在刚开始运行的某工厂,浙江至德钢业有限公司技术工程师发现某40"高压蒸汽管道错误设计,选用了不锈钢管道材料,造成高压蒸汽管道在运行时每几十米起一个上拱形翘空。厂内维护人员和原设计人员认为支吊架设计错误,把原管托修改成了倒钩形限制上拱,但事与愿违,将结构横梁顶弯也没有限制住高压管道的热供。其实这种现象管道应力分析无问题,原自然补偿弯布置和支吊架设计也没有问题,如果错误修改成倒钩形支架无法解决根本问题。
浙江至德钢业有限公司技术人员分析这个高压蒸汽管道热拱应力问题主要由以下原因引起:
(1)管道材料错误设计选用了不锈钢,不但价格比合金钢高数倍,而且不锈钢热膨胀系数比合金钢大很多,自然补偿弯也多了很多。这种不锈钢材料热膨胀后并不能完全恢复原长度,每次冷热循环,管线就会热拱更大一些。
(2)如把原管托修改成了倒钩形管托,限制了管子的热膨胀,违背了管道柔性设计原则,限得越死越易出问题。
(3)操作人员开工时送的蒸汽温度偏低,这根高压蒸汽管道配套的疏水阀不合格,造成高压蒸汽管道内产生冷凝水排出不畅通,造成40”管子的底部比顶部低100℃,这也是造成这根高压蒸汽管道拱起的原因。一般情况下管道内介质通过管道截面时是均温的,但是,有时管道横截面上温度的分布是不均匀的。在水平管道的上表面温度高于下表面,同一管段上下部的热膨胀是不同的,这就产生了热拱(thermal blowing)现象。
热拱使管道产生相当大的弯曲位移,可能导致管道支架失效、材料疲劳破、管道阀门法兰泄漏、结构框架超载等情况。
因选材错误造成热拱事故的详细讲述见《管道应力分析与工程应用》一书。高温管道选用不锈钢材料看似符合规范,但在高温蒸汽管道系统就易出现事故。