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蒸汽管道倒塌事故分析

文档作者：卞建忠，夏临明，徐连荥，向夏楠文档来源：湖州市特种设备检测中心		点击数：	更新时间： 2021年10月24日
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第49卷第2期
2012年4月
化工设置与簧遵
PROCESS EQUIPMENT&amp;amp;PIPING
Vl01．49 NO．2
Apr．2012
蒸汽管道倒塌事故分析
卞建忠，夏临明，徐连荥，向夏楠
(湖州市特种设备检测中心，浙江湖州313000)
摘要：从设计、安装、运行方面对某电厂蒸汽管道在暖管过程中发生倒塌事故进行分析，认为暖管速度
过快和水击现象是导致此类事故的主要原因，提出了对设计进行专家评估会审，对管道元件质量、安装
质量严把关，并制定科学合理的暖管规范等解决措施，通过实施以上各项措施消除了此类安全隐患，使
管道正常运行。
关键词：蒸汽管道；倒塌；暖管；水击
中图分类号：TQ 055．8 1；TH 17 文献标识码：B 文章编号：1009-3281(2012)02—0062-03
近年来，随着工业的迅速发展，蒸汽管道的铺
设也越来越多，而管道的设计、安装、运行等多方面
因素都会对其安全运行产生影响。本文通过结合事故
实例，主要对蒸汽管道暖管速度过快和产生的水击破
坏进行分析，并提出预防方法”。】。
1 事故概况
2009年某日，某热电厂区内供热管道在暖管过
程中发生倒塌，倒塌现场如图1所示，100多米高支
架管道倒地，低支架管道倒塌。复式拉杆补偿器破损，
外压轴向型补偿器拉裂， 固定支架脱落并位移2 m，
固定支架预埋铁板与预埋钢筋的焊缝断裂。
图1 倒塌现场
该热网管道设计压力为1．6 MPa，管道规格为
377 nllTl×9 miil。管道的走向位置如图2。蒸汽管
道由高支架往左，经过TT型自然补偿复式拉杆补偿
器A下降到低支架并90。转向，经过轴向膨胀节B，
延伸300 m左右出电厂向用户供热，其中C为滑动
支座，D为固定支座。
图2 管道走向
2 理论分析
蒸汽管道在冷态启动时必须进行暖管，暖管速
度不宜过快，其原因在于：
f1)温变时蒸汽管道热伸长运动的动能，引起固
定支座变形或振动，破坏固定支座。
f2)暖管过程中凝结水还未来得及排出，易造成
水击，从而造成管道振动，破坏固定支座I4】。
2．1 暖管速度的影响
一段固定支座问的管道，若忽略波纹管补偿器
弹性力、滑动支架摩擦力(一般情况下，与管道对固
定支座的冲击力相比，波纹管补偿器弹性力、滑动支
架摩擦力较小1，暖管时由于温变会对管道的固定支
座产生冲击，其最大冲击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
作者简介：卞建忠(1982-)，男，浙江湖州人，助理工程师。主
要从事承压类特种设备检测工作。
一 m
— O
— O
～
～ 缸
一 向气
一流分
2012年4月 卞建忠，等．蒸汽管道倒塌事故分析
式中 —— 暖管时管道对固定支座的最大冲击
力，N：
一暖管蒸汽温度与暖管前钢管温度差，℃；
一暖管蒸汽流速，m／s；
，— — 钢管的线胀系数，K～；
．— — 管道单位长度质量，kg／m；
— — 两固定支座间的距离，m；
— — 固定支座的弹性系数，N／m。
由式(1)可以看出，一定的管段在暖管过程中，
暖管蒸汽温度与暖管前钢管温度差 越大，暖管蒸
汽流速v越大，暖管时管道对固定支座的最大冲击力
就越大。暖管过程的时间越短，暖管的速度越快，
。 就越大。
2．2 水击产生的影响
水击是一种特殊的流体力学现象。它常发生在
水或蒸汽等压力流系统中。水击发生时，往往会发出
噪音，有时还会发生管道、管件和设备的损坏，因而
造成动力供应中断，生产的停滞，使经济受到直接和
间接的损失，甚至造成人身伤亡事故[6-7]。
气、液两相流是产生“破坏性水击”现象的内
在原因。气、液两相流在管内的流动状态随管内的流
速以及液相、气相介质的密度、表面张力等性质不同，
大致可分为六种流型，即：泡状流、塞状流、分层流、
波状流、弹状流、环状流，如图3所示[8-9]o在这六
种流型中，泡状流、塞状流由于流动极其不稳定，容
易形成水击，产生振动，导致管路损坏。当流速增加
或改变流向时会引起水击现象，导致管道发生振动甚
至破裂[1 。所以运行的蒸汽管道停运后相应疏水阀
应及时开启，并确保相关联的进汽阀门关闭严密，以
防止蒸汽漏人停运管道内，冷却为水并积聚在管道中
发生水击。
速
!!!1 泡状流(气泡趋向于管子顶部流动)
C !曼13 塞状流(产生弹头形气泡并向管子顶部移动)
∈三三三三弓分层流(液体和气体分别在管子底部和顶部流动)
∈三三量三B 波状流(分层流中气体速度增加时，在气．液界面上形成波浪)
《兰竺竺兰 弹状流(波状流中，波增长到与管子表面接触)
G互兰兰毫毒环状流(气体流量高时发生，气体核心常夹带液滴，液体沿管壁流动)
图3 几种流形示意
3 事故原因总结
该事故是一起由于蒸汽管道启用时暖管速度过
快，引起管道膨胀与水击，固定支座D承受不住推
力和冲击，固定支架预埋铁板与预埋钢筋焊缝拉裂，
管道移位，拉断外压轴向型补偿器B，管道倒塌的事
故。事故原因可以归结为以下几点：
(1)设计缺陷，疏放水装置设置不合理，在近
500 m的管道上无疏放水设施，特别是类似于D处的
系统最低点；当蒸汽管道启动升温时，蒸汽管内将产
生大量凝结水，若不能及时排除，在管道中会形成两
相流并产生水击现象，造成振动、噪音甚至管道破裂。
蒸汽管道布置设计不合理，一般很少在架空管上使用
外压轴向型补偿器，其原因就是轴向型补偿器的变形
刚度很大。当补偿同样的热位移时，其对固定支架的
弹性反力大约是复式拉杆补偿器的10倍，如复式拉
杆补偿器安装时按规定冷紧，其弹性反力还可以减少
一半。
(2)土建施工不到位。按图示管线布置方案，
固定支架受到的轴向型补偿器的弹性反力约14 700
N，以1．0 MPa压力运行时固定支架承受的压力推力
更高达165 000 N。故固定支架预埋铁板与预埋钢筋
的焊接一般均应采用穿孔塞焊或钢筋打弯双面焊，以
保证连接强度。
(3)压力管道元件制造质量差。一方面膨胀节
焊接质量差，存在明显的未焊透缺陷；另一方面由
于外压轴向型补偿器没有限位装置，导致发生变形、
拉裂事故。
(4)运行不当。由于这是该厂第一次暖管启动，
未制定暖管操作规程，启动过快，暖管时未能及时
疏水，管内发生“水击”，管道振动，固定支架震裂，
最终导致了管道的倒塌。
4 防范措施
(1)对蒸汽管道设计进行专家评估会审，对会
审中发现的重大问题尽可能修改调整。在D点增设
疏排水装置，并在管线上合理配置疏排水点的数量、
位置及管径。
(2)土建安装单位加强把关，对所有固定支架
不但焊接质量要保证，而且还需做一次加固处理，确
保固定支架牢固可靠。
(3)对于压力管道元件质量，须选择产品质量
过硬的生产厂家，有条件的情况下应对厂家出货进行
产品质量抽检。
(4)制定科学合理的暖管规范，根据拟投用蒸
汽管道的管径、长度、敷设特点、疏放水点的分布，
设置合理的送汽流量、暖管时间。
化工设备与管道 第49卷第2期
结合以上各点对该管道进行改造后，消除了此
类安全隐患，管道正常运行。
参考文献
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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页)
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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
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