海晶盐生产线中工艺管道的通病与对策

刘 闽

(福建省盐业集团有限责任公司，福建 福州 350000)

1 海晶盐生产线中管道的作用

海晶盐是由原料盐经过粉碎、洗涤、脱水、干燥、筛分、加碘、计量包装等过程而制得的食盐产品，在生产线工艺流程中，生产设备通过各种管道连接形成了完整的生产工艺系统，管道由管子、管件、阀门、支吊架以及管道上的仪表装置等构成，生产线上所用的管道可分为盐浆管道、卤水管道、热风管道、冷却水管道、压缩空气管道、电缆套管等几大类。

海晶盐生产线管道的安装相对于其他设备安装具有更大差异与更多苛刻要求，尤其是盐浆管道、热风管道及动力管道，安装要求高、管道线路相对复杂，如果管道的选材、路线、焊接、 固定支架、管间距、可拆卸性、泄漏性试验、 耐压试验等达不到标准，往往会造成泄漏、 维修焊接困难、管道下落、震动、噪音等一系列问题。并且盐卤介质对设备、管道、建筑均有强腐蚀性，在生产线设计时必须选择耐盐卤腐蚀的材料才能保证生产线的使用寿命、安全可靠性，才能保证管道在输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流动中长期稳定的工作。

2 盐卤管道的冲击与腐蚀

2.1 盐卤管道的工作概况

盐卤管道是海晶盐生产线加工工段的螺旋洗盐机、搅拌洗盐槽、斜板沉降器、增稠器、旋流器、离心机之间连接的管道，管道系统通过盐浆泵带动、由卤水池引入沉淀后的清洁饱和卤水，并且对原料盐进行洗涤后脱水，整个系统要有一定的压力，盐浆管道为物料管道，低压常温，介质为盐粒、卤水。

2.2 卤水管道防腐

盐卤对钢铁造成的腐蚀机理是含高浓度NaCl和其它腐蚀性物质，成分较复杂，含有钙、镁、钾、硫酸根，且粘度较大，成垢现象较重，对管道的腐蚀更严重。管道属于静态设备，管壁的腐蚀是在隐蔽状态下缓慢发生，其安全问题具有突发性和严重性，尤其是地埋的镀锌卤水管道腐蚀严重，管道腐蚀速度快，穿漏现象十分普遍，在生产线投产3 a～5 a内开始出现渗漏现象，需要专项整体更换，食盐产品质量必须符合GB5461-2016国家标准。同时还要符合国家食品安全法规定要求，设备和管道都必须耐腐蚀、清洁卫生，不得污染盐质，所以管道要求比较高。设计要选择耐腐性能好的不锈钢材质，过去一般选择304不锈钢无缝钢管，近些年大部分企业均使用316L不锈钢无缝管，抗腐性能更好。

2.3 盐卤管道冲击抖动原因

(1)设计时未全面考虑管道所处的环境、振动、温度补偿、支撑等因素的影响；管子、管件、阀门间连接形式不合理，管道由于细长并且弯头多，管道转弯半径太小，使得管道的刚性不足或过大，导致管道承受较大的振动或应力，并且在工作中存在压力冲击，导致盐浆管道的震动、甚至破损。

(2)离心式机械在流量小于设计流量时，叶轮各相邻叶片间的流体流过的量不尽相同，单位时间排出的量也不相同，这样将使离心式设备产生喘振或气蚀，同时也会使管道内产生压力脉动，从而使管道产生振动。

(3)设备开启与关闭的液击。盐卤在管道的输送中，由于生产装置的开停和生产过程的调节，常常需要启闭阀门，泵和电机也有可能发生突然开、停的情况，这时，管道内的液体速度就会发生突然变化(有时是激烈的变化)。液体速度的变化使液体的动量改变，反映在管道内的液体压力迅速上升或下降，并伴有液体锤击的声音，这种现象就叫做液击现象，也称为水锤或水击。液击生成管内压力的变化有时是很大的，突然升压严重时可能使管子爆裂，迅速降压形成的管内负压有可能使管子失稳，这些都会使管道系统产生振动。

2.4 消除盐卤管道冲击的措施

(1)根据实际情况增加缓冲设备。主要有增加缓冲器、气流脉动衰减器、孔板，以及选择其他经济合理、效果明显的方法。

(2)优化安装。管道安装一个固定支撑点一般5 m～6 m，间距太大造成管道中间下垂集液，盐浆管道容易析盐堵塞，PE或者PPR管道支撑点间距更短。长直管设计必须经过计算，可以安装膨胀器防止热胀冷缩现象使管道受拉或挤压变形，如长管道内有90°弯头，经过计算允许后可不设置膨胀器。管道的坡度按管道介质流动方向略带一点坡度，一般考虑坡度1 ∶100为宜。改进管道固定方式，改变管道支座的型式、数量和位置等，主要从实际出发，管道固定方式一般有地面支架、吊架、三角支架等，不管哪种固定形式，材质必须与管材一致，管道固定一定要稳定，承载力要大，充分考虑管道及介质重量、流体介质压力、管道的震动和抖动、泵开停时候的冲击力等，要强化按规范设计，管道和固定件制作好后，要仔细检查验收，做好记录后进行安装。

(3)优化设计。由于海晶盐生产线的管道系统较为复杂，管道设计难免百密一疏，管道安装也面临现场的复杂多变，因此通过管道安装新技术改变传统的工艺是新的提高管道质量的途径，设计上推广BIM技术的应用。

3 热风管道的热应力与泄漏

3.1 海晶盐生产线中的热风管道概况

原料盐经离心脱水后送入震动干燥床通过震动和高温烘干进一步脱水后完成干燥工序，热风管道连接燃气发生器、热交换器、震动干燥床、旋风分离器、尾气除尘器等主要设备，热风管道就像加工工段的动脉，它主要用于传热的关键设备，在高温、高湿、高负压、高粉尘等恶劣工况下工作，管道特点为大口径、高温及空气介质的高速流动，烘干初始温度为170 ℃。烘干机热风管道设计是否合理，直接关系到工艺系统的热风利用、风量分配、废气除尘的有效性。使用材料为不锈钢，连接方式为焊接，通常使用t=6 mm Q235A钢板强度可以满足要求，最低要求管道厚度为3 mm，Φ4 m风管采用间距为1 m的加强圈加固时管道强度仍然在安全范围内。

3.2 热风管道的热应力

热风管道的热应力受力情况较为复杂，既有温度膨胀力、温差应力，又有鼓风机的正压和负压。管道既有集中负荷又有均布负荷，还有周期性的涨缩疲劳应力，如变形不能有效的吸收，容易导致破裂，也就很容易影响到管道材料的耐久性效果，很可能会造成某些区域出现渗漏问题，尤其是在一些连接点区域，泄漏的出现几率比较高。在管道设计中应该首先关注到管道材料的柔性特点，能够对于管道的走向进行详细分析优化，尽量降低热应力的威胁，确保其整体管道运行流畅，从管线走向入手提高柔性；针对管道材料应用中涉及到的法兰区域，除了要选择较为可靠的法兰材料外，还应该借助于焊接方式有效取代法兰的运用，提高该区域的热应力稳定性，对管道材料可能存在的明显热膨胀导致管壁局部蠕变，长此以往势必发生焊缝开裂等现象。可以增加波纹补偿器吸收管道因工作温度变化而产生的变形量，为防止因热胀冷缩而损坏设备。建议用波形伸缩器或采用45°斜接和90°弯连接。

3.3热风管道的连接要点

(1)高温高压管道应当尽量避免采用法兰连接，而改用焊接，焊接作业必须规范操作，焊接必须到位。尤其是管道的环向加强筋采用多段拼接，要保证接头焊接牢固，形成有效的环向加强作用，避免焊缝过短、过少、只有局部点焊等问题，要加强大型工艺非标的制作与安装，加强现场施工监督，尤其是加工工艺、焊接操作是否符合规范和设计，防止焊缝不饱满，产生缝隙腐蚀引起漏气。

(2)热风管道与设备之间采用柔性连接。热风管道的震动来源于3个方面，一是来源于在震动烘干床的主动震动，震动烘干床的工况特点是一定幅度和频率的整体震动，因此热风管道伴随震动烘干床一起震动；二是热风管道自身与气流的共振；三是电机的震动引起的热风管道震动。首先在设计中要优化管路，降低长度，管道应尽量走直线，减少弯头；其次管道与震动源之间采用柔性连接以减少震动的传导，如采用硅胶套连接震动烘干床与热风管道;最后热风管道的直径须考虑风管阻力及热损失的计算，弯头、风管的汇合、膨胀节、阀门的设置与风机的关系都需要认真对待，增加支持骨架，有可能的话管道要集中布置，共用管架，防止大面积薄板共振。

3.4 旋风除尘器

采用旋风除尘器增加热风管道的过滤系统可降低盐粉及杂质进入热风管道，不仅提高热风管道的使用寿命，也符合食品安全卫生的生产环境要求。旋风除尘器管道内最低流速的确定主要取决于粉尘的性质及管道本身的倾角,风速高于该物料必须的最低流速才能防止管道内有粉尘沉积，如果发生粉尘沉积，就会使管道断面减小，从而风速提高，直到不再有新的粉尘沉降，当然，管道内的流速也不是越高越好，流速过高，尽管可以减小管道重量，节约基建投资，但会增加管道的压力损失，增大能耗及对管壁的磨损。一般水平管道的风速取18 m/s左右。

4 动力管道的压力损失

4.1 海晶盐生产线压缩空气管道

压缩空气管道是连接空压机到设备气动部件的低压常温动力管道，主要提供包装工段的气缸、吸盘、阀门、色选等设备使用，作为包装动力之一的压缩空气的输送，由于近年来对食品安全卫生条件的严格要求，以 316L不锈钢为主，目前海晶盐生产线工艺压缩空气工作压力不超过0.8 MPa。

4.2 动力管道压力损失分析

(1)泄漏现象。泄漏是压缩空气管网不可避免的问题，多见于管道接头、法兰垫片、气源三联件、快速接头、破损软管、管路因外力扭曲或压扁等原因。

(2) 压损过大。冷凝水聚集、过滤器滤芯堵塞、滤芯精度太高等气源处理元件工作不良等问题会导致压降过大，容易损坏元器件，增加空压机的能耗。

(3)各支路流量匹配不合理，管径不足，弯头太多，设备使用超载。伴随着生产规模扩大及工艺变革，实际操作中常在原有管道上进行更改，受限于工厂人员的技术能力、现场条件等原因，往往存在对实际用量估计不足、管道布局不合理等问题，造成局部管网负担过重，压损很大或局部管网压力波动严重。

4.3 动力管道的设计优化

(1)管路布局分析。海晶盐生产和包装车间压缩空气管网基本为树枝状及环状线路方案。树枝状系统一次性投资小，管网层级清晰明了，但压力和泄漏损失较大，也不便于集中调控；环状系统的主要特点是供气可靠，压力稳定，在厂区主网则采用辐射状线路方案，其特点是便于集中调节用气量，压力和泄漏损失小，但一次性投资大，管网较复杂。在设计中根据终端设备情况及使用距离等不同使用条件进行分区布置及整体混合方案，取得了较好的效益。

(2)在布局管网时应适当放大，满足未来的生产车间规划，布置略大于最大用气需求量的环形主干管网，由主干网就近引出树枝状动力管道至各个工段，脉冲用气设备应就近布置缓冲气管，以减少局部压力波动。

(3)合理设计支管网尺寸，尽量减少弯管、缩径、非必要阀门等压损较大管路部件,并进行用气的匹配计算。

4.4 动力管道的安装

(1)安装施工方案应当严格依据规范，每个工序完成验收后方可进入下一工序，压缩空气管道安装程序为：材料进场→材料检验→支架制作→支架安装→管材下料→坡口加工→焊接或螺纹加工→配件组装→地面组装→就位→连接→固定→吹扫试验设施准备→吹扫→强度试验→严密性试验→泄压→防腐施工→正试通气。

(2)管道气密测试。气压管道压力试验应符合设计技术文件规定，试验压力应为工作压力的1.5倍，在试验压力下必须稳压10 min，然后将试验压力降至工作压力，这时进行系统检查，应当做到管道焊接缝及连接处应无泄漏、管道无永久变形。

(3)管道气压试验。适合于压缩空气管道，由空气压缩机至储气罐、储气罐至包装工段及加工工段等，试验压力为设计压力的1.15倍，试验应加装超压泄放装置，设定压力不得超过试验压力的1.15倍，或者试验压力加0.345 MPa。试验前进行预试验，预试验值取压力0.2 MPa为宜。试验过程应逐步缓慢升压，当压力上升到试验压力的50%时同步观察管道系统有无异常或泄漏现象，继续按照试验压力的10%逐级升压，每一步稳压3 min直至到达试验压力，保压10 min后将压力降至设计压力，以发泡剂检查不泄漏为合格，试验中严禁带压紧固螺栓。

(4)管道吹扫清洁。动力管道安装好后必须进行吹扫和试验，吹扫是清理管道内部杂物，包括焊渣、泥砂、铁锈等，管道吹扫后还要检查管道制作安装质量情况，管道吹扫就是把管道口全部封堵，在方便清理的地方开一个泄压口，一般用加厚纸板为盲板，当空气压力升高后盲板被吹破，管道内脏污物随气流冲出管道系统，管道吹扫以后还要进行清洗，使用无毒清洁剂清洗，不能使用有毒有害的化学清洗剂，要注意管道清洗后残留在管道内部的清洗剂必须排除干净，要对管道焊缝、法兰连接处进行气孔、夹渣等缺陷检查，以消除生产中管道泄漏的主要隐患。

4.5 动力管道的管理

(1)制定动力管道的维护计划，管路系统需要定期检查和定点检查，完善保养检修制度，及时发现隐患。依据声音判断漏气的部位，及时修补或更换管路，完善备品备件库存，及时更换易损件，如减压阀、过滤器滤芯，查找因外部振动冲击产生冲击压力，在适当部位安装安全阀或压力继电器，在气动系统运行前后开展检查，及时排出各处冷凝水，增设除水设备，空压机输出流量不足可选择输出流量合适的空压机，或增设一定体积的气罐。

(2)制定动力管道的管理职责。开展能源消耗费核算，提升管理和操作人员的节能意识，防止因管理人员关注少、保养检修不到位、维护成本等原因而偶发或持续存在的泄漏及磨损等问题。

5 结束语

盐浆管道、热风管道、动力空气管道是海晶盐生产线的重要管道，其工作环境恶劣，介质腐蚀性强，而其危害的发展又是具有隐蔽性，如果质量不达标，极易在生产中出现介质泄露，严重的可能导致管道破裂，进而引发重大的安全事故。不仅造成了重大的经济损失，更给员工带来人身安全的威胁。因此针对各种不同的输送介质，在管道及管件的设计、选型、安装与生产维护环节中通过上述改善管道的措施，可有效解决管道的通病，同时制定海晶盐生产线管道专项管理规章，强化质量检测，完善管道的检查测试及维护管理体系，以确保这些动脉系统的畅通，防止突发性事故发生，保证生产线的运行。