浅谈蒸汽夹套管的冲刷腐蚀和防护

浅谈蒸汽夹套管的冲刷腐蚀和防护
摘要：在石化、化工生产中，蒸汽夹套管被广泛用于输送流体（粘性流体、凝
固性流体、高熔点合成液等）场合。

所谓蒸汽夹套伴热管就是在夹套管中内管输
送工艺介质，内管和外管间隙中通以蒸汽，对介质输送管加热保温的特殊管道伴
热方式。

由于输送管的外表面均匀的接触蒸汽，整条管道没有温度梯度，从而保
持管内输送流体的流动性能和温度，防止输送过程中在管道中凝结。

它的伴热效
果远比普通伴热管好。

冲刷腐蚀又称为磨损腐蚀。

是金属表面与流体之间由于高
速相对运动而引起的金属损坏现象。

蒸汽夹套管由于其本身结构具有特殊性，存
在一些缺点，在蒸汽的长期冲刷下，夹套内管的蒸汽入口处容易发生泄漏，由于
泄漏点在内管管壁上，给检修工作带来一定困难。

因此找出冲刷腐蚀的原因，并
进行有效的防护对装置的稳定生产具有重要意义。

关键词：蒸汽；夹套管；冲刷腐蚀；防护
1蒸汽管道
1.1蒸汽管道的含义
蒸汽管道包括蒸汽凝液管道与蒸汽管道两大重要部分，蒸汽管道是热力管道
的其中一种，热力管道又称为热力管网（District heating network）。

热力管网是
指从放置锅炉的地方，提供热量的地方等地方出发的，来形成供热管道形成的热
力管网。

热力管网分为蒸汽管网与热水热网。

蒸汽管网是按照不同类型划分，通
过蒸汽的高压，中压，低压来进行的。

1.2蒸汽管道的用途
蒸汽管道用于数量大，不易分离，会产生有毒气体的化工产品，例如：石油。

石油的分离会产生有毒气体，例如：一氧化碳、二氧化硫、硫化氢与二氧化氮等
气体。

然而，这些气体是不可以直接排放在空气当中。

蒸汽管道，可以防止有毒
气体排放在空气中，减少空气污染。

1.3使用蒸汽管道的好处
蒸汽管道的使用，有效的减少空气污染。

在蒸汽管道的使用过程中，不会让
蒸汽管道中的物品随意流失，可以使有毒气体，不会随意的排放在空气中，一定
程度上减少了空气污染。

蒸汽管道的安装，不需要补偿器与固定支架，使得节约
了大量成本。

减少资源的浪费。

蒸汽管道可以做到隔热，保温，防潮，防水，防火，耐腐蚀地特点。

使得蒸汽管道的使用寿命大大增加。

2 原因分析
2.1接管座与母管采用异种钢焊接材料。

由于异种钢焊接接头存在材料成分、机械性能与物理性能上的差异，寿命周期大大低于同种钢接头，运行一定周期后
极易发生早期失效。

2.2接管与母管之间结构不合理，膨胀受到限制，存在较大应力集中，焊缝
极易发生金属疲劳而早期失效。

另外，由于保温不良、接管座与母管存在较大温
度差时，也同样会导致金属疲劳。

2.3蒸汽母管正上方的接管存在冷凝水倒灌，或者蒸汽母管正下方疏放水管
排水不及时，母管内壁不停地受到低温水的冲击和冷却，该处温度交变剧烈，产
生的热应力较集中，导致母管内壁金属发生疲劳，从而使母管在预留孔周围产生
放射状裂纹。

流体的入射方向与材料表面的夹角称为攻角。

攻角对材料冲刷腐蚀的影响，
主要体现在攻角不同，流体对材料表面的冲击力在水平和垂直两个方向上的分量
大小不同，两个方向的分量此消彼长。

在攻角较小时，水平分量作用更大，此时
材料的损伤主要是由切削机制产生的；在攻角较大时，垂直分量作用更大，流体
撞击材料表面，此时材料有两种损伤形式：一是在流体的冲击下，材料表面产生
凹坑和凸起，凸起部分在流体的不断冲击下被冲掉；另外在流体的不断冲击下，
冲刷表面上会产生细小裂纹，细小裂纹不断增多并扩展，最终材料呈片状脱落。

因此，会存在某一冲刷角度，流体冲击力在两个方向上的分量合力最大，对材料
的损伤最大。

从而使材料的冲刷腐蚀速率达到最大。

夹套管的蒸汽入口与夹套内管成90°，此时垂直分量的撞击作用较强，而水
平分量产生的切削量很小。

因此，疲劳磨损是主要的，微切削磨损是次要的。

夹
套内管长时间承受蒸汽的高速、正面冲击，受到冲击力最集中的地（即蒸汽入口处）也就最容易被磨损腐蚀。

2.5材料硬度及表面特性的影响
材料硬度对冲刷腐蚀也有一定的影响，材料硬度的影响与材料使用条件有关。

在腐蚀环境比较温和的条件下使用时，硬度对材料的耐冲刷腐蚀性能影响较大，
材料硬度越高耐冲刷腐蚀的性能就越好。

另外，在一定的冲刷速度下，光滑的表
面也能起到保护基体材料的作用。

3控制策略分析
3.1识别和隔离故障 SG
故障 SG 的放射性明显高于完好 SG 的放射性，而且传热管断裂 SG 的水位增
长比完好的 SG 水位增长快。

一旦确定了发生故障的 SG，为限制放射性物质不可
控排放，保护员工、公众和环境，优先减少排污流量，将排污从冷凝水抽取系统
切换到废液排放系统，进行故障 SG 水 / 汽侧的隔离。

从规程中可知，识别和隔离故障SG的方法在SOP、EOP规程中是相同的。

3.2一回路及故障 SG 的冷却与降压
控制目标是尽快平衡一 / 二回路间的压力以减小泄漏，同时要保证一回路的
冷却，防止一回路沸腾。

一 / 二回路间的压力平衡准则为：（PS+5bar）＞ PR ＞（PS-1bar），式中，PR为一回路的压力，PS 为故障 SG 温度所对应的饱和压力，
这在SOP、EOP 规程中是一致的。

通过完好的 SG 冷却一回路，SOP 规程中，只使
用大气排放阀；而EOP 规程中，优先使用冷凝器排放阀，若冷凝器排放阀不可用，则使用大气排放阀，使用冷凝器排放阀冷却时，则可能将故障SG的放射性物质
带入二回路，污染常规岛设备。

冷却的同时，必须通过喷淋给一回路进行降压，
并通过排污系统带来的活塞效应给故障 SG 降压。

在 SOP 的 ECS 的序列 4 中，对
故障 SG 的压力控制还需关注 SG 的液位，主要是考虑到测量的不确定性并留出足
够的裕度，只有当故障 SG 的液位高于 -0.5m 时，才将排污流量调节到最大值。

而当故障 SG 的水位低于 -0.5m 时，则关闭排污阀，以防止 SG 传热管裸露而引起的
二次侧强烈降压，从而重新恢复一回路向二回路的泄漏。

这在 EOP 规程中是没有
被考虑的。

在 SOP 的 ECP3 的序列 1 控制中增加了 A/B 区的概念，这在 EOP 中是
没有的。

其含义为：A 区为欠饱和区，运行点在此处无堆芯沸腾风险，此时可控
制安注；B 区为饱和区，运行点在此处，若一回路压力骤降（停运安注），会导
致堆芯沸腾，如需控制安注，则需要满足其他的辅助判据。

4 冲刷腐蚀的防护
合理的设计是降低和防止冲刷腐蚀最根本的措施之一。

可以尝试在蒸汽入口
处加防冲板，以减小蒸汽对夹套内管的冲刷；光滑的表面具有更强的抗冲刷能力，提高夹套内管外壁光洁度的要求，也是个可以考虑的方法。

4.2 合理选材
管道选材要综合考虑投资、技术及经济效益。

选用硬度大一些的金属材料做
夹套内管，在这种介质没有腐蚀性情况下，管材料硬度增大，其抗冲刷腐蚀能力
也将随之增大。

延长了管线的使用寿命，减少了因管线泄漏造成的堵塞管线，停
车检修的成本，其经济效益显而易见。

4.3 降低流速
在实际生产中，控制流速是最可行的方法，也是唯一的方法，如果其它条件
不变，降低流速就可以有效降低管道的冲刷腐蚀。

4.4 腐蚀检测
对现有的夹套管线加强腐蚀检测，很明显地，冲刷腐蚀的位置在蒸汽入口处，有针对性地定期检测这些冲刷严重部位的壁厚，能够帮助我们找到和掌握冲刷腐
蚀的速率和规律，这是防治冲刷腐蚀最有效的方法之一。

结语
冲刷腐蚀过程复杂，影响因素比较多，且相互影响，给研究和控制冲刷腐蚀
带来了一定困难。

但可以设法找出主要的控制因素，通过改善设计、合理选材、
降低流速及加强腐蚀检测等多种措施来控制冲刷腐蚀，从而最大限度地延长夹套
管的使用寿命，保障装置的安全生产。

参考文献
[1]宋超.旋转补偿器在蒸汽管道中的应用[J].化工设计通讯，2019，45（01）：102-103.。