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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：管道；结构设计；冲刷减薄
0 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。
1 管道概况
该管道为某化工企业从外界接入的天然气总管，流速为8～9m/s。该管道于2009年投入使用，2016年3月对该管道进行全面检验。
管道基本参数如下：设计压力为1.0MPa，设计温度为50℃，管道规格为DN300×9.53mm，材质为A106，管道级别为GC2级，介质为天然气。
管道空视图见图1，现场实物照片见图2。
图1 管道空视图
图2 管道实物图
2 检验要点
本次检验为首次检验，在宏观测厚检验过程中发现该抽查弯头存在局部减薄现象，且最大减薄量达3.13mm（公称壁厚为9.53mm）。针对此现象，在随后的检验中针对附近所有弯头和直管做了全方位的壁厚测定。
3 检验结果
该管道上述3个弯头均存在局部减薄现象，且减薄部位具有一定的特殊性。E1弯头减薄部位为西侧，E2弯头减薄部位从下端为西侧转移至上端为上侧偏南侧，E3弯头减薄部位由上侧偏南转移至南侧偏底面；且上述所有弯头的壁厚最薄点均位于焊缝附近的直管段，而非弯头最外侧。以E2弯头为例，现场检测的壁厚数据见表1，冲刷减薄实物示意图见图3。表1中的“东”表示周向方位。
表1 E2弯头现场检测壁厚数据mm
位置 壁厚
东 南 西 北
下直管段 10.3 8.4 6.4 9.4
弯管段 10.6 8.0 7.5 11.3
上直管段 10.5 6.7 8.5 10.9
图3 弯头冲刷减薄实物图
4 问题及分析
该管道介质为流速较大的天然气，最高流速达到9m/s，故在材质选择不当的时候容易产生冲刷减薄。但在初次厚度测定时，发现弯头外侧最弯处厚度并未明显减薄，而是在弯头两端直管段位置产生明显的减薄现象，而且只有直管段一侧减薄。在随后针对附近其他几个弯头进行全方位厚度测定后，也发现存在同类现象，这与一般的冲刷减薄不同。后来检验人员通过讨论分析，又在现场进行实地考察后发现，其可能引起冲刷的原因有以下2个：
（1）与管道弯头E1前端的一个大小头设置有关（见图2）。弯头E1前端设置了偏心大小头，其可能导致天然气由小管进入大管后大部分流体介质偏置冲刷，导致弯头E1直管段西侧存在冲刷减薄现象，而弯头E2下端直管仍存在西侧减薄，上端直管则转移至上方偏南侧。弯头E3直管段的减薄位置也基本与其一致。上述弯头局部减薄部位基本符合管内介质由于大小头偏置引起的大部分流体介质走向路线。
（2）针对弯头焊缝附近直管段比弯头最外侧减薄量大的现象，也在现场宏观检验中找到原因。上述弯头与直管连接的焊接接头存在严重的错边缺陷，最大错边量达5.0mm（管壁公称壁厚为9.53mm），在错边量最大位置，其壁厚减薄量也最大（最小实测壁厚为6.4mm）。根據文献可知，管道内流体流经环焊缝等局部不规则表面时会发生速度变化并形成紊流，并对不连续处产生附加的切向应力，且当环焊缝中存在错边、咬边等缺陷时，该现象更严重。该研究还表明，错边量越大，管内流体在流经焊缝区域时的径向速度和湍流动能也迅速增加，如图4、图5所示。表明流体对该处内壁表面径向的冲击作用越强，该区域的湍流程度越激烈，冲刷作用也越强。现场的实际测厚数据也直接验证了该结论。
由以上分析可以确定，该管道由于管内天然气流速较大，再加上偏心大小头的不合理设置，导致管内局部位置发生冲刷减薄现象；同时由于弯头与直管相连的焊缝位置存在严重的错边缺陷，导致管道内气体介质在该处的流动状态发生变化，产生湍流、紊流等现象，使得管内流体流经此区域时的径向速度和湍流动能迅速增大，从而使得弯头与直管段焊缝区域比弯头最外侧产生更严重的局部减薄现象。
5 改进措施
根据管道冲刷减薄已有的处理及预防措施，结合实际情况，采取了以下措施：
（1）对产生严重局部减薄的弯头进行更换。
（2）在采用焊接方法更换弯头的过程中，提高焊接接头的质量，减少错边等缺陷，保持管内流体介质良好的流动状态。
（3）对发生过明显减薄的管件加强在线检测，以便掌握冲刷减薄的速率，避免意外事故的发生。
通过采取以上处理及预防措施，该管线相关弯头至今未发生新的冲刷减薄现象，说明采用上述措施能够达到预期的效果。
6 结束语
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，确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]刘洪佳，田德永，吴广增.压力管道低温低应力工况判定方法及应用[J].山东化工. 2017（08）
[2]范佳倩.压力管道检测技术的应用[J].化工管理.2015（35）
关键词：管道；结构设计；冲刷减薄
0 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。
1 管道概况
该管道为某化工企业从外界接入的天然气总管，流速为8～9m/s。该管道于2009年投入使用，2016年3月对该管道进行全面检验。
管道基本参数如下：设计压力为1.0MPa，设计温度为50℃，管道规格为DN300×9.53mm，材质为A106，管道级别为GC2级，介质为天然气。
管道空视图见图1，现场实物照片见图2。
图1 管道空视图
图2 管道实物图
2 检验要点
本次检验为首次检验，在宏观测厚检验过程中发现该抽查弯头存在局部减薄现象，且最大减薄量达3.13mm（公称壁厚为9.53mm）。针对此现象，在随后的检验中针对附近所有弯头和直管做了全方位的壁厚测定。
3 检验结果
该管道上述3个弯头均存在局部减薄现象，且减薄部位具有一定的特殊性。E1弯头减薄部位为西侧，E2弯头减薄部位从下端为西侧转移至上端为上侧偏南侧，E3弯头减薄部位由上侧偏南转移至南侧偏底面；且上述所有弯头的壁厚最薄点均位于焊缝附近的直管段，而非弯头最外侧。以E2弯头为例，现场检测的壁厚数据见表1，冲刷减薄实物示意图见图3。表1中的“东”表示周向方位。
表1 E2弯头现场检测壁厚数据mm
位置 壁厚
东 南 西 北
下直管段 10.3 8.4 6.4 9.4
弯管段 10.6 8.0 7.5 11.3
上直管段 10.5 6.7 8.5 10.9
图3 弯头冲刷减薄实物图
4 问题及分析
该管道介质为流速较大的天然气，最高流速达到9m/s，故在材质选择不当的时候容易产生冲刷减薄。但在初次厚度测定时，发现弯头外侧最弯处厚度并未明显减薄，而是在弯头两端直管段位置产生明显的减薄现象，而且只有直管段一侧减薄。在随后针对附近其他几个弯头进行全方位厚度测定后，也发现存在同类现象，这与一般的冲刷减薄不同。后来检验人员通过讨论分析，又在现场进行实地考察后发现，其可能引起冲刷的原因有以下2个：
（1）与管道弯头E1前端的一个大小头设置有关（见图2）。弯头E1前端设置了偏心大小头，其可能导致天然气由小管进入大管后大部分流体介质偏置冲刷，导致弯头E1直管段西侧存在冲刷减薄现象，而弯头E2下端直管仍存在西侧减薄，上端直管则转移至上方偏南侧。弯头E3直管段的减薄位置也基本与其一致。上述弯头局部减薄部位基本符合管内介质由于大小头偏置引起的大部分流体介质走向路线。
（2）针对弯头焊缝附近直管段比弯头最外侧减薄量大的现象，也在现场宏观检验中找到原因。上述弯头与直管连接的焊接接头存在严重的错边缺陷，最大错边量达5.0mm（管壁公称壁厚为9.53mm），在错边量最大位置，其壁厚减薄量也最大（最小实测壁厚为6.4mm）。根據文献可知，管道内流体流经环焊缝等局部不规则表面时会发生速度变化并形成紊流，并对不连续处产生附加的切向应力，且当环焊缝中存在错边、咬边等缺陷时，该现象更严重。该研究还表明，错边量越大，管内流体在流经焊缝区域时的径向速度和湍流动能也迅速增加，如图4、图5所示。表明流体对该处内壁表面径向的冲击作用越强，该区域的湍流程度越激烈，冲刷作用也越强。现场的实际测厚数据也直接验证了该结论。
由以上分析可以确定，该管道由于管内天然气流速较大，再加上偏心大小头的不合理设置，导致管内局部位置发生冲刷减薄现象；同时由于弯头与直管相连的焊缝位置存在严重的错边缺陷，导致管道内气体介质在该处的流动状态发生变化，产生湍流、紊流等现象，使得管内流体流经此区域时的径向速度和湍流动能迅速增大，从而使得弯头与直管段焊缝区域比弯头最外侧产生更严重的局部减薄现象。
5 改进措施
根据管道冲刷减薄已有的处理及预防措施，结合实际情况，采取了以下措施：
（1）对产生严重局部减薄的弯头进行更换。
（2）在采用焊接方法更换弯头的过程中，提高焊接接头的质量，减少错边等缺陷，保持管内流体介质良好的流动状态。
（3）对发生过明显减薄的管件加强在线检测，以便掌握冲刷减薄的速率，避免意外事故的发生。
通过采取以上处理及预防措施，该管线相关弯头至今未发生新的冲刷减薄现象，说明采用上述措施能够达到预期的效果。
6 结束语
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，确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]刘洪佳，田德永，吴广增.压力管道低温低应力工况判定方法及应用[J].山东化工. 2017（08）
[2]范佳倩.压力管道检测技术的应用[J].化工管理.2015（35）