摘要: 对石化企业蒸汽管网系统目前运行现状做了简要的统计分析， 指出消漏在管网安全运行中的必要性; 详细分析了蒸汽管网漏点泄漏的介质特性、 材质特性、工艺操作特性及制造安装特性，针对法兰密封面泄漏、 阀门盘根泄漏、阀门内漏以及砂眼泄漏具体情况进行了探讨，提出了一些常规的处理方法。并对蒸汽系统的日常巡检、维护及检修工作提出了一些确保蒸汽管网系统安全、稳定、长周期运行，减少蒸汽系统泄漏的方法和措施。
关键词: 蒸汽管网 泄漏 分析
1 蒸汽管网泄漏概述
蒸汽或凝液泄漏现象在多数企业极为普遍，是蒸汽管网系统最为常见的故障。严重的蒸汽泄漏还会使生产运行大幅波动，甚至造成生产装置停车; 在水资源日益紧缺的今天， 蒸汽的生产成本亦是日益提高，例如 1 MPa、 200 ℃ 中压蒸汽的价格约为 120 元 /t，随着蒸汽压力、温度的升高，价格更高。据统计一个 2 mm 中压蒸汽砂眼每天蒸汽漏量为 0.56 t，每年按 365 d 计算，累计损失24 528元[1] 。如果一个企业的蒸汽管网平均每天存在20 个类似漏点，每年的损失近 50 万元。
2 蒸汽管网系统泄漏特性分析
1) 介质特性: 蒸汽水分子不同于液态水分子，液态水是由缔合水分子构成的，而蒸汽水分子是由单个水分子构成的。在干蒸汽状态下，水分子以单个分子状态存在，两个氢氧键的夹角 104.5°，分子大小为 0. 29 nm，尺度很小，仅大于氢气分子，水分子是极性分子，渗透力强。当温度等于或低于其工作压力下的饱和温度时就会有液态水的凝结。尽管蒸汽系统管网有保温层，但热损失是不可避免的。管道、法兰、阀门等管网组成件的内壁温度常低于其工作压力下的饱和温度，因此管网内部凝结水的产生不可避免，保温效果越差，凝液产生越多。这些凝结水会在管道系统管件如法兰、阀门的缝隙处积聚，与缝隙处的酸性杂质及溶解氧作用形成电解液，发生电化学腐蚀。凝结水多时还会对流向改变处如弯头、 阀门等形成冲刷，使管壁减薄甚至穿孔。
2) 材质特性: 蒸汽管道系统材质的选择，依据所处压力、温度不同有所差别。低温、低压环境下一般选用优质碳素钢如 10 号、20 号钢等; 高温、高压环境下一般选用铬钼钢如 15CrMo、12Cr1MoV、12Cr5Mo 或不锈钢如06Cr18Ni10、06Cr18NI11Ti等。蒸汽管道的使用环境要求金属材料有较好的高温强度、抗高温蠕变性能、抗高温氧化腐蚀性能等。在高温载荷长时间作用下，金属材料的塑性降低而脆性增加，缺口敏感性增加，易发生脆性破坏; 金属材料的其他力学性能也会劣化变差，壁厚会减薄，在使用过程中有可能发生裂纹或蚀孔而泄漏。在温度高于 450 ℃ 时，由于氢离子的影响，水蒸气对管道内外还会发生金属的强氧化腐蚀[2] ，高温碳钢材质还存在石墨化的倾向。另外，高温紧固件如螺栓等也会发生高温蠕变，造成密封面预紧力下降而使密封失效泄漏。
3) 工艺特性: 由于蒸汽管道系统在高温下运行，金属材料的热膨胀作用会使管道伸长而使管道系统产生附加的拉伸、压缩及弯曲应力。蒸汽系统运行过程中压力、温度及流量的大幅波动和开停工过程中不正确的升温、升压或降温、降压，都会使管网系统应力发生巨变、产生水击等异常现象，引起管道系统剧烈振动，而造成泄漏。频繁的开停工还会使管道材料周期性的热胀冷缩而发生疲劳破坏，造成如法兰螺栓预紧力不均匀，弯头、三通处裂纹缺陷扩展而产生泄漏。
4) 制造特性: 蒸汽管网系统也会因制造安装质量差对管网产生影响。缺陷如焊接产生的超标裂纹、气孔、夹杂和过大焊接附加应力等、法兰连接对口偏差超标而强力组对引起的安装附加应力、蒸汽系统支吊架的设置和安装不合理，使管网运行过程中应力分配不合理，致使局部应力过大等。这些缺陷源在以后蒸汽管道的使用过程中，会发展加剧，最终导致蒸汽系统管道泄漏。
3 典型漏点泄漏分析与处理
蒸汽管网的泄漏形式主要有法兰泄漏、阀门盘根泄漏、阀门内漏、砂眼泄漏等。以中国石化中原石油化工有限责任公司 S-MTO 装置为例，对蒸汽系统的漏点类型不完全统计显示，在所有泄漏形式中，法兰密封面泄漏约占 70% ， 砂眼和盘根泄漏各约占 10%，内漏约占 5%，其他占 5% 。
常用的消漏方法为离线消漏和在线带压堵漏。离线消漏，可视泄漏的具体形态采取针对性的措施，是一种较为彻底的消漏方法; 在线带压堵漏是蒸汽管网系统处于工作状态下的一种消漏方式，漏点形态及成因多种多样，难度大、 风险高、 呈现反复性不宜根除。
1) 法兰泄漏。蒸汽管网法兰泄漏主要是指管法兰、阀门或疏水器中法兰等的泄漏。主要表现为蒸汽系统运行一段时间后，法兰密封面间的密封失效而发生泄漏。设计条件下，法兰、垫片、螺栓的选用一般没有大的问题，现场泄漏的原因主要有: ①施工过程中由于装配、焊接以及螺栓把紧不均匀，造成法兰密封圆周面上预紧力不均匀，有时还存在较大的径向分力; ②由于蒸汽管道工作温度较高，支吊架设置不合理， 热膨胀引起的弯曲变形有可能产生在法兰连接处，从而引起密封断面预紧力改变; ③由于法兰螺栓在高温下发生高温蠕变，从而造成密封面预紧力减小; ④由于法兰及管道保温效果差，法兰密封面积存了较多的凝液，密封面间存在氧和酸性杂质时会发生高温电化学腐蚀; 另外， 水分子直径小，高温高压下有较强的渗透能力，增大了泄漏的可能性; 不正确的操作引起的压力、温度和流量的巨幅波动也会产生瞬时峰值应力，如因开停车过快而产生升降温的水击现象等。
由于蒸汽是重要的公用工程，一般不允许停工消漏，故常用带压消漏方法处理漏点。主要是紧固法兰螺栓或打卡子注胶，这两种方法通常情况下都难以根除，仍需经常性的紧固或补胶; 较为彻底的消漏一般只有在系统停工或停用时， 查清造成泄漏的原因，消除管道法兰处的管道应力，正确选用符合设计规范要求的法兰、垫片、螺栓等，正确的把紧螺栓，并按要求进行热紧，方可彻底消除漏点。对于要求高的法兰也可通过增加螺栓弹簧垫圈来补偿螺栓紧固的应力松弛，增加螺栓紧固的抗干扰能力，减少泄漏。
2) 阀门盘根泄漏。阀门经过一段时间使用后，阀杆盘根处易发生泄漏， 量小时漏水， 量大时漏气。蒸汽阀门盘根多为石墨、石棉和碳纤维等材质，泄漏多发生于开关较为频繁、高温高压工况下的阀门。主要是由于盘根填料老化、 阀杆腐蚀、磨蚀而使得阀杆密封段不光滑、不连续，致使盘根在使用的过程中过度磨损，造成密封预紧力下降或局部缺失而发生阀门盘根泄漏。阀门盘根泄漏一般开始时漏水，这时一定要及时紧固盘根压盖，提高盘根密封预紧力来消漏。一旦发生蒸汽泄漏，盘根被高温蒸汽冲刷产生缺损，漏点将无法消除，甚至会造成停车事故。高频操作的阀门应结合系统停车检修，定期检查阀杆磨损、及时更换盘根填料。
3) 阀门内漏。阀门内漏是由于阀门、 阀芯、阀瓣和阀座之间静密封面的损坏造成的蒸气沿流向发生的泄漏。封闭系统阀门内漏不易发现，半封闭( 一侧对大气) 容易发现。内漏产生的主要原因有: ①阀门开启程度过低或夹带过多的冷凝水所产生的流体冲刷， 会在阀瓣和阀座密封面上形成沟痕，造成密封失效而泄漏; ②安装或检修过程中管道内洁差，设备和管网系统内存在固体杂质，会对三通、 弯头等管件流向改变处造成冲刷，或在阀门沿阀门紧固方向或阀瓣和法座密封面处卡住，也会造成密封不严而泄漏，这在新装置投用时最为常见; ③阀瓣和阀座密封面会由于电化学腐蚀而产生的泄漏，如封闭系统阀门存在流动死区的导淋处，由于凝液长期积存，在有氧和酸性杂质存在的情况下发生电化学腐蚀; ④蒸汽系统高压阀门还会由于阀瓣高温下发生蠕变或强度、 刚度下降，阀瓣变形而产生泄漏。封闭系统阀门内漏很难发现和在线处理，修复也很困难，多数情况需等到系统停车时才作更换处理。阀门更换时应根据阀门开关的频次、调节幅度和工作的温度、压力选用正确的阀门型式，平时做好系统维护。对管道保温、 疏水器的合理布置及工作状态定期监控、 检查和及时维护。
4) 砂眼泄漏。管道砂眼泄漏主要发生在管道系统的弯头、三通、对接焊缝和承插焊缝处等。弯头、三通处主要是由于管道内介质的压力冲击和凝液的冲刷作用造成管壁减薄，强度下降而发生穿孔泄漏; 焊缝处的泄漏主要是焊接缺陷如裂纹、气孔、夹杂等在应力、内外腐蚀及蒸汽渗透的作用下，扩展延伸形成蚀孔泄漏，早期时采用先铆后焊的方法消漏; 后期如风险可控，可采用打卡子注胶的方法消漏，风险不可控时就需停工消漏。平时须做好定期测厚，及时掌控弯头、三通、调节阀等部件易冲刷部位的减薄情况，做到计划检修与更新。高温高压的蒸汽管道还应对管道焊缝及母材进行定期检验，确保材料使用性能满足规范要求。
4 减少蒸汽系统泄漏的措施
1) 蒸汽漏点尽量做到早发现、早处理。漏点发现越早、越小，对密封面或密封材料的损害越小，采用消漏的方法也越简单，消漏的效果越好。因此做好蒸汽管网系统的巡检维护尤为重要。巡回检查要细，明确重点巡检部位，应将日常工艺巡检和专业点检应相融合。除对管网系统漏点进行检查外，还应对管道固定支撑点的布置，活动支撑管道的热膨胀方向和热膨胀量异常情况以及管道重点部位的壁厚减薄是否正常进行检查。有条件时可用超声波检漏仪定期检测管网系统的微小漏点; 另外，还要加强对管网系统的维护管理: 如疏水阀是否堵塞或被击穿、导淋的丝堵和管帽是否安装; 常开关阀门的盘根压紧程度和阀杆的润滑管理等。
2) 确保蒸汽管网系统工作正常，正确操作，合理调控开停车过程中管网及设备的升降温速度和顺序，减少水击造成的管道振动。定期检查、核算管道系统的热损情况，确认疏水器的分布及其工作是否合理和正常有效。
3) 管道系统的焊接、安装是在常温环境下施工进行的，而系统的工作压力、 温度远高于环境工况，系统应力的产生在所难免。应定期检查管道系统特别是高温高压管道系统应力异常情况，如固定、 活动支吊架的位移大小和变形情况， 蒸汽透平机组主蒸汽入口法兰的对口状况等，确保法兰连接装配不超标。
4) 由于蒸汽管网多为碳钢、铬钼钢材质，工作温度又高，多数管道外防腐又不做，因此定期检测蒸汽管道外管壁、法兰螺栓、阀门等腐蚀状况，做好测厚检查十分重要。对于 450 ℃ 以上的高温高压管道必要时还应定期检测其高温蠕变情况，检测其金像组织变化、硬度、碳化物成分，对晶体结构分析检验。
5) 加强新建和检修施工过程中的质量管理，确保管道的焊接、检修、安装质量符合质量验收标准，确保管道系统内部无固体杂质，清洁干净，减少和消除因内洁问题造成的管网系统的泄漏和其他故障。
参考文献:
[1] 王峰.蒸汽不漏量的理论算法[J].区域供热，2009，(6):39-41.
[2] 冯斌，何铁祥，张玉福. 第一部分水汽系统及腐蚀防垢亚临界机组炉管内壁的高温水蒸气腐蚀[C]//全国电厂化学 2007 学术年会暨全国电厂化学网2007 高峰论坛论文集. 深圳，2007.
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