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蒸汽管道倒塌事故分析

文檔作者：卞建忠，夏臨明，徐連滎，向夏楠文檔來源：湖州市特種設備檢測中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月24日
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第49卷第2期
2012年4月
化工設置與簧遵
PROCESS EQUIPMENT&amp;amp;PIPING
Vl01．49 NO．2
Apr．2012
蒸汽管道倒塌事故分析
卞建忠，夏臨明，徐連滎，向夏楠
(湖州市特種設備檢測中心，浙江湖州313000)
摘要：從設計、安裝、運行方面對某電廠蒸汽管道在暖管過程中發(fā)生倒塌事故進行分析，認為暖管速度
過快和水擊現(xiàn)象是導致此類事故的主要原因，提出了對設計進行專家評估會審，對管道元件質量、安裝
質量嚴把關，并制定科學合理的暖管規(guī)范等解決措施，通過實施以上各項措施消除了此類安全隱患，使
管道正常運行。
關鍵詞：蒸汽管道；倒塌；暖管；水擊
中圖分類號：TQ 055．8 1；TH 17 文獻標識碼：B 文章編號：1009-3281(2012)02—0062-03
近年來，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，蒸汽管道的鋪
設也越來越多，而管道的設計、安裝、運行等多方面
因素都會對其安全運行產(chǎn)生影響。本文通過結合事故
實例，主要對蒸汽管道暖管速度過快和產(chǎn)生的水擊破
壞進行分析，并提出預防方法”?！?。
1 事故概況
2009年某日，某熱電廠區(qū)內供熱管道在暖管過
程中發(fā)生倒塌，倒塌現(xiàn)場如圖1所示，100多米高支
架管道倒地，低支架管道倒塌。復式拉桿補償器破損，
外壓軸向型補償器拉裂， 固定支架脫落并位移2 m，
固定支架預埋鐵板與預埋鋼筋的焊縫斷裂。
圖1 倒塌現(xiàn)場
該熱網(wǎng)管道設計壓力為1．6 MPa，管道規(guī)格為
377 nllTl×9 miil。管道的走向位置如圖2。蒸汽管
道由高支架往左，經(jīng)過TT型自然補償復式拉桿補償
器A下降到低支架并90。轉向，經(jīng)過軸向膨脹節(jié)B，
延伸300 m左右出電廠向用戶供熱，其中C為滑動
支座，D為固定支座。
圖2 管道走向
2 理論分析
蒸汽管道在冷態(tài)啟動時必須進行暖管，暖管速
度不宜過快，其原因在于：
f1)溫變時蒸汽管道熱伸長運動的動能，引起固
定支座變形或振動，破壞固定支座。
f2)暖管過程中凝結水還未來得及排出，易造成
水擊，從而造成管道振動，破壞固定支座I4】。
2．1 暖管速度的影響
一段固定支座問的管道，若忽略波紋管補償器
彈性力、滑動支架摩擦力(一般情況下，與管道對固
定支座的沖擊力相比，波紋管補償器彈性力、滑動支
架摩擦力較小1，暖管時由于溫變會對管道的固定支
座產(chǎn)生沖擊，其最大沖擊力可用以下公式表示 】：
‰， ：O—v oq — 一√ 1L g
收稿日期：2011—06 09； 修回日期：2011-12—12
作者簡介：卞建忠(1982-)，男，浙江湖州人，助理工程師。主
要從事承壓類特種設備檢測工作。
一 m
— O
— O
～
～ 缸
一 向氣
一流分
2012年4月 卞建忠，等．蒸汽管道倒塌事故分析
式中 —— 暖管時管道對固定支座的最大沖擊
力，N：
一暖管蒸汽溫度與暖管前鋼管溫度差，℃；
一暖管蒸汽流速，m／s；
，— — 鋼管的線脹系數(shù)，K～；
．— — 管道單位長度質量，kg／m；
— — 兩固定支座間的距離，m；
— — 固定支座的彈性系數(shù)，N／m。
由式(1)可以看出，一定的管段在暖管過程中，
暖管蒸汽溫度與暖管前鋼管溫度差 越大，暖管蒸
汽流速v越大，暖管時管道對固定支座的最大沖擊力
就越大。暖管過程的時間越短，暖管的速度越快，
。 就越大。
2．2 水擊產(chǎn)生的影響
水擊是一種特殊的流體力學現(xiàn)象。它常發(fā)生在
水或蒸汽等壓力流系統(tǒng)中。水擊發(fā)生時，往往會發(fā)出
噪音，有時還會發(fā)生管道、管件和設備的損壞，因而
造成動力供應中斷，生產(chǎn)的停滯，使經(jīng)濟受到直接和
間接的損失，甚至造成人身傷亡事故[6-7]。
氣、液兩相流是產(chǎn)生“破壞性水擊”現(xiàn)象的內
在原因。氣、液兩相流在管內的流動狀態(tài)隨管內的流
速以及液相、氣相介質的密度、表面張力等性質不同，
大致可分為六種流型，即：泡狀流、塞狀流、分層流、
波狀流、彈狀流、環(huán)狀流，如圖3所示[8-9]o在這六
種流型中，泡狀流、塞狀流由于流動極其不穩(wěn)定，容
易形成水擊，產(chǎn)生振動，導致管路損壞。當流速增加
或改變流向時會引起水擊現(xiàn)象，導致管道發(fā)生振動甚
至破裂[1 。所以運行的蒸汽管道停運后相應疏水閥
應及時開啟，并確保相關聯(lián)的進汽閥門關閉嚴密，以
防止蒸汽漏人停運管道內，冷卻為水并積聚在管道中
發(fā)生水擊。
速
!!!1 泡狀流(氣泡趨向于管子頂部流動)
C !曼13 塞狀流(產(chǎn)生彈頭形氣泡并向管子頂部移動)
∈三三三三弓分層流(液體和氣體分別在管子底部和頂部流動)
∈三三量三B 波狀流(分層流中氣體速度增加時，在氣．液界面上形成波浪)
《蘭竺竺蘭 彈狀流(波狀流中，波增長到與管子表面接觸)
G互蘭蘭毫毒環(huán)狀流(氣體流量高時發(fā)生，氣體核心常夾帶液滴，液體沿管壁流動)
圖3 幾種流形示意
3 事故原因總結
該事故是一起由于蒸汽管道啟用時暖管速度過
快，引起管道膨脹與水擊，固定支座D承受不住推
力和沖擊，固定支架預埋鐵板與預埋鋼筋焊縫拉裂，
管道移位，拉斷外壓軸向型補償器B，管道倒塌的事
故。事故原因可以歸結為以下幾點：
(1)設計缺陷，疏放水裝置設置不合理，在近
500 m的管道上無疏放水設施，特別是類似于D處的
系統(tǒng)最低點；當蒸汽管道啟動升溫時，蒸汽管內將產(chǎn)
生大量凝結水，若不能及時排除，在管道中會形成兩
相流并產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，造成振動、噪音甚至管道破裂。
蒸汽管道布置設計不合理，一般很少在架空管上使用
外壓軸向型補償器，其原因就是軸向型補償器的變形
剛度很大。當補償同樣的熱位移時，其對固定支架的
彈性反力大約是復式拉桿補償器的10倍，如復式拉
桿補償器安裝時按規(guī)定冷緊，其彈性反力還可以減少
一半。
(2)土建施工不到位。按圖示管線布置方案，
固定支架受到的軸向型補償器的彈性反力約14 700
N，以1．0 MPa壓力運行時固定支架承受的壓力推力
更高達165 000 N。故固定支架預埋鐵板與預埋鋼筋
的焊接一般均應采用穿孔塞焊或鋼筋打彎雙面焊，以
保證連接強度。
(3)壓力管道元件制造質量差。一方面膨脹節(jié)
焊接質量差，存在明顯的未焊透缺陷；另一方面由
于外壓軸向型補償器沒有限位裝置，導致發(fā)生變形、
拉裂事故。
(4)運行不當。由于這是該廠第一次暖管啟動，
未制定暖管操作規(guī)程，啟動過快，暖管時未能及時
疏水，管內發(fā)生“水擊”，管道振動，固定支架震裂，
最終導致了管道的倒塌。
4 防范措施
(1)對蒸汽管道設計進行專家評估會審，對會
審中發(fā)現(xiàn)的重大問題盡可能修改調整。在D點增設
疏排水裝置，并在管線上合理配置疏排水點的數(shù)量、
位置及管徑。
(2)土建安裝單位加強把關，對所有固定支架
不但焊接質量要保證，而且還需做一次加固處理，確
保固定支架牢固可靠。
(3)對于壓力管道元件質量，須選擇產(chǎn)品質量
過硬的生產(chǎn)廠家，有條件的情況下應對廠家出貨進行
產(chǎn)品質量抽檢。
(4)制定科學合理的暖管規(guī)范，根據(jù)擬投用蒸
汽管道的管徑、長度、敷設特點、疏放水點的分布，
設置合理的送汽流量、暖管時間。
化工設備與管道 第49卷第2期
結合以上各點對該管道進行改造后，消除了此
類安全隱患，管道正常運行。
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Analysis on an Accident of the Collapse of the Steam Pipes
BIAN Jian-zhong，XIA Lin-ming， XU Lian—rong， XIANG Xia-nan
(Huzhou SpecialEquipmentInspection Center,Huzhou,zhejiang 313000,China)
Abstract：This thesis tries to analyze the collapse of one power plant’S stream pipes in the process of heating pipes from the
perspectives of design，installation and operation．From the analysis and discussion，we believe that the main reasons that lead to this
accident are the rapid speed in heating pipes and the water hammer．Put forward joint hearing of an expert assessment of the design，
improve the pipe components quality and installation quality,and to develop a scientific heating pipes rule，by implementing the
above measures to eliminate these security risks，the pipeline will be normal operation．
Keywords：Steam pipes；collapse；heating pipes；water hammer
(上接第58頁)
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Risk Based Optimum M ethod Used in M aintenance Decision for Oil
and Gas Pipeline in Oil Field
YIN Bin， CHEN Jian-fei， SHENG Hua
(Technology Inspection Center ofShengli Oil Field,Dongying 257000,China)
Abstract：In this paper,loss fimction method，which is one of optimum decision—making methods for integrity maintain of long—
distance pipeline，is applied to preservation decision optimization of the oil and gas gathering pipeline．Based on risk based inspection
and risk assessment for oil an d gas gathering pipeline，and introducing decision criteria，consequence function，state set and decision
set，and quantifying the consequences of failures occurred in oil and gas gathering line，the decision optimization math model was
established．Through the calculation of each loss functions，optimum maintaining scheme can be obtained．The good efect has been
obtained from the use of this method in maintaining decision optimization for crude oil pipeline out of oil field．
Key words：oil and gas gathering transportation；risk based inspection；pressure piping；decision optimization；loss function
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