论文部分内容阅读
摘要：压力管道在石油化工及天然气的介质输送过程中起着不可忽视的作用，由于其具有一定的复杂性，容易在使用的过程中出现因管内介质的冲刷而使得壁厚减薄情况。因此本文就石油化工压力管道的冲刷减薄原因进行分析，并提出了改进措施。
关键词：压力管道；冲刷减薄；原因；改进措施
引言
压力管道是石油化工工程运行的常用设备，随着时代的不断发展，生产能力不断提升，压力管道的使用数量也不断提升。在压力管道运行的过程中，可能会产生因管内介质的冲刷而使得壁厚减薄，最终导致穿孔或破裂事故，如果不对压力管道的冲刷减薄原因进行分析及预防，很有可能出现安全事故。因此，我们应积极对检验中存在的冲刷减薄问题进行分析，并提出切实可行的方案，防止生产过程中出现的冲刷减薄问题，保障压力管道的运行效率。
一、管道冲刷减薄的原因
冲刷减薄是金属表面与流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是材料受冲刷和腐蚀协同作用的结果。按介质的不同冲刷减薄可分为三类即单相流、双相流和多相流。其中固、气、液多相流冲刷减薄和液一固双相流冲刷减薄的工业背景较为普遍。冲刷减薄磨损造成的经济损失是惊人的，在石油化工、能源交通、农机、建材、矿山、煤的燃烧和选况以及冶金、水利电力等行业的机械设备中，冲刷减薄磨损造成的损失占总腐蚀量的9%，磨损量的5%。据统计，全世界因减薄而损耗的金属每年达1亿吨以上，占年总产量的20%～40%，其中2/3可再生，其余的不可再生而散落在地球表面，美国、英国、日本和西德等国家因腐蚀造成的直接经济损失支出约占其国家生产总值的4%左右。
根据介质可将冲蚀磨损分为两大类：气液喷砂型冲蚀及液流或水滴型冲蚀。流动介质中携带的第二相可以是固体粒子、液滴或气泡，它们有的直接冲击材料表面，有的则在表面上溃灭（气泡），从而对材料表面施加机械力。如果按流动介质及第二相排列组合，则可把冲蚀磨损分为四种类型。表1是冲蚀磨损分类及实例。
二、压力管道冲刷减薄的改进措施
对于冲刷减薄防护措施的研究，目前还处于逐步发展阶段，主要包括以下几种：
1、耐冲刷腐蚀材料
耐冲刷腐蚀材料要从耐磨耐蚀两方面考虑，针对不同的介质条件和操作条件而注意偏重于耐蚀或偏重于耐磨。硬度的大小对材料耐冲刷性能有很大的影响，但硬度越高耐冲刷减薄能力并不一定越强。材料的常用强化手段包括形变强化、第二相强化、微量元素合金化。需要指出的是基材的选择以及强化相的种类、多少及分布严重影响其在不同介质条件下的耐蚀性和耐磨性，因此要根据不同的介质条件做出不同的调整。
2、耐冲刷腐蚀涂层
耐冲刷腐蚀涂层包括金属或陶瓷涂层和有机涂层，金属或陶瓷涂层通过热喷涂、超音速热喷涂（HVOF）、激光熔敷等手段在材料表面形成耐蚀材料（不锈钢、镍基合金）、含硬质点的金属自融合金或陶瓷涂层。抗冲刷腐蚀的有机涂层分为两类，一类是耐磨胶粘涂层即颗粒填料增强环氧树脂或环氧粉末涂层，广泛应用于水力机械的过流部件中，另一类是橡胶类（聚氨酷）弹性体，利用其高弹性吸收并耗散冲击育昌。
3、缓蚀剂保护和介质调整
从抑制腐蚀的角度出发来实现冲刷减薄的控制也是一种行之有效的措施之一，这不但减少了腐蚀损伤，更重要的是减少了交互作用量的大小，从而间接减少冲刷损失。缓蚀剂是另一种广泛适用的控制冲刷减薄的方法，在水煤浆、矿浆的管道输送、油气开采以及其它环境得到很好应用。缓蚀剂的应用不但减少了腐蚀本身，而且大幅度减少因腐蚀引起的冲刷损失（粗化表面造成攻角增大），应用不同种类的缓蚀剂以及不同浓度的同种缓蚀剂，会导致临界流速的不同提高。介质调整如升高pH值或除氧处理也可起到与缓蚀剂相似的结果，并适合于长距离料浆管道的保护。
4、控制流速流态
高流速往往引起严重的冲刷减薄，许多材料一介质体系尤其是带膜材料往往存在临界流速，超过此流速会使材料流失突然增大，因此临界流速对工程设计无疑是十分重要的。当控制流速与实际生产条件发生矛盾时，改变流态便成为控制冲刷减薄的有效方法。
其他措施
（1）管件材料升级。在流速高的部位以及流道方向有突变的管件等处，局部更换这些管材，提高硬度，降低冲蚀效果。
（2）管件尺寸调整。加大弯头的弯曲半径，或通过前后安装同心异径管来增大弯头的流通直径，以降低流速。
（3）管件结构改善。局部加厚受磨损的部位，或以盲三通代替弯头都可防止冲蚀。当颗粒运动到盲头，会聚集成一层保护层，避免了与弯管剧烈摩擦和冲击过程，但是能耗增大。
（4）流体工艺参数的调控。一般认为，降低介质流速就可以减缓或消除流体对管件的冲蚀，不过，这要视具体的管件对象情况。事实上，也有可能流体对管件的冲蚀仍然存在，只不过是受冲蚀的部位因为流速的调整而有所移动的缘故。如果减薄缺陷部位移向应力最大的部位，则反过来增加了管件的危险性。因此，盲目地调整流速（流量）既不能从根本上治理冲蚀问题，而且会影响到工艺参数的变化。为了有预见性地调整流速，可以在充分的分析研究的基础上，判断流体对管件的冲蚀位置，使该位置避开最高应力区和连接焊缝区，最好是在最低应力区。
（5）净化流体介质。滤去流体介质中的颗粒杂质，析出液体中的气体。
（6）管线布置尽量保持水平或者垂直。
（7）添加缓蚀剂，通过降低介质的腐蚀性来减缓冲蚀与腐蚀的交互作用，进而降低冲刷减薄。
结语
综上所述，压力管道是所有承受内压或外压的管道，它在使用中，很难避免因介质冲刷及其他原因所引起的壁厚减薄。因此，在日常定期检验工作中应开展对压力管道冲刷减薄的宏观检验，来预防管道冲刷减薄事故的发生，確保压力管道安全运行，保障人民生命和财产安全，从而促进企业的生产经营。
参考文献：
[1]张昆.油气管道冲刷减薄与防护对策研究[D].东北石油大学，2013.
[2]李友清.油田管线内腐蚀控制及石油烃类污染物微生物降解研究[D].华中科技大学，2008.
[3]赵燕辉，张涛，张义贵，曲虎，张鹏虎.集输管道T型管内冲刷减薄数值模拟[J].当代化工，2014（11）：2457-2459.
关键词：压力管道；冲刷减薄；原因；改进措施
引言
压力管道是石油化工工程运行的常用设备，随着时代的不断发展，生产能力不断提升，压力管道的使用数量也不断提升。在压力管道运行的过程中，可能会产生因管内介质的冲刷而使得壁厚减薄，最终导致穿孔或破裂事故，如果不对压力管道的冲刷减薄原因进行分析及预防，很有可能出现安全事故。因此，我们应积极对检验中存在的冲刷减薄问题进行分析，并提出切实可行的方案，防止生产过程中出现的冲刷减薄问题，保障压力管道的运行效率。
一、管道冲刷减薄的原因
冲刷减薄是金属表面与流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是材料受冲刷和腐蚀协同作用的结果。按介质的不同冲刷减薄可分为三类即单相流、双相流和多相流。其中固、气、液多相流冲刷减薄和液一固双相流冲刷减薄的工业背景较为普遍。冲刷减薄磨损造成的经济损失是惊人的，在石油化工、能源交通、农机、建材、矿山、煤的燃烧和选况以及冶金、水利电力等行业的机械设备中，冲刷减薄磨损造成的损失占总腐蚀量的9%，磨损量的5%。据统计，全世界因减薄而损耗的金属每年达1亿吨以上，占年总产量的20%～40%，其中2/3可再生，其余的不可再生而散落在地球表面，美国、英国、日本和西德等国家因腐蚀造成的直接经济损失支出约占其国家生产总值的4%左右。
根据介质可将冲蚀磨损分为两大类：气液喷砂型冲蚀及液流或水滴型冲蚀。流动介质中携带的第二相可以是固体粒子、液滴或气泡，它们有的直接冲击材料表面，有的则在表面上溃灭（气泡），从而对材料表面施加机械力。如果按流动介质及第二相排列组合，则可把冲蚀磨损分为四种类型。表1是冲蚀磨损分类及实例。
二、压力管道冲刷减薄的改进措施
对于冲刷减薄防护措施的研究，目前还处于逐步发展阶段，主要包括以下几种：
1、耐冲刷腐蚀材料
耐冲刷腐蚀材料要从耐磨耐蚀两方面考虑，针对不同的介质条件和操作条件而注意偏重于耐蚀或偏重于耐磨。硬度的大小对材料耐冲刷性能有很大的影响，但硬度越高耐冲刷减薄能力并不一定越强。材料的常用强化手段包括形变强化、第二相强化、微量元素合金化。需要指出的是基材的选择以及强化相的种类、多少及分布严重影响其在不同介质条件下的耐蚀性和耐磨性，因此要根据不同的介质条件做出不同的调整。
2、耐冲刷腐蚀涂层
耐冲刷腐蚀涂层包括金属或陶瓷涂层和有机涂层，金属或陶瓷涂层通过热喷涂、超音速热喷涂（HVOF）、激光熔敷等手段在材料表面形成耐蚀材料（不锈钢、镍基合金）、含硬质点的金属自融合金或陶瓷涂层。抗冲刷腐蚀的有机涂层分为两类，一类是耐磨胶粘涂层即颗粒填料增强环氧树脂或环氧粉末涂层，广泛应用于水力机械的过流部件中，另一类是橡胶类（聚氨酷）弹性体，利用其高弹性吸收并耗散冲击育昌。
3、缓蚀剂保护和介质调整
从抑制腐蚀的角度出发来实现冲刷减薄的控制也是一种行之有效的措施之一，这不但减少了腐蚀损伤，更重要的是减少了交互作用量的大小，从而间接减少冲刷损失。缓蚀剂是另一种广泛适用的控制冲刷减薄的方法，在水煤浆、矿浆的管道输送、油气开采以及其它环境得到很好应用。缓蚀剂的应用不但减少了腐蚀本身，而且大幅度减少因腐蚀引起的冲刷损失（粗化表面造成攻角增大），应用不同种类的缓蚀剂以及不同浓度的同种缓蚀剂，会导致临界流速的不同提高。介质调整如升高pH值或除氧处理也可起到与缓蚀剂相似的结果，并适合于长距离料浆管道的保护。
4、控制流速流态
高流速往往引起严重的冲刷减薄，许多材料一介质体系尤其是带膜材料往往存在临界流速，超过此流速会使材料流失突然增大，因此临界流速对工程设计无疑是十分重要的。当控制流速与实际生产条件发生矛盾时，改变流态便成为控制冲刷减薄的有效方法。
其他措施
（1）管件材料升级。在流速高的部位以及流道方向有突变的管件等处，局部更换这些管材，提高硬度，降低冲蚀效果。
（2）管件尺寸调整。加大弯头的弯曲半径，或通过前后安装同心异径管来增大弯头的流通直径，以降低流速。
（3）管件结构改善。局部加厚受磨损的部位，或以盲三通代替弯头都可防止冲蚀。当颗粒运动到盲头，会聚集成一层保护层，避免了与弯管剧烈摩擦和冲击过程，但是能耗增大。
（4）流体工艺参数的调控。一般认为，降低介质流速就可以减缓或消除流体对管件的冲蚀，不过，这要视具体的管件对象情况。事实上，也有可能流体对管件的冲蚀仍然存在，只不过是受冲蚀的部位因为流速的调整而有所移动的缘故。如果减薄缺陷部位移向应力最大的部位，则反过来增加了管件的危险性。因此，盲目地调整流速（流量）既不能从根本上治理冲蚀问题，而且会影响到工艺参数的变化。为了有预见性地调整流速，可以在充分的分析研究的基础上，判断流体对管件的冲蚀位置，使该位置避开最高应力区和连接焊缝区，最好是在最低应力区。
（5）净化流体介质。滤去流体介质中的颗粒杂质，析出液体中的气体。
（6）管线布置尽量保持水平或者垂直。
（7）添加缓蚀剂，通过降低介质的腐蚀性来减缓冲蚀与腐蚀的交互作用，进而降低冲刷减薄。
结语
综上所述，压力管道是所有承受内压或外压的管道，它在使用中，很难避免因介质冲刷及其他原因所引起的壁厚减薄。因此，在日常定期检验工作中应开展对压力管道冲刷减薄的宏观检验，来预防管道冲刷减薄事故的发生，確保压力管道安全运行，保障人民生命和财产安全，从而促进企业的生产经营。
参考文献：
[1]张昆.油气管道冲刷减薄与防护对策研究[D].东北石油大学，2013.
[2]李友清.油田管线内腐蚀控制及石油烃类污染物微生物降解研究[D].华中科技大学，2008.
[3]赵燕辉，张涛，张义贵，曲虎，张鹏虎.集输管道T型管内冲刷减薄数值模拟[J].当代化工，2014（11）：2457-2459.