的上述影響因素,從而完善防腐設(shè)計(jì)。
2 布置設(shè)計(jì)減緩管道的腐蝕
核電站中管道布置包括:管道支架的布置、管道焊縫的位置設(shè)計(jì)、管道走向設(shè)計(jì)、管道裝置部件的布置和管道連接部件的布置。核電站的管道布置密集,因此防腐設(shè)計(jì)的任務(wù)更加重要。同時(shí),腐蝕是不可避免的,因此布置工種還應(yīng)該考慮合理的布置有利于管道的在役檢查。下面結(jié)合實(shí)例,說(shuō)明減緩腐蝕的布置設(shè)計(jì)措施。
2.1 管道支架的布置
管道支架的間距不宜過(guò)大,否則會(huì)促進(jìn)腐蝕。管道投入運(yùn)行后,在管內(nèi)介質(zhì)和管道自身重量的作用下,管道產(chǎn)生下沉,使直線管段形成彎曲管段(見(jiàn)圖2),產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,使管道接口處承受應(yīng)力,引起應(yīng)力腐蝕,造成管道磨損、變形、移位,形成滲漏。另外由于管道下沉彎曲,在彎曲的部分易沉淀贓物,堵塞管道,加速管道的磨損腐蝕。在停運(yùn)時(shí)期,下沉彎曲部分形成滯留死水區(qū)也會(huì)產(chǎn)生促進(jìn)腐蝕。
2.2 管道的走向設(shè)計(jì)
管道的布置宜做到逐級(jí)增高,或逐級(jí)降低,避免“氣袋”和“液袋”布置,如果確實(shí)需要π型補(bǔ)償器(見(jiàn)圖3),應(yīng)根據(jù)操作和檢修的要求設(shè)置防空(排氣)、放凈(排水)。管道布置宜少拐彎,靠重力自流的給排水管道要保證坡度。這樣布置能夠有效地減少管道因流體沖刷產(chǎn)生的磨損腐蝕和未放凈的溶液滯留產(chǎn)生的點(diǎn)蝕。
上述管道的走向設(shè)計(jì)是為了避免積存液體和氣體聚集,其關(guān)鍵點(diǎn)就在于防止電化學(xué)腐蝕,例如吸氧腐蝕和析氫腐蝕?;瘜W(xué)方程如下:
2.3 管道焊縫的位置設(shè)計(jì)
為了滿足在役檢查的需要,焊縫不宜密集,焊縫的位置應(yīng)便于焊接及檢查。避免將焊縫布置在管道或支架的應(yīng)力集中處。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減緩管道的腐蝕
3.1 管道的連接形式設(shè)計(jì)
海水系統(tǒng)管道易出現(xiàn)電偶腐蝕現(xiàn)象,如母管與溫度測(cè)量?jī)x表管、流量測(cè)量?jī)x表管連接處存在嚴(yán)重的局部壁厚減薄現(xiàn)象。電偶腐蝕的機(jī)理是兩種不同電位金屬構(gòu)成的宏觀原電池的腐蝕,對(duì)于此種情況,海水管的母管與儀表管,必須使用不同金屬管道進(jìn)行組合時(shí),在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用絕緣措施。如圖4和圖5所示通過(guò)法蘭連接和絕緣墊片的應(yīng)用,焊接改為法蘭連接并保證電偶對(duì)的隔離從而有效的防止電偶腐蝕。
3.2 支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
管道支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮到支架與管道的溫差,支架根據(jù)情況也需保溫保冷,或者添加絕熱層,避免熱的管道與冷支架,發(fā)生冷凝液腐蝕和熱電腐蝕。支架的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮易于清掃除塵,防腐上漆的可操作,對(duì)于一些有耐腐蝕覆層的不允許焊接管道,不宜使用焊接型支架,宜采用管卡型支架。此外,閥門(mén)支架也應(yīng)考慮材料質(zhì)地,避免電位腐蝕,如果要使用異種金屬,閥門(mén)的輔助支架卡箍要加墊圈避免直接接觸。
3.3 管道的保溫保冷設(shè)計(jì)
防止冷凝液腐蝕的發(fā)生不僅與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)還包括隔熱設(shè)計(jì),合理的隔熱設(shè)計(jì)能夠避免、限制或延遲管道內(nèi)介質(zhì)的凝結(jié),減少傳輸過(guò)程中的介質(zhì)的“溫升”或“溫降”,避免熱量和冷量的損失,有利于管道的防腐。
4 其它防腐措施之一:在役檢查
腐蝕是不可能完全避免的,只能減緩其速度。通過(guò)對(duì)有可能發(fā)生腐蝕的管道布置設(shè)計(jì)進(jìn)行分析總結(jié)。那些不能避免并易發(fā)生腐蝕的重要管道,將進(jìn)行在役檢查。在役檢查有效防止因腐蝕造成的管道破裂等事故。布置設(shè)計(jì)通過(guò)改良避免那些不合理的設(shè)計(jì),有助于更好的防腐。
5 結(jié)論
雖然管道的腐蝕是不可避免的,但是通過(guò)合理的管道布置、優(yōu)選的管道和支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有效的保溫和保冷、嚴(yán)格的制造、運(yùn)輸、安裝管理、認(rèn)真負(fù)責(zé)的在役檢查,可減緩管道的腐蝕。使得核電站的管道系統(tǒng)更安全穩(wěn)定的正常運(yùn)行。從而有效保障核電廠的安全和避免事故的發(fā)生。
【參考文獻(xiàn)】
[1]宋岢岢,主編.壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007,7.
[2]范瑞波.核電站循環(huán)水二次濾網(wǎng)腐蝕問(wèn)題探究[J].東北電力技術(shù),2007,9:31-33.
[3]張毅雄,等.多級(jí)節(jié)流孔板在核級(jí)管道中的應(yīng)用[J].核動(dòng)力工程,2009,4:71-74.
[4]李平瑾,徐道榮,主編.鍋爐壓力容器焊接技術(shù)及焊工問(wèn)答[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004,1:109.
[5]黃琨.嶺澳核電站二期給水管道流動(dòng)加速腐蝕的控制與改進(jìn)[J].科技信息,2009(27).
[6]王景文.熱力管道的腐蝕與防護(hù)[J].中州大學(xué)學(xué)報(bào)(第23卷第1期),2006,1.
[7]王蕓,逯國(guó)英.運(yùn)行中管道下沉(移動(dòng))的計(jì)算方法[Z].油氣田地面工程(第29卷第4期),2010,4.
[8]中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì),主編.許維鈞,馬春來(lái),沙仁禮,等,編.核工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1993,11.
[責(zé)任編輯:楊玉潔]