CN101275879A - 一种蒸汽检漏系统及检漏介质参数 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压力容器安全运行技术领域，特别涉及一种带防腐内衬压力容器的蒸汽检漏系统和检漏介质参数。在蒸汽检漏系统的进气管路安装蒸汽分配器，蒸汽分配器上的进气口与检漏蒸汽气源管路连接，蒸汽分配器的出气口与各蒸汽进气管相连接，下部有排污管，在蒸汽分配器的进气口安装减压阀，在蒸汽分配器与各蒸汽进气管的接口安装调节阀；回气管末端安装冷凝器等；并提供了检漏蒸汽的表压力及科学的检漏介质参数。本发明的检漏蒸汽流量可调，且不会在容器强度层间冷凝并浓缩钠、钾等离子，即使发生了检漏蒸汽的冷凝和浓缩，也能确保强度层间积累的检漏蒸汽冷凝液中的钠、钾等离子浓度低于强度层发生应力腐蚀开裂的介质浓度，保证了压力容器的安全运行。

Description

一种蒸汽检漏系统及检漏介质参数

一、技术领域

本发明涉及压力容器安全运行技术领域，特别涉及一种带防腐内衬压力容器的蒸汽检漏系统和检漏介质参数。

二、背景技术

尿素合成塔是由多个筒节构成的盛有强腐蚀性工作介质的压力容器，通常采用钛、特种不锈钢等作为防腐蚀衬里，碳钢或低合金钢板等作为盲层和强度层。此类压力容器筒体强度层有单层和多层的结构形式，检测工作介质是否腐蚀穿内衬而渗漏到强度层，是避免造成强度层腐蚀和灾难性事故的重要措施。

蒸汽检漏法灵敏度高，如果内衬被腐蚀，泄漏的器内介质被检漏蒸汽带出，即使微量泄漏，也可以马上检测到，能保证尿素合成塔这类压力容器的安全使用。因此，当前蒸汽检漏法使用广泛。

但是蒸汽检漏方法也存在以下问题：1、为了均匀分布检漏蒸汽于内衬外表面，通常在不承担强度且板间纵向仅间断焊的盲层开设导流槽，或者内筒与内衬外表面相配合的弧面上开设导流槽。导流槽截面形状不一，常见的有方形和半圆形，前者存在较大的应力集中，后者开设R一般在2-2.5mm，截面积较小，蒸汽流动阻力较大。2、检漏系统一般在回气管加阀门，使用厂家为了节约蒸汽经常把阀门关小。以上两项都可能促使渗漏到强度层间的蒸汽冷凝浓缩，检漏液浓缩到一定程度后将导致层板的应力腐蚀开裂，严重时导致容器的爆破。3、现在的检漏蒸汽通过一条进气管输送到容器顶部，再与检漏进孔水平方向上由各个支管引入容器。上部筒节阻力大，相对于下部筒节流量很小，各管路流量极度不均匀，容器越高，差别越显著，甚至上部筒节可能没有蒸汽流过，检漏没有发挥作用。4、检漏蒸汽回气管缺少冷凝装置，从回气管口出来的大部分是蒸汽，冷凝液量少不利于检测分析。5、检漏介质仅控制Cl^-为5ppm，这远不能满足压力容器安全运行的需要，检漏蒸汽不合适的流量、压力、质量的组合成了压力容器安全运行的隐患，甚至可能造成灾难性事故后果。

三、发明内容

本发明目的是克服现有蒸汽检漏系统存在的缺点及检漏介质无理化指标要求存在的缺陷，提供一种安全高效的检漏系统和准确有效的检漏介质参数。

本发明一种蒸汽检漏系统的基本构思是：安装在由两层及以上层板组成筒体的压力容器上，是由蒸汽进气管路、导流槽、回气管路构成，蒸汽进气管安装在压力容器的检漏进管上，通过检漏进管与盲层板或内筒内壁面上的导流槽连通，蒸汽回气管安装在压力容器的检漏出管上，通过检漏出管与盲层板或内筒内壁面上的导流槽连通。在蒸汽检漏系统的进气管路安装蒸汽分配器，蒸汽分配器上的进气口与检漏蒸汽气源管路连接，蒸汽分配器的出气口与各蒸汽进气管相连接，下部有排污管，在蒸汽分配器的进气口安装减压阀，在蒸汽分配器与各蒸汽进气管的接口安装调节阀，回气管末端安装冷凝器；盲层板的导流槽截面为圆弧形其R不小于3mm。冷凝器为一容器，冷凝器内通冷却剂。

检漏蒸汽经蒸汽分配器后进入各进气管，根据回气管检漏液排量调节进气管上的调节阀，使各管路蒸汽流量大致相等。蒸汽再经检漏进管进入盲层或内筒内壁面上的导流槽导流，然后经检漏出管、回气管、冷凝器流出，检测检漏液可以检验容器内介质泄漏与否。

本发明的蒸汽检漏介质参数是：

检漏蒸汽的表压力要大于检漏管路中自蒸汽分配器，经进气管、检漏进管、导流槽、检漏出管、回气管直到冷凝器流出的最大流体阻力，并小于饱和蒸汽温度等于容器最外壁面温度减去5℃对应的表压力。蒸汽检漏方法适用于由流体阻力确定检漏蒸汽压力不大于由容器最外壁温度决定饱和蒸汽温度后确定检漏蒸汽压力的场合。每根回气管内的检漏蒸汽冷凝液流量10～50ml/min，检漏蒸汽中的钠、钾离子总含量应不高于15μg/L。

应用效果：使用本发明的检漏系统和检漏介质参数，可以在检漏蒸汽能快速检出内衬泄漏情况的前提下，检漏蒸汽流量可调，且不会在容器强度层间冷凝并浓缩钠、钾离子，即使发生了检漏蒸汽的冷凝和浓缩，也能确保强度层间积累的检漏蒸汽冷凝浓缩液中的钠、钾等离子浓度低于强度层发生严重应力腐蚀开裂的介质浓度，从而保证带防腐内衬结构压力容器的安全运行。

四、附图说明

图1为蒸汽检漏系统示意图的主视图；

图2为图1的左视图；

图3为检漏进管结构示意图。

附图标记：

1、蒸汽分配器，2、减压阀，3、调节阀，4、进气管，5、带内衬压力容器，6、压力表，7、蒸汽来源管，8、排污阀，9、冷凝器，10、回气管，11、强度层，12、堆焊区，13、检漏进管，14、内衬，15、盲层

五、具体实施方式

结合附图详细叙述本发明的实施过程。如图1、图2、图3所示：

Φ1400尿素合成塔5共10个筒节，每个筒节长2.47m，筒体由内衬14、盲层15及强度层11组成，各层板厚由内而外依次8mm×1+6mm×1+12mm×1+8mm×9+6mm×2＝110mm。

从蒸汽来源管7进来的检漏蒸汽经减压阀2减压经蒸汽分配器1进入各进气管4、检漏进管13，流过导流槽后从检漏出管、回气管10流出，经冷凝器9冷凝后流出冷凝液，检测冷凝液的化学成分可以判定尿塔的内衬是否泄漏。

蒸汽分配器内设置其水分离隔板。每筒节的检漏蒸汽进出管采用两进两出或者以上结构。进口与出口可设置在筒体的同一母线平面内，或者设在相互垂直的母线平面内。进气管要包在压力容器的保温层内或独立保温。采用逐层层板钻孔塞焊再钻孔构造检漏进出管的方式，确保检漏蒸汽不泄漏到尿塔强度层。盲层15上开设半径为3毫米弧形半圆形导流槽，避免了应力集中，而且流体阻力比较小，既有利于结构安全，又避免检漏蒸汽在筒内液化。

调节阀3加在进气管4上，不仅可以方便调节各进气管流量相等且冷凝液流量为50ml/min，而且无论怎样调节不会因为调节阀的开闭程度导致蒸汽在尿塔筒体内冷凝。

冷凝器9是密闭容器，器内冷却剂是水，回气管10从上面穿进冷凝器9，在其内做成盘管，然后从底面穿出，穿出侧与冷凝器焊接连接。回气管路接冷凝器后可以保证检测端检漏蒸汽以冷凝液形式出流，方便检测分析，而且不会造成周围雾气弥漫。

容器制造时所加工在筒体层板上的透气孔，使用导管穿出容器保温层，保证各层板间隙内的空气等始终与外界联通。

蒸汽冷凝液流量原则上可在10～50ml/min中任意选择，考虑冷凝液化学成分全面分析取样量较多，在此实施例中取为50ml/min。50ml/min是一个约数，可用量筒在出气管口根据单位时间取样量调节调节阀3得到。

检漏蒸汽的压力确定：

(1)蒸汽自蒸汽分配器，经进气管、检漏进管、导流槽、检漏出管、回气管直到冷凝器流出的最大流体阻力

常温常压下水的密度998kg/m³，所以流量50ml/min下蒸汽的质量流量为49.9g/min。各个筒节的检漏管路只有进气管和回气管长短不同，其它条件完全相同，最高筒节进气管和回气管最长，所以该检漏管路蒸汽流动阻力最大。设回气管进冷凝器时回气为绝压0.11MPa的饱和蒸汽。经计算，检漏蒸汽经进气管、检漏进管、导流槽、检漏出管、回气管到冷凝器前的阻力超过了可近似认为不可压缩流体的范围，所以分段计算检漏蒸汽在各段管路中的阻力。以回气管进冷凝器前向上4m管段示例阻力计算步骤：

按绝对压力p＝0.13MPa计算，此压力下饱和蒸汽温度t＝℃，密度ρ＝0.753kg/m³，粘度μ＝12.523×10^-6Pa·s，体积流量Q＝66256.82ml/min。

蒸汽流速： $u=\frac{Q}{A}=\frac{\frac{66256.82\×{10}^3}{60}}{\frac{\mathrm{\π}\×6^2}{4}}\mathrm{mm}/s=39.056m/s$

回气管的粗糙度ε取0.2，则ε/d＝0.033，又由于Re＝1.409×10⁴，查表得λ＝0.062

$h_f=\mathrm{\λ}\·\frac{l}{d}\·\frac{u^2}{2}=31524.97\mathrm{Pa}$

Δp₁＝ρ·∑h_f，1＝0.753×31524.97Pa＝0.0237Pa

此管段进口绝对压力＝0.11MPa+0.0237MPa＝0.1337MPa，物性计算时的0.13MPa在进出口压力之间。进出口压差与此管段节之压力比为0.0237/0.1337＝17.75％＜20％，可以按不可压缩流体计算。

同理，可计算得到回气管其它管段、导流槽、进气管的阻力，计算结果见下表所示。其中计算时所用的参数如下：

①最长回气管长度L_总回气：L_总回气＝9个筒节高度+筒体厚度＝2.47×9+0.110＝22.34m。

②导流槽通道长度L_总导流：通常盲层板上开设有10根环向导流槽，盲层板环向边缘各有3根环向导流槽，其余均匀分布；另外开设有6根纵向导流槽；根据蒸汽在导流槽中的流动可近似认为有3条等同流道，故

L_总导流＝(四分之一环向周长+轴向长)×3＝[1/4×π×(1400+8×2)+2470]×3＝10746mm

③半圆形导流槽水力半径r_H： $r_H=\frac{A}{\mathrm{\Π}}=\frac{\mathrm{\π}\·3^2/2}{\mathrm{\π}\·3+6}=0.9165\mathrm{mm},$ d_e＝4r_H＝3.666mm

④导流槽的粗糙度ε：ε取0.3，则ε/d＝0.3/3.666＝0.0818；

⑤最长进气管长度L_总进气：L_总进气＝10个筒节高度+筒体厚度+调节阀当量长度式中：调节阀当量长度为调节阀全开时，当量长度1.5m，

L_总进气＝2.47×10+0.110+1.5＝26.31m。

进气管跟回气管均选用相同的无缝管。

                           回气管路阻力损失表

p(MPa)	t℃(	ρ(kg/m3)	μ(×10-6Pa·s)	u(m/s)	λ	L(m)	hf(J/kg)	Δp(MPa)
									0.13	106.9	0.7531	12.523	39.056	0.062	4	31524.97	0.0237
0.15	111.1	0.8187	12.649	35.928	0.062	5	33346.86	0.0273
									0.18	116.6	1.0209	12.841	28.812	0.062	6	25734.72	0.0263
0.20	120.2	1.1273	12.967	26.093	0.062	7.34	25819.72	0.0291

                               导流槽阻力损失表

p(MPa)	t℃(	ρ(kg/m3)	μ(×10-6Pa·s)	u(m/s)	λ	L(m)	hf(J/kg)	Δp(MPa)
									0.225	123.7	1.2589	13.086	15.577	0.1	5	16547.83	0.0208
0.25	127.2	1.3904	13.204	14.104	0.1	5.746	15588.53	0.0217

                                     进气管路阻力损失表

p(MPa)	t℃(	ρ(kg/m3)	μ(×10-6Pa·s)	u(m/s)	λ	L(m)	hf(J/kg)	Δp(MPa)
									0.27	129.6	1.4943	13.2878	19.685	0.062	8	16016.24	0.0239

0.30	133.3	1.6501	13.4155	17.826	0.062	9	14775.99	0.0244
									0.32	135.5	1.7530	13.4925	16.779	0.062	9.31	13542.86	0.0237

上述各段计算压差为：∑Δp＝0.221MPa，所以蒸汽分配器的绝对压力最小值为0.331MPa或表压力0.231MPa。

(2)容器最外壁面温度减去5℃对应的表压力

经过对尿塔外壁温度测量，尿塔下部温度最低，1℃左右。1℃对应的饱和蒸汽绝对压力为0.36MPa或表压力0.26MPa。

(3)压力确定

所以设定蒸汽分配器1的绝对压力为0.35MPa或表压力0.25MPa。根据压力表6的指数调整减压阀2使压力达到规定值。既能保证蒸汽在检漏通道中顺畅通流，又能保证不在尿塔筒体中液化。

参照《GB12145-1999》火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量，检漏蒸汽要控制钠离子小于15μg/L，可以保证如果检漏蒸汽在尿塔内冷凝浓缩，不会腐蚀筒体。控制氯离子含量小于5ppm，防止浓缩腐蚀内衬。

检漏蒸汽介质参数同样适用于现有的蒸汽检漏系统。检漏蒸汽系统结构合理的情况下，可以达到检漏的目的，而且不会造成容器层板的应力腐蚀开裂。

Claims (2)

1、一种蒸汽检漏系统，安装在由多层层板组成的压力容器上，是由蒸汽进气管路、导流槽、回气管路构成，蒸汽进气管安装在压力容器的检漏进管上，通过检漏进管与盲层板或内筒内壁面上的导流槽连通，蒸汽回气管安装在压力容器的检漏出管上，通过检漏出管与盲层板或内筒内壁面上的导流槽连通，其特征为：在蒸汽检漏系统的进气管路安装蒸汽分配器，蒸汽分配器上的进气口与检漏蒸汽气源管路连接，蒸汽分配器的出气口与各蒸汽进气管相连接，下部有排污管，在蒸汽分配器的进气口安装减压阀，在蒸汽分配器与各蒸汽进气管的接口安装调节阀，回气管末端安装冷凝器；盲层板的导流槽截面为R不小于3毫米的半圆弧。

2、蒸汽检漏系统的蒸汽检漏介质参数，其特征为检漏蒸汽的表压力要大于检漏管路中自减压分配器，经进气管、检漏进管、导流槽、检漏出管、回气管直到冷凝器流出的最大流体阻力，并小于饱和蒸汽温度等于容器最外壁面温度减去5℃对应的表压力；蒸汽检漏方法适用于由流体阻力确定检漏蒸汽压力不大于由容器最外壁温度决定饱和蒸汽温度后确定检漏蒸汽压力的场合；每根回气管内的检漏蒸汽冷凝液流量为10～50ml/min，检漏蒸汽中的钠、钾离子总含量应不高于15μg/L。

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