煅烧二闪饱和水管道泄漏问题的计算分析

2013-12-03张宝强

纯碱工业 2013年3期

关键词：漏点汽化节流

张宝强

（石家庄双联化工有限责任公司技术部，河北石家庄 050200）

联碱煅烧工序需大量蒸汽用于重碱煅烧，蒸汽冷凝水通过一级、二级（以至三级）闪发后，高温热水送至锅炉除氧器，一则进行锅炉加水除氧，二则回收热水能量。该工艺普遍用于纯碱行业，符合节能减排的原则，但存在热水管道容易泄漏问题。

1 热水管道配置及使用情况

公司为节约除盐水和降低蒸汽消耗，利用纯碱生产中煅烧二闪出口的0.5～0.55MPa（表压）饱和热水做为锅炉岗位除氧器的部分补水，节能明显，使用也一直正常。

2006年，石家庄双联化工50t／h三废混燃炉筹建时，从原煅烧二闪饱和热水总管上新加一分支管（称L1管），管道规格φ108×4.5，长约180m，设计流量30t／h（流速为1m／s），如图1。

但开车运行一年后，L1管开始出现漏点，尤其在弯头及弯头附近直管处最为严重，总体情况为距2＃阀越近，漏点出现越早且修补次数越多。几乎每月都有1～2次停水补漏。从2006年到2009年，此段管上的27个弯头多次修补并已更换22个，严重影响50t／h三废混燃炉的运行。而其它锅炉煅烧二闪饱和热水分支管此现象不明显。通过对比分析，发现因2＃阀位置较高，操作不便，而1＃阀在1＃锅炉操作室门口附近，操作方便，所以基本上2＃阀打开后不进行操作，通过调节1＃阀控制L1管流量。这与设计初衷不符。

图1 煅烧二闪饱和水送锅炉除氧器

2 损坏原因估算分析

根据已知条件，热水管道内径d＝99mm，设计流量W＝30t／h，现场取1＃阀前1点，1＃阀后2点，2＃阀前3点，实测三点温度分别为：T1＝148℃，T2＝133℃，T3＝112℃。

查水蒸汽熵焓表，得表1。

表1 不同温度下的蒸汽参数表

因为所有管道全部保温，忽略管道热损，把1＃阀阻力和L1管的流动总阻力都认为绝热节流，根据绝热节流时前后焓值不变的原理，计算L1管内实际工艺参数：

1）设节流后的汽化率为X，列方程如下。

得：2点处汽化率

得：3点处汽化率

2）设汽化后水的流量为V水，汽化后水蒸汽的流量V汽。

2点处水流量

2点处汽流量

同理，得3点处：V水3＝29.41m3／h，V汽3＝2 362.50m3／h

3）假设节流后的汽液两相流速相同，设为U混，节流后蒸汽流速为U汽，原设计（1点处）状态饱和水流速为U设计。

2点处汽液混合流速

同理，得3点处：U混3＝86.36m／s；1点处U设计＝1.18m／s。

依据《化工工艺设计手册》中流体常用流速范围，低压蒸汽≤1MPa（绝压）时，流速范围15～20 m／s；蒸汽冷凝水流速范围0.5～1.5m／s。据计算结果，当时设计流速U设计＝1.18m／s，在常用流速范围内。但实际运行时操作位置的变化，致使L1管内的运行工艺参数发生变化，实际流速从1＃阀后U混2＝21.06m／s逐步加速到U混3＝86.36m／s，都已超过常用流速范围。蒸汽和水在管中形成汽带水的现象，在高速流动中弯头处还会发生液体撞击，加速对管道的冲刷，造成管道易损、泄漏。由于管道自身阻力降以及阀门节流造成的阻力降，使热水管道内实际流速呈现逐步及跳跃式升高之势，造成热水管道内热水处于持续闪发状态并引发实际流速大幅度提升。最终导致热水管道沿热水流向，漏损越来越严重，理论分析与实际情况基本吻合。