帶壓開(kāi)孔的老師傅告訴你厚壁管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

如果您是一位在有過(guò)電廠及核電站、工業(yè)鍋爐、船舶及石油化工等行業(yè)工作經(jīng)歷的工程人員或者工程建設(shè)技術(shù)人員，那么對(duì)高壓、中壓等鍋爐及所附屬的中高壓管道，其管壁較一般管道要厚很多。那么什么叫厚壁管呢？在這種管道上進(jìn)行帶壓開(kāi)孔要注意什么問(wèn)題呢？下面就厚壁管及厚壁管的帶壓開(kāi)孔作業(yè)作簡(jiǎn)要介紹：

1.厚壁管也稱厚壁鋼管，把鋼管外徑和壁厚之比小于20的鋼管稱為厚壁鋼管。主要用做石油地質(zhì)鉆探管、石油化工用的裂化管、鍋爐管等。管道的制造的方式為無(wú)縫管，采用熱軋或冷拔工藝制成。

如果在帶壓開(kāi)孔過(guò)程中，無(wú)法測(cè)量管道厚度，在圖紙中未能明確標(biāo)明，則應(yīng)當(dāng)通過(guò)管道傳輸介質(zhì)，壓力、工作環(huán)境中溫度等資料與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)共同計(jì)算，在計(jì)算管道壁厚工作中，計(jì)算的過(guò)程是比較繁雜的，其結(jié)果也只能是推算。

鋼管承壓能力和壁厚的計(jì)算公式:

壓力= (壁厚×2×鋼管材質(zhì)抗拉強(qiáng)度) / (外徑*系數(shù))

如果現(xiàn)場(chǎng)允許使用探測(cè)儀的情況下，使用探測(cè)的方法較為準(zhǔn)確和直觀。

2.帶壓開(kāi)孔作業(yè)時(shí)，查看和測(cè)量厚壁管的腐蝕情況

厚壁管雖然表象壁厚，但在管道長(zhǎng)時(shí)的運(yùn)行后，其外部經(jīng)高溫、氧化、土壤、海水、大氣等腐蝕介質(zhì)相接觸所引起的腐蝕現(xiàn)象。而管道內(nèi)部由于受到酸性腐蝕、氯離子、微生物、應(yīng)力及焊接腐蝕的現(xiàn)象，在帶壓開(kāi)孔施工前的仔細(xì)觀察和測(cè)量作業(yè)時(shí)，同樣不可忽視。

例如，電廠鍋爐水冷壁管的腐蝕、磨損原理十分復(fù)雜，主要與灰分和煙氣顆粒的沖蝕、燃煤的含硫量和爐膛火焰溫度有關(guān)。通常，鍋爐運(yùn)行過(guò)程中的爐溫高于1 600℃ ，由于硫、硫化物及其他雜質(zhì)的存在，鍋爐水冷壁受到高溫腐蝕的現(xiàn)象十分普遍。因?yàn)槿济涸谌紵^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生堿金屬鹽、釩鹽、二氧化硫、硫化氫、三氧化硫等多種物質(zhì)，它們?cè)诟邷刈饔孟屡c構(gòu)成水冷壁管的金屬發(fā)生作用，對(duì)水冷壁進(jìn)行動(dòng)態(tài)腐蝕。

而這其中，導(dǎo)致鍋爐及管道發(fā)生高度腐蝕的主要因素是因?yàn)榱蚧锏拇嬖冢?/span>

2.1在高溫條件下，不可燃硫會(huì)生產(chǎn)硫酸鹽混入灰分熔敷于水冷壁管表面，但是它卻不具有水冷壁管在高溫條件下?lián)碛械牧己脵C(jī)械性能。實(shí)質(zhì)上，減薄了水冷壁管的可用壁厚，降低了水冷壁管的有效承載能力;

2.2由于燃煤燃燒產(chǎn)生的氣體中含有硫化氫，硫化氫容易與水冷壁管金屬發(fā)生作用，腐蝕管壁;

2.3燃煤燃燒氣體中的含硫物在金屬高溫下產(chǎn)生單原子硫，水冷壁管中的鐵與硫在高溫作用下會(huì)生成硫化亞鐵。

燃煤燃?xì)庵泻械幕曳诸w粒的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)到8 m/s，以這樣的速度沖擊管壁，長(zhǎng)期積累造成管壁發(fā)生切削。水冷壁管的管壁在灰分顆粒的沖刷和煙氣的腐蝕交替作用下不斷減薄，這就是管理水冷壁管的腐蝕、磨損原理。

因此，厚壁管在帶壓開(kāi)孔前進(jìn)行有效地測(cè)量是帶壓開(kāi)孔作業(yè)的前提。與此同時(shí)應(yīng)與管道維護(hù)技術(shù)人員就管道腐蝕情況及管道承壓要求進(jìn)行帶壓開(kāi)孔作業(yè)點(diǎn)位的確定。一般情況下，帶壓開(kāi)孔作業(yè)后的管道不僅要保障正常壓力下的介質(zhì)輸送，還要考慮新建管道系統(tǒng)對(duì)原管道的應(yīng)力消除，保持管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3.厚壁管帶壓開(kāi)孔前管道補(bǔ)強(qiáng)

在厚壁鋼管帶壓開(kāi)孔設(shè)計(jì)中，管道上的三通支管連接是最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，支管連接方式的確定為管道設(shè)計(jì)重內(nèi)容。常見(jiàn)的支管連接結(jié)構(gòu)形式歸納起來(lái)有三類：

a.整體管件型。主管與支管通過(guò)三通管件連接；

b.加強(qiáng)管接頭型。主管開(kāi)孔，通過(guò)支管連接件與支管連接；

c.焊接支管三通型。主管開(kāi)孔，支管三通直接焊接于主管。

從以上三種方案比較來(lái)看，焊接支管三通無(wú)疑是比較經(jīng)濟(jì)的，不僅可以省去較貴的三通等標(biāo)準(zhǔn)管件，又可減少管道施工的焊縫數(shù)量。

在厚壁管主管道進(jìn)行帶壓開(kāi)孔作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照《先鋒管道帶壓開(kāi)孔流程》中規(guī)定的操作規(guī)程外，還應(yīng)當(dāng)考慮主管道壓力較大、管道腐蝕的影響，再加上需要焊接支管，其連接的主管本體必須要進(jìn)行開(kāi)孔作業(yè)，從而使主管強(qiáng)度降低，其承壓能力下降。當(dāng)主管強(qiáng)度削弱達(dá)到某一值時(shí)，就應(yīng)考慮焊接三通分支處的補(bǔ)問(wèn)題。

按照管道環(huán)向應(yīng)力與管材屈服強(qiáng)度比來(lái)計(jì)算是否需要補(bǔ)強(qiáng)及選擇補(bǔ)強(qiáng)形式。環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式如下：

δs=PD/2SO

從上述公式中，可以看出管材屈服強(qiáng)度的比值、支管外直徑與主管外直徑的比值來(lái)判斷是否需要補(bǔ)強(qiáng)。

管道帶壓開(kāi)孔焊接支管三通時(shí)的補(bǔ)強(qiáng)面積確定原則可以是等面積補(bǔ)強(qiáng)，即管道帶壓開(kāi)孔后被切削掉的部分，應(yīng)在補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)中得到等面積補(bǔ)充或補(bǔ)強(qiáng)。這樣做的目的雖不能消除應(yīng)力集中的影響，但可以緩解應(yīng)力集中的影響，降低應(yīng)力集中區(qū)的應(yīng)力水平。

支管剖面上所有的有效補(bǔ)強(qiáng)面積之和，不小于開(kāi)孔所削弱的承壓所需面積。計(jì)算公式為：

A2+A3+A4+A5≥A1

式中主管、支管的計(jì)算厚度及公稱直徑，名義厚度、腐蝕裕量，材料厚度負(fù)偏差可以算出以上所數(shù)值。如果補(bǔ)強(qiáng)時(shí)未加補(bǔ)強(qiáng)板，則A2+A3與A1做比較來(lái)判斷是否需要補(bǔ)強(qiáng)。



在厚壁管進(jìn)行帶壓開(kāi)孔作業(yè)前，施工方案中應(yīng)當(dāng)將管道補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)列為四項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之一，其作用不容忽視，只有這樣才能精確地計(jì)算出厚壁管在帶壓開(kāi)孔作業(yè)密封程度和其安全性，保障帶壓開(kāi)孔作業(yè)的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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4.《先鋒管道帶壓開(kāi)孔流程》