浅谈压力管道冲刷减薄原因及改进措施

浅谈压力管道冲刷减薄原因及改进措施

顾焱栋

江苏省特种设备安全监督检验研究院太仓分院 江苏太仓 215400

摘 要：本文以某企业的压力管道为基本案例，分析其管道冲刷减薄的主要原因，对其进行试验处理，分析检验的要点和检验结果，最后提出一些改进措施，以供相关人员参考。

关键词：压力管道；冲刷减薄；原因；改进措施

前 言：

化工和石油以及天然气企业在我国有着十分广泛的应用，但是在管道使用期间，一般会伴有冲刷腐蚀或者冲蚀等失效模式，尤其是在三通管或者弯头位置，更加容易在冲蚀的作用下造成管壁减薄，最终会造成穿孔或者破裂。在管道冲刷中主要原因有几种形式，如管道内部介质流动状态影响、管道内部存在两种不规则流动的介质、弯头与焊口数量较多、直管长度影响介质流动、管道内部介质的温度和压力发生变化等，都会产生管道的冲刷减薄，本文基于此背景下对实际管道案例进行分析，提出其具体的原因和改进措施。

1. 管道冲刷减薄相关介绍

管道的冲刷减薄是由于管道属于金属介质，其表面与内部介质之间产生高速相对运动，造成金属损坏的现象，同时其是在冲刷和腐蚀的共同作用下产生的减薄问题。结合介质的不同可以将其分为三种冲刷减薄形式，分别为单相流、双向流和多项流^[1]。其中在工业生产中，多相流（固体、气体、液体）与双向流问题比较常见。

2. 管道情况介绍

该管道为某化工企业在外界接入的天然气管道，内部介质流速为8m/s，在2007年投入使用，在2014年进行检验。其基本参数为：设计温度为50°C，压力为1MPa，规格为DN300*9.53mm，材质为A106，级别为GC2，内部介质为天然气。

3. 检验过程

3.1检验关键点

作为首次检验进行，宏观观测所抽查的弯头局部出现减薄现象，公称壁厚为9.53mm，减薄量为3.13mm，基于此对其附近的所有弯头进行壁厚检验。

3.2检验结果

检验中三个弯头被设为A1、A2、A3，其中A1位置在减薄部位的西侧，A2位置在减薄部位下端西侧位置转移到上端上部偏南位置；A3位置在上测偏南转移至南侧偏底面部位，并且都处于所抽测弯头的直管段。在检测中，以弯管段的A2弯头为例，具体的壁厚数据为：弯管段南侧8.0mm、西侧7.5mm、北侧11.3mm；下直管段南侧8.4mm、西侧6.4mm、北侧9.4mm；上直管段南侧6.7mm、西侧8.5mm、北侧10.9mm。

4. 问题和分析

由于该管道内部的介质为天然气，其流动速度相对较大，因此如材质选择不符合相关要求则会造成管道冲刷减薄问题。在本次测定期间，发现弯头的外侧最弯的区域厚度并没还有明显减薄现象，只是在直管的一侧发生减薄现象^[2]。然后对其周围几个弯头进行检测期间，也发现相同问题，在相关人员进行讨论与分析和实地考察中发现，其产生冲刷减薄的原因可能存在以下两点。

1. 与A1前侧的大小头设置有关，在实际管道安装中，在A1弯头的前部设置了偏心大小头（如图1所示），在介质流动期间，可能会先从小管进入，然后进入到大管之后偏置冲刷，导致其弯头直管段西侧出现管道减薄的问题。A2弯头下端存在西侧减薄，并且上端直管也转移到偏南侧的位置。A3中管道减薄问题也与之相似，这样的减薄部位走向符合大小头设置的猜想，导致介质流动路线冲刷减薄问题产生。

管道空俯图示

管道实物图

图1：管道图示

2. 在宏观检验中发现直管部分要比弯头的最外侧部分减薄量大，这可能是由于在焊接接头处发生严重错误缺陷所导致的。最大的错位量可达5mm之多，并且错位量越大，其减薄的量也就越大。结合相关文献资料可知，管道内部的介质在经过焊缝等不规则区域期间，会产生速度变化，并且对会这些位置产生切向应力，同时如果发生焊缝中存在错位等缺陷时，这种现象更加严重。另外错边量越大，介质在焊缝流动区域内部的径向和湍流动能也会随之增加，导致该区域的冲刷作业也相对较强。在现场的实际壁厚测量中也证实了这一点。

在上述分析中可以了解到，该管道由于管道内部天然气流速相对较大，并且加上弯头处大小头设置不够合理，导致其管道内部局部出现冲刷减薄的问题。另外因为在直管与弯管相互连接位置出现严重的错位缺陷，导致该管道的气体在该部位出现流动状态发生变化，发生其湍流动能和流速变化，导致在弯头位置和与直管的焊缝位置的局部减薄作用更加明显。

5. 改进措施

基于上文对于管道冲刷减薄问题和原因的分析，本文提出几点预防和改进措施，具体如下。

1. 及时更换严重减薄的区域，保障管道的安全运行，避免在长期使用中发生破裂或者穿孔问题。

2. 在更换弯头期间，一般都会采取焊接的方式，因此为了减少焊接缝为止介质流速发生较大变化，需要提升焊接头的质量，减少错边等问题发生概率，保障介质稳定流动基础上减少管道冲刷减薄问题发生概率^[3]。

3. 加强一些明显减薄管件区域的在线检测力度和次数，对冲刷减薄部位的介质速率进行全面掌握，避免管道发生意外事故。

结合上述一些预防和处理措施，本文中所介绍的管道弯头和焊接缝处没有发现新的冲刷减薄现象，因此说明上述措施有着实际效果。

结 语：

综上所述，在工业背景下，管道冲刷减薄的原因存在多种，并且也与其本身材质、焊接接头、弯头设置和内部介质等因素有关。因此为了减少管道冲刷减薄问题发生的概率，需要企业的相关技术人员和检验人员定期做好管道的宏观检查，重点关注管道冲刷减薄的问题和现象，提前发现，尽早解决，避免管道事故发生，促进工业企业顺利运行与发展。

参考文献：

[1]沈峰，黄懿.压力管道弯头超标局部减薄安全状况等级评定[J].化工设备与管道，2017,54(03):69-71.

[2]卢宁浩，邵冬冬，陶昌明,尹建斌.压力管道冲刷减薄原因分析及处理[J].管道技术与设备,2017(03):55-56+60.

[3]范佳倩.压力管道检测技术的应用[J].化工管理,2015(35):168.