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蒸汽管道倒塌事故分析

文檔作者：卞建忠，夏臨明，徐連滎，向夏楠文檔來源：湖州市特種設(shè)備檢測中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月24日
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第49卷第2期
2012年4月
化工設(shè)置與簧遵
PROCESS EQUIPMENT&amp;amp;PIPING
Vl01．49 NO．2
Apr．2012
蒸汽管道倒塌事故分析
卞建忠，夏臨明，徐連滎，向夏楠
(湖州市特種設(shè)備檢測中心，浙江湖州313000)
摘要：從設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行方面對某電廠蒸汽管道在暖管過程中發(fā)生倒塌事故進(jìn)行分析，認(rèn)為暖管速度
過快和水擊現(xiàn)象是導(dǎo)致此類事故的主要原因，提出了對設(shè)計(jì)進(jìn)行專家評估會(huì)審，對管道元件質(zhì)量、安裝
質(zhì)量嚴(yán)把關(guān)，并制定科學(xué)合理的暖管規(guī)范等解決措施，通過實(shí)施以上各項(xiàng)措施消除了此類安全隱患，使
管道正常運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：蒸汽管道；倒塌；暖管；水擊
中圖分類號(hào)：TQ 055．8 1；TH 17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-3281(2012)02—0062-03
近年來，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，蒸汽管道的鋪
設(shè)也越來越多，而管道的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行等多方面
因素都會(huì)對其安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。本文通過結(jié)合事故
實(shí)例，主要對蒸汽管道暖管速度過快和產(chǎn)生的水擊破
壞進(jìn)行分析，并提出預(yù)防方法”?！俊?
1 事故概況
2009年某日，某熱電廠區(qū)內(nèi)供熱管道在暖管過
程中發(fā)生倒塌，倒塌現(xiàn)場如圖1所示，100多米高支
架管道倒地，低支架管道倒塌。復(fù)式拉桿補(bǔ)償器破損，
外壓軸向型補(bǔ)償器拉裂， 固定支架脫落并位移2 m，
固定支架預(yù)埋鐵板與預(yù)埋鋼筋的焊縫斷裂。
圖1 倒塌現(xiàn)場
該熱網(wǎng)管道設(shè)計(jì)壓力為1．6 MPa，管道規(guī)格為
377 nllTl×9 miil。管道的走向位置如圖2。蒸汽管
道由高支架往左，經(jīng)過TT型自然補(bǔ)償復(fù)式拉桿補(bǔ)償
器A下降到低支架并90。轉(zhuǎn)向，經(jīng)過軸向膨脹節(jié)B，
延伸300 m左右出電廠向用戶供熱，其中C為滑動(dòng)
支座，D為固定支座。
圖2 管道走向
2 理論分析
蒸汽管道在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)必須進(jìn)行暖管，暖管速
度不宜過快，其原因在于：
f1)溫變時(shí)蒸汽管道熱伸長運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，引起固
定支座變形或振動(dòng)，破壞固定支座。
f2)暖管過程中凝結(jié)水還未來得及排出，易造成
水擊，從而造成管道振動(dòng)，破壞固定支座I4】。
2．1 暖管速度的影響
一段固定支座問的管道，若忽略波紋管補(bǔ)償器
彈性力、滑動(dòng)支架摩擦力(一般情況下，與管道對固
定支座的沖擊力相比，波紋管補(bǔ)償器彈性力、滑動(dòng)支
架摩擦力較小1，暖管時(shí)由于溫變會(huì)對管道的固定支
座產(chǎn)生沖擊，其最大沖擊力可用以下公式表示 】：
‰， ：O—v oq — 一√ 1L g
收稿日期：2011—06 09； 修回日期：2011-12—12
作者簡介：卞建忠(1982-)，男，浙江湖州人，助理工程師。主
要從事承壓類特種設(shè)備檢測工作。
一 m
— O
— O
～
～ 缸
一 向氣
一流分
2012年4月 卞建忠，等．蒸汽管道倒塌事故分析
式中 —— 暖管時(shí)管道對固定支座的最大沖擊
力，N：
一暖管蒸汽溫度與暖管前鋼管溫度差，℃；
一暖管蒸汽流速，m／s；
，— — 鋼管的線脹系數(shù)，K～；
．— — 管道單位長度質(zhì)量，kg／m；
— — 兩固定支座間的距離，m；
— — 固定支座的彈性系數(shù)，N／m。
由式(1)可以看出，一定的管段在暖管過程中，
暖管蒸汽溫度與暖管前鋼管溫度差 越大，暖管蒸
汽流速v越大，暖管時(shí)管道對固定支座的最大沖擊力
就越大。暖管過程的時(shí)間越短，暖管的速度越快，
。 就越大。
2．2 水擊產(chǎn)生的影響
水擊是一種特殊的流體力學(xué)現(xiàn)象。它常發(fā)生在
水或蒸汽等壓力流系統(tǒng)中。水擊發(fā)生時(shí)，往往會(huì)發(fā)出
噪音，有時(shí)還會(huì)發(fā)生管道、管件和設(shè)備的損壞，因而
造成動(dòng)力供應(yīng)中斷，生產(chǎn)的停滯，使經(jīng)濟(jì)受到直接和
間接的損失，甚至造成人身傷亡事故[6-7]。
氣、液兩相流是產(chǎn)生“破壞性水擊”現(xiàn)象的內(nèi)
在原因。氣、液兩相流在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)隨管內(nèi)的流
速以及液相、氣相介質(zhì)的密度、表面張力等性質(zhì)不同，
大致可分為六種流型，即：泡狀流、塞狀流、分層流、
波狀流、彈狀流、環(huán)狀流，如圖3所示[8-9]o在這六
種流型中，泡狀流、塞狀流由于流動(dòng)極其不穩(wěn)定，容
易形成水擊，產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致管路損壞。當(dāng)流速增加
或改變流向時(shí)會(huì)引起水擊現(xiàn)象，導(dǎo)致管道發(fā)生振動(dòng)甚
至破裂[1 。所以運(yùn)行的蒸汽管道停運(yùn)后相應(yīng)疏水閥
應(yīng)及時(shí)開啟，并確保相關(guān)聯(lián)的進(jìn)汽閥門關(guān)閉嚴(yán)密，以
防止蒸汽漏人停運(yùn)管道內(nèi)，冷卻為水并積聚在管道中
發(fā)生水擊。
速
!!!1 泡狀流(氣泡趨向于管子頂部流動(dòng))
C !曼13 塞狀流(產(chǎn)生彈頭形氣泡并向管子頂部移動(dòng))
∈三三三三弓分層流(液體和氣體分別在管子底部和頂部流動(dòng))
∈三三量三B 波狀流(分層流中氣體速度增加時(shí)，在氣．液界面上形成波浪)
《蘭竺竺蘭 彈狀流(波狀流中，波增長到與管子表面接觸)
G互蘭蘭毫毒環(huán)狀流(氣體流量高時(shí)發(fā)生，氣體核心常夾帶液滴，液體沿管壁流動(dòng))
圖3 幾種流形示意
3 事故原因總結(jié)
該事故是一起由于蒸汽管道啟用時(shí)暖管速度過
快，引起管道膨脹與水擊，固定支座D承受不住推
力和沖擊，固定支架預(yù)埋鐵板與預(yù)埋鋼筋焊縫拉裂，
管道移位，拉斷外壓軸向型補(bǔ)償器B，管道倒塌的事
故。事故原因可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：
(1)設(shè)計(jì)缺陷，疏放水裝置設(shè)置不合理，在近
500 m的管道上無疏放水設(shè)施，特別是類似于D處的
系統(tǒng)最低點(diǎn)；當(dāng)蒸汽管道啟動(dòng)升溫時(shí)，蒸汽管內(nèi)將產(chǎn)
生大量凝結(jié)水，若不能及時(shí)排除，在管道中會(huì)形成兩
相流并產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，造成振動(dòng)、噪音甚至管道破裂。
蒸汽管道布置設(shè)計(jì)不合理，一般很少在架空管上使用
外壓軸向型補(bǔ)償器，其原因就是軸向型補(bǔ)償器的變形
剛度很大。當(dāng)補(bǔ)償同樣的熱位移時(shí)，其對固定支架的
彈性反力大約是復(fù)式拉桿補(bǔ)償器的10倍，如復(fù)式拉
桿補(bǔ)償器安裝時(shí)按規(guī)定冷緊，其彈性反力還可以減少
一半。
(2)土建施工不到位。按圖示管線布置方案，
固定支架受到的軸向型補(bǔ)償器的彈性反力約14 700
N，以1．0 MPa壓力運(yùn)行時(shí)固定支架承受的壓力推力
更高達(dá)165 000 N。故固定支架預(yù)埋鐵板與預(yù)埋鋼筋
的焊接一般均應(yīng)采用穿孔塞焊或鋼筋打彎雙面焊，以
保證連接強(qiáng)度。
(3)壓力管道元件制造質(zhì)量差。一方面膨脹節(jié)
焊接質(zhì)量差，存在明顯的未焊透缺陷；另一方面由
于外壓軸向型補(bǔ)償器沒有限位裝置，導(dǎo)致發(fā)生變形、
拉裂事故。
(4)運(yùn)行不當(dāng)。由于這是該廠第一次暖管啟動(dòng)，
未制定暖管操作規(guī)程，啟動(dòng)過快，暖管時(shí)未能及時(shí)
疏水，管內(nèi)發(fā)生“水擊”，管道振動(dòng)，固定支架震裂，
最終導(dǎo)致了管道的倒塌。
4 防范措施
(1)對蒸汽管道設(shè)計(jì)進(jìn)行專家評估會(huì)審，對會(huì)
審中發(fā)現(xiàn)的重大問題盡可能修改調(diào)整。在D點(diǎn)增設(shè)
疏排水裝置，并在管線上合理配置疏排水點(diǎn)的數(shù)量、
位置及管徑。
(2)土建安裝單位加強(qiáng)把關(guān)，對所有固定支架
不但焊接質(zhì)量要保證，而且還需做一次加固處理，確
保固定支架牢固可靠。
(3)對于壓力管道元件質(zhì)量，須選擇產(chǎn)品質(zhì)量
過硬的生產(chǎn)廠家，有條件的情況下應(yīng)對廠家出貨進(jìn)行
產(chǎn)品質(zhì)量抽檢。
(4)制定科學(xué)合理的暖管規(guī)范，根據(jù)擬投用蒸
汽管道的管徑、長度、敷設(shè)特點(diǎn)、疏放水點(diǎn)的分布，
設(shè)置合理的送汽流量、暖管時(shí)間。
化工設(shè)備與管道 第49卷第2期
結(jié)合以上各點(diǎn)對該管道進(jìn)行改造后，消除了此
類安全隱患，管道正常運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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出版社，2003．
王樹人．水擊理論與水擊計(jì)算[M]．北京清華大學(xué)出版社，
1981．
楊建東．空化理論與汽液兩相流瞬態(tài)過程的研究[D]．武漢：
武漢水利水電學(xué)院，1988．
Analysis on an Accident of the Collapse of the Steam Pipes
BIAN Jian-zhong，XIA Lin-ming， XU Lian—rong， XIANG Xia-nan
(Huzhou SpecialEquipmentInspection Center,Huzhou,zhejiang 313000,China)
Abstract：This thesis tries to analyze the collapse of one power plant’S stream pipes in the process of heating pipes from the
perspectives of design，installation and operation．From the analysis and discussion，we believe that the main reasons that lead to this
accident are the rapid speed in heating pipes and the water hammer．Put forward joint hearing of an expert assessment of the design，
improve the pipe components quality and installation quality,and to develop a scientific heating pipes rule，by implementing the
above measures to eliminate these security risks，the pipeline will be normal operation．
Keywords：Steam pipes；collapse；heating pipes；water hammer
(上接第58頁)
[8] TSG D0001-2009，壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管
道[s】．
[9] 張范輝．油氣長輸管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究[D]．中國海洋大學(xué)，
2008．
【10] 楊筱蘅．輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M]．北京：中國石油大學(xué)出
版社，2006：224—230．
[11] 楊筱蘅．油氣管道安全工程[M]．北京：中國石化出版社，
2005：56—74．
Risk Based Optimum M ethod Used in M aintenance Decision for Oil
and Gas Pipeline in Oil Field
YIN Bin， CHEN Jian-fei， SHENG Hua
(Technology Inspection Center ofShengli Oil Field,Dongying 257000,China)
Abstract：In this paper,loss fimction method，which is one of optimum decision—making methods for integrity maintain of long—
distance pipeline，is applied to preservation decision optimization of the oil and gas gathering pipeline．Based on risk based inspection
and risk assessment for oil an d gas gathering pipeline，and introducing decision criteria，consequence function，state set and decision
set，and quantifying the consequences of failures occurred in oil and gas gathering line，the decision optimization math model was
established．Through the calculation of each loss functions，optimum maintaining scheme can be obtained．The good efect has been
obtained from the use of this method in maintaining decision optimization for crude oil pipeline out of oil field．
Key words：oil and gas gathering transportation；risk based inspection；pressure piping；decision optimization；loss function
6 7 8 9

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