带压开孔的老师傅告诉你厚壁管开孔补强

如果您是一位在有过电厂及核电站、工业锅炉、船舶及石油化工等行业工作经历的工程人员或者工程建设技术人员，那么对高压、中压等锅炉及所附属的中高压管道，其管壁较一般管道要厚很多。那么什么叫厚壁管呢？在这种管道上进行带压开孔要注意什么问题呢？下面就厚壁管及厚壁管的带压开孔作业作简要介绍：

1.厚壁管也称厚壁钢管，把钢管外径和壁厚之比小于20的钢管称为厚壁钢管。主要用做石油地质钻探管、石油化工用的裂化管、锅炉管等。管道的制造的方式为无缝管，采用热轧或冷拔工艺制成。

如果在带压开孔过程中，无法测量管道厚度，在图纸中未能明确标明，则应当通过管道传输介质，压力、工作环境中温度等资料与现场技术共同计算，在计算管道壁厚工作中，计算的过程是比较繁杂的，其结果也只能是推算。

钢管承压能力和壁厚的计算公式:

压力= (壁厚×2×钢管材质抗拉强度) / (外径*系数)

如果现场允许使用探测仪的情况下，使用探测的方法较为准确和直观。

2.带压开孔作业时，查看和测量厚壁管的腐蚀情况

厚壁管虽然表象壁厚，但在管道长时的运行后，其外部经高温、氧化、土壤、海水、大气等腐蚀介质相接触所引起的腐蚀现象。而管道内部由于受到酸性腐蚀、氯离子、微生物、应力及焊接腐蚀的现象，在带压开孔施工前的仔细观察和测量作业时，同样不可忽视。

例如，电厂锅炉水冷壁管的腐蚀、磨损原理十分复杂，主要与灰分和烟气颗粒的冲蚀、燃煤的含硫量和炉膛火焰温度有关。通常，锅炉运行过程中的炉温高于1 600℃ ，由于硫、硫化物及其他杂质的存在，锅炉水冷壁受到高温腐蚀的现象十分普遍。因为燃煤在燃烧过程中会产生碱金属盐、钒盐、二氧化硫、硫化氢、三氧化硫等多种物质，它们在高温作用下与构成水冷壁管的金属发生作用，对水冷壁进行动态腐蚀。

而这其中，导致锅炉及管道发生高度腐蚀的主要因素是因为硫化物的存在：

2.1在高温条件下，不可燃硫会生产硫酸盐混入灰分熔敷于水冷壁管表面，但是它却不具有水冷壁管在高温条件下拥有的良好机械性能。实质上，减薄了水冷壁管的可用壁厚，降低了水冷壁管的有效承载能力;

2.2由于燃煤燃烧产生的气体中含有硫化氢，硫化氢容易与水冷壁管金属发生作用，腐蚀管壁;

2.3燃煤燃烧气体中的含硫物在金属高温下产生单原子硫，水冷壁管中的铁与硫在高温作用下会生成硫化亚铁。

燃煤燃气中含有的灰分颗粒的运动速度可达到8 m/s，以这样的速度冲击管壁，长期积累造成管壁发生切削。水冷壁管的管壁在灰分颗粒的冲刷和烟气的腐蚀交替作用下不断减薄，这就是管理水冷壁管的腐蚀、磨损原理。

因此，厚壁管在带压开孔前进行有效地测量是带压开孔作业的前提。与此同时应与管道维护技术人员就管道腐蚀情况及管道承压要求进行带压开孔作业点位的确定。一般情况下，带压开孔作业后的管道不仅要保障正常压力下的介质输送，还要考虑新建管道系统对原管道的应力消除，保持管道安全平稳运行。

3.厚壁管带压开孔前管道补强

在厚壁钢管带压开孔设计中，管道上的三通支管连接是最常见的结构形式，支管连接方式的确定为管道设计重内容。常见的支管连接结构形式归纳起来有三类：

a.整体管件型。主管与支管通过三通管件连接；

b.加强管接头型。主管开孔，通过支管连接件与支管连接；

c.焊接支管三通型。主管开孔，支管三通直接焊接于主管。

从以上三种方案比较来看，焊接支管三通无疑是比较经济的，不仅可以省去较贵的三通等标准管件，又可减少管道施工的焊缝数量。

在厚壁管主管道进行带压开孔作业时，应当按照《先锋管道带压开孔流程》中规定的操作规程外，还应当考虑主管道压力较大、管道腐蚀的影响，再加上需要焊接支管，其连接的主管本体必须要进行开孔作业，从而使主管强度降低，其承压能力下降。当主管强度削弱达到某一值时，就应考虑焊接三通分支处的补问题。

按照管道环向应力与管材屈服强度比来计算是否需要补强及选择补强形式。环向应力计算公式如下：

δs=PD/2SO

从上述公式中，可以看出管材屈服强度的比值、支管外直径与主管外直径的比值来判断是否需要补强。

管道带压开孔焊接支管三通时的补强面积确定原则可以是等面积补强，即管道带压开孔后被切削掉的部分，应在补强作业中得到等面积补充或补强。这样做的目的虽不能消除应力集中的影响，但可以缓解应力集中的影响，降低应力集中区的应力水平。

支管剖面上所有的有效补强面积之和，不小于开孔所削弱的承压所需面积。计算公式为：

A2+A3+A4+A5≥A1

式中主管、支管的计算厚度及公称直径，名义厚度、腐蚀裕量，材料厚度负偏差可以算出以上所数值。如果补强时未加补强板，则A2+A3与A1做比较来判断是否需要补强。



在厚壁管进行带压开孔作业前，施工方案中应当将管道补强作业列为四项基础设计之一，其作用不容忽视，只有这样才能精确地计算出厚壁管在带压开孔作业密封程度和其安全性，保障带压开孔作业的顺利进行。

参考文献：

1. [1]刘增华, 颉小东, 吴斌,等. 基于连续小波变换的厚壁管道周向导波扫描成像试验研究[J]. 机械工程学报, 2013, 49(2):6.

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4.《先锋管道带压开孔流程》