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    温管道保冷结构传热的影响研究

    2018-11-14   来源:   点击数:24次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港发回的报道:不锈钢复合钢板供货困难,复层加基层的厚度均未超过25 mm,故这类设备的制造一直采用衬里或堆焊复合层等方法衬里工艺复杂,质量不稳定,结合率不高,生产效率低堆焊工艺极复杂,劳动强度大,生产效率低,因此成本高近年来,随着不锈钢复合钢板技术日益成熟,我公司己成功地将不锈钢复合钢板用于制造高压釜,掌握了不锈钢复合钢板的切割、冲压卷圆、焊接和热处理等制造工艺,笔者以M-A高压釜为例,着重阐述厚壁不锈钢复合钢板的焊接问题1材料要求M-A高压釜属于三类压力容器,其主要技术参数:设计压力12.5MPa,最高工作压力11MPa,设计温度300C,最高工作温度290°C,体积1.介质为苯胺、匚及筒体内径3800爪爪;主体材质基层为16皿打只,厚度50爪叫复层118见9(实际由321代替),厚度4mm对M-A高压釜用复合钢板质量有较严格的要求:①复层不得有疏松、裂纹、麻点和划痕等影响腐蚀性的外观缺陷,基层与复层贴合面应占总面积的95%以上,局部未贴合面积不得超过50mm2②力学性能符合GB8156- 87不锈钢复合钢板的规定。③对钢板逐张进行超声波探伤,按B 4730-94〈压力容器无损检测之8.3压力容器复合钢板超声检测级验收④复层按GB4334. 5-90〈不锈钢硫酸硫酸铜腐蚀试验方法做晶间腐蚀倾向试验合格。
      
      影响中图法分类号TE832.34;标志码A我国面临长期的能源问题,节能降耗任务十分关键。由于天然气处理装置低温单元与外部环境存在较大温差,设备及管道内天然气与外部空气存在120°C的传热温差,传热动力较大。高含硫天然气输送管道可能出现金属氢致开裂和硫化物应力开裂。由于氢的存在致使管道的断裂韧性及材料的物理、化学及机械性能下降,在运行中容易产生管道损伤现象,从而破坏管道的安全性,影响管道的使用寿命。酸气集输管道选用合适的碳钢管材经过相应的抗硫限定和试验,再配合缓蚀剂加注、腐蚀监测等措施是完全可行的。本工程采用抗硫碳钢管线(L360MCS)加缓蚀剂作为酸气集输管材。
      
      2高酸性输气管道焊接工艺抗硫管道除了满足力学性能以外,还必须通过标准液的抗氢致开裂和抗硫化物应力开裂试验。
      
      L360MCS高酸性输气管道焊接用材料及牌号:根焊焊丝标准号为AWSA5.18E70CMH4,牌号填充焊条标准号为AWSA5.1E7016,牌号为LB―管道焊接接头为V型,见,坡口角度60°。5°,钝边00.5mm破口间隙3.04.5mm管道应按规定的尺寸预制坡口,坡口加工采用机械普光气田是国内近几年开发的特大型高酸性气田HS及C2平均含量分别为11.95%和8.44%),普光气田地面产能建设集输管网工程包括站外集气管线酸气部分)和燃料气返输管线两部分,其中酸气集输管线总长度为36.88km,设计压力为11MPa,温度为60°C.胜利油田建设公司承建的普光气田地面集输工程第1标段,管径为1抗硫管材分析选定本工程中天然气组分中H2S含量为2.70%二氧化碳的天然气集输系统。从气体组分看,材料的腐蚀主要表现在H2S腐蚀并伴随CO2的弱酸腐蚀(可能存在氯离子和单质S)。
      
      H2S腐蚀主要表现为电化学反应过程中阴极析出氢原子,由于H2S的存在,阻止其结合成氢分子逸出,而进入钢中,导致氢脆及H2S环境开裂,其表现形式为硫化物应力开裂(SSC)和氢致开裂(HIC)等。
      
      C2腐蚀表现主要是天然气中C2溶于水生成碳酸而引起电化学腐蚀所致。C2溶入水后对钢铁有着极强的腐蚀性,在相同的pH值下,C2的总酸度比盐酸高,腐蚀也比盐酸重。
      
      影响H2S的腐蚀速率主要是其浓度、pH值、温度、流速以及组分中的氯离子。材料的强度和碳当量越高,越易产生SSC和HIC;材料的S、P含量越高及硬度尤其焊缝热影响区)越高,也越易产生SSC和HIC;材料的纯净度越低,即非金属夹杂越加工方法,严禁火焰切割;在管段上开孔、切割采用机械方法。
      
      管道组对前应彻底清除管内杂物,确保管端内、外表面50mm范围内无泥浆、油漆及油污等污物;在清理管道表面防腐层过程中,加热温度不宜焊接接头示意焊口预热采用电加热,预热温度为100 150C,预热时间为1h(采用便携式远红外测温仪或者温控箱对预热进行监控)。预热的范围为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍,且不小于100mm.测定温度需在加热面的背面进行测定。应先移开加热源,待母材厚度方向上温度均匀后测定温度,温度均匀化的时间按每25mm母材厚度需2min比例计。预热温度不应低于100C,并且不应超过焊接过程中的焊缝层间温度控制是此焊接工艺的重点之,焊接过程中最大层间温度不大于200C,层间温度测量位置为焊口3点及9点钟位置;焊接过程中的层间温度不应低于100C.层间温度的控制可以通过红外线测温仪和远传温控箱(带热电偶)等测量设备。
      
      焊接工艺中,焊后消氢处理是工序中的重中之重,直接影响着焊口氢致开裂和硫化物应力开裂。消氢处理的温度为250350C,恒温时间为2h.管道焊接完成以后,焊接接头应立即进行消氢处理,消氢前温度必须不小于100C.如果焊口完成2/3以上的焊缝,中途因其他因素被迫停止,必须在停止焊接后,立即进行消氢处理。没有按照焊接规程进行消氢处理的焊缝视作不合格焊口,应使用冷加工的方法将此焊缝割除。
      
      焊口经过无损检测合格后,方可进行热处理。
      
      中国钢管信息港发回的报道:热处理保温温度范围为621°C±10°C,保温时间为1h,且热处理升温速度为400C以上<200C/h,如果无损检测出焊口不合格,返修应该在焊后热处理前进行。返修前,应认真分析缺陷的性质和部位;使用砂轮等工具对缺陷进行彻底清除;对清理完成部分进行着色检验,检验合格后方可进行补焊,使用正式焊接工艺进行焊缝返修,返修焊缝必须一次焊接完成。返修焊接施焊前返修部位预热温度为150200C,返修焊接完成后必须立即进行300350C消氢处理,恒温为2h.同一部位焊缝的修补只能进行一次,焊缝根部严禁修补。
      
      3主要设备本工程选用HYD―600液压式管子切割坡口机,其主要性能及技术参数:HYD―600液压式现场管子切割坡口机由液压驱动,切削速度可调,适用于难切、厚壁管加工,可连续作业;功率为7.5kW;可调速范围为020r/min;加工范围为0450mm600mm,切割坡口壁厚为<25mm. 03/06焊接预热智能温控制仪、远红外陶瓷电加热器和LCD型履带式陶瓷电加热器。
      
      温控仪其控温精度为±0.1C,通用性强、操作简单,并配有自动温度记录仪。
      
      远红外陶瓷电加热器进行管道焊接过程中的预热、消氢及退火热处理,热利用率高,使用安全、操作方便。
      
      LCD型履带式陶瓷电加热器采用优质镍铬线缆作发光源,由高纯度氧化铝陶瓷绝缘体制成。
      
      通过对各种电焊机在施工中的尝试,最终选用了PipePro450RFC米勒管道焊机。该焊机(金属粉芯半自动下向焊的送丝机最大特点是其送丝机PipePro 12RCSuitCase可靠耐用,且适于复杂环境下的现场焊接施工,特别是在长输管道施工中会遇见各种不同类型的地形。
      
      4结语普光气田地面集输工程高酸性输气管道施工过程中,由于焊接工艺的特殊性和复杂性,国内没有成熟的经验可以借鉴。胜利油田建设公司作为高含硫酸性气田管道施工的开拓者之1,结合施工现场的实际情况,摸索出一套较为完整的焊接施工流程,大幅度提高了酸气管道焊接施工的质量。现场无损检测一次性合格率达到96%,提高了酸气管道焊接的施工效率,经济效益和社会效益显着,为今后施工类似高酸性输气管道工程提供了可借鉴的焊接工艺方法。而低温设备及管道保冷效果的好坏,直接影响到装置的能耗以及轻烃产量。通过现场调研发现,在分公司15套天然气处理装置低温设备及管道外表面,均不同程度的存在结冰现象,可见环境空气对其具有吸热作用,系统存在一定的冷量损失。
      
      孙丰海1从保冷材料的性能和经济等选用原则入手,重点介绍了-30 C以下的情况下选用泡玻璃和硬质聚氨酯复合保冷结构的优点,并结合实践经验,论述了在施工中常见保冷失效的主要原因。东北石油大学的吴国忠教授25根据管道热损失测试过程中存在的问题,进行了一系列研究,提出了测量过程中的热电偶标定原则、红外成像仪误差修正原理、管道传热评价模型。本文通过建立含水低温管道保冷结构传热模型,分析含水对低温管2012年1月12日收到第一:代勇(1975―),男,高级工程师,研究方向:天然气com.道保冷结构传热的影响,为今后低温装置及管道保冷相关改造提供科学依据。
      
      1含水低温管道保冷结构传热模型1.1物理模型以含水保冷结构的管道为分析对象,其结构的传热过程由外到内分别为流体与管道内壁的对流换热,管道内壁、保冷结构外表面的导热过程及与大气环境的对流和辐射传热过程。为便于计算,将模型简化为保冷材料内壁到外壁的导热过程及外壁与大气环境的对流换热过程。
      
      含水低温管道保冷结构物理模型1.2数学模型其边界条件为:外部环境温度,°C为对流换热系数,WKmK);为黑度;为黑体辐射常数,值为5.67x10-8W/(m2 K4);A为含水的保冷层材料在使用温度下的导热系数,WmK);A1为保冷层材料在使用温度下的导热系数,WmK);A2为水在使用温度下的导热系数,WKmK);X1,2分别为保冷材料、水的质量占含水的保冷结构总质量的比例;r.,r1分别为管道、圆筒形设备半径及保冷层半径,m. 2数值模拟2.1不同保冷厚度下含水对低温管道保冷结构传热的影响模拟条件:低温管道管径为DN200mm,保冷结构为单层,采用丁腈橡胶聚合物。管道导热系数为43Wmk),密度为7790kg/m3,比热容为470/(kg.K),介质温度为-60°C;管道保护层导热系数为81.1WmK),密度为7 870kg/m3,比热容为455/(kgK);保冷结构导热系数为保冷材料导热系数与水或冰的导热系数进行加权平均,分别对保冷厚度为25mm、75mm、100mm、150mm,含水为0、0.1、0.5、0.8的低温管道进行保冷结构传热数值模拟计算。
      
      由可知,同一管径及介质温度下,随着保冷结构中含水率的增大,热流密度变大,冷损失变大;同样,含水率相同时,随着保冷厚度的增大,热流密度减小,冷损失减小。国际上规定标准冷损为32W/m263,因此,当介质温度为-60°C,保冷厚度为150mm、100mm、75mm,含水率为0.1及保冷厚度为150mm,含水率为0.5时,保冷结构暂未失效。
      
      不同保冷厚度下的热流密度变化图不同介质温度下的热流密度变化图随着保冷厚度的降低及含水率的升高,保冷结构逐渐开始失效。
      
      2.2不同介质温度下含水对低温管道保冷结构传热的影响模拟条件:基本条件同2.1.取低温管道保冷厚度为100mm,分别对管道介质温度为-20°C、-60°C、-100°C、-200°C,保冷结构含水率为0、0.1、0.5和0.8时进行数值模拟计算,其热流密度变化如所示。
      
      由可知,在管径、保冷厚度及介质温度相同情况下,随着保冷结构中含水率的增大,热流密度变大,冷损失变大;同样的,含水率相同时,随着管道中介质温度的降低,热流密度变大,冷损失变大。管道介质温度在-20°C、-60°C、-100C,含水率为0.1及管道介质温度在-20C,含水率为0.5时,保冷结构暂时未失效。随着温度降低及含水率的升高,保冷结构逐渐开始失效。
      
      3结论(1)同一管径及介质温度下,随着保冷结构中含水率的增大,热流密度变大,冷损失变大;同样,含水率相同时,随着保冷厚度的增大,热流密度减小,冷损失减小。
      
      (2)在管径、保冷厚度及介质温度相同情况下,随着保冷结构中含水率的增大,热流密度变大,冷损失变大;同样的,含水率相同时,随着管道中介质温度的降低,热流密度变大,冷损失变大。中国钢管信息港发回的报道
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