1. 引言
随着新材料、新工艺的不断发展，化工行业的规模也在不断扩大。其中，为了保证管道及设备的安全使用，工业蒸汽管道在正式投用之前，必须进行管道吹扫。管道吹扫的原理是利用蒸汽压力产生高速气流的冲刷力，将附着在管路内的杂质冲走。利用不同物质热膨胀系数的差异，降低腐蚀产物与管道表面的结合强度，使这些杂质在高温气流的冲刷下，从管道内壁剥落下来，排除管外[1] 。虽然对蒸汽管道吹扫有明确的规范阐述，但大多数是比较笼统的。本文结合笔者的实际工作经验，对蒸汽管道吹扫工作关注的焦点问题做系统阐述及分析，为蒸汽管道吹扫工作提供理论及实际操作指导。
2. 蒸汽管道吹扫前的准备
蒸汽管道吹扫前的准备工作主要是为了满足吹扫前应具备的条件。这项工作可以大体分为三个阶段：检查、处理及复查。检查的内容包括：1) 蒸汽管道的安装情况，其中，重点检查管道安装是否符合设计图纸及施工验收规范质量要求。如：仪表原件是否安装完成，尽量不要在吹扫完成之后对管道再进行焊接、开孔等工作；固定支架、导向支架、滑动支架及管托是否按照图纸制作、安装；管道的排气、疏水导淋装置是否已完善；管道的试压、绝热工作是否已完成等。2) 统计蒸汽管线上流量计、开关阀、调节阀等的数量，确保这些阀门及仪表不能连带吹扫。处理的内容包括：1) 施工人员需拆除蒸汽管线上流量计、开关阀、调节阀等管件。2) 制作拆除的蒸汽管线上流量计、开关阀、调节阀等的临时短管，为保证吹扫质量，临时短管的口径尽量控制在原管径的80%以上。3) 制作临时吹扫口，为保证安全，尽量将吹扫口引至空旷地带。4) 制作临时吹扫靶板，根据规范要求，靶板的宽度控制在吹扫口口径的8%左右[2] 。复查的内容包括对前期的检查及处理的问题，在吹扫前做最终确认，确保满足吹扫条件。
3. 蒸汽管道吹扫程序
由于蒸汽管道较长且分支较多，在对每个吹扫口进行吹扫前必须充分暖管和预吹扫：
1) 将要吹扫的蒸汽管线上的所有导淋阀打开，缓慢打开主蒸汽总管上的阀门，先通入小压力、小流量的蒸汽，缓慢提升管道温度，使管道平缓地进行膨胀，防止突然升温造成局部应力过大破坏管道。同时，从蒸汽主管线开始，依次检查管线上所有的导淋，确保凝结水能够顺利排出，并检查管道的支吊架及膨胀情况，发现异常情况及时向调度室人员报告，并做停汽处理。
2) 若无问题，继续缓慢开大进入界区总阀，提高吹扫蒸汽的压力和流量，直到完全打开阀门进行正常连续吹扫。
3) 吹扫主管时，需要关闭所有分支管线上的根部阀或在支管上法兰处加盲板；吹扫一根支管时隔离其他支管(同时吹扫的除外)；每根支管吹扫完成后，需先关闭管线上的切断阀或加盲板与其他管道隔离后，再进行下一个吹扫口的吹扫。
4) 利用图号
、
表示吹扫流程的先后顺序，1表示第1个吹扫排放口，2表示第2个吹扫排放口等等，依此类推。
、
中的1、2分别表示主管所分的支管吹扫先后顺序等，依次类推。右面的a、b表示两个相同系列。
4. 蒸汽管道吹扫重要参数
根据《GB50235-2010工业金属管道工程施工规范》要求，蒸汽吹扫流速不低于30 m/s，目的在于保证蒸汽流体的冲刷力大于杂物对于管道内壁的附着力。在确定蒸汽吹扫汽源的情况下，由公式(1) (2)可得蒸汽吹扫流速：
(1)
(2)
式中：
：吹扫蒸汽流速，m/s；
：吹扫蒸汽体积流量，m3/s；
：吹扫蒸汽质量流量，Kg/s；
：吹扫蒸汽比容，m3/Kg；
：吹扫蒸汽管道公称面积，m2。
根据动量定律可得，蒸汽流体的冲刷力不仅与蒸汽流速有关，还与蒸汽流体的流量有关[3] 。工业上，为保证吹扫效果，吹扫蒸汽与额定工况蒸汽的动量之比大于1.0 [4] 。
(3)
(4)
根据以上公式可得蒸汽吹管系数：
(5)
式中：
：吹扫蒸汽动量，Kgm/s2；
：额定负荷蒸汽动量，Kgm/s2；
：额定负荷蒸汽质量流量，Kg/s；
：额定负荷蒸汽比容，m3/Kg；
：吹管系数。
吹扫过程中，由于吹扫蒸汽都是直接排向大气，且吹扫时间较长，造成大量的蒸汽损耗。在满足不同压力等级管道流速要求：高压蒸汽管道吹扫流速v ≥ 60 m/s；中压蒸汽管道吹扫流速v ≥ 40 m/s；低压蒸汽管道吹扫流速v ≥ 30 m/s [5] 的情况下，根据公式(3)、(4)，通过给定的蒸汽吹扫汽源条件，可以反推蒸汽吹扫需要的流量。
5. 案例分析
以硫酸项目中压蒸汽管道吹扫为例，对装置内蒸汽管道吹扫所需要的蒸汽量、吹扫流速以及吹管系数进行计算分析。
正常生产条件下，所使用的蒸汽参数见表1所示。
根据上述公式，选取4个压力及温度点，分析蒸汽量对蒸汽吹管系数及蒸汽吹扫流速的关系，如图1所示。
Table 1. The steam parameter of production
表1. 生产蒸汽参数
Figure 1. The relationship between the steam flow and purging velocity& scavenging coefficient
图1. 蒸汽流量与吹扫流速、吹管系数的关系
结果分析：
①从图1中可以看出，当提供的吹扫蒸汽量一定时，蒸汽吹扫流速、吹管系数与汽源蒸汽压力成反比。
②从图1中可知，当汽源条件一定时，增加吹扫蒸汽量，蒸汽吹扫流速、吹管系数都有明显的提高。
③在图1中，吹管系数相对于蒸汽吹扫流速更容易实现规范值，因此，在实际的吹扫过程中，根据工况可灵活调节蒸汽汽源条件。鉴于部分设备对蒸汽吹管系数有明确要求的，需满足吹管系数要求。
6. 结论
1) 本文根据笔者的实际工作经验及规范要求，全面的阐述了蒸汽管道吹扫的整个过程，为实际蒸汽管道吹扫的实施，提供一定的操作指导。
2) 在对硫酸装置工序蒸汽管道吹扫案例分析中，当吹扫蒸汽量一定时，吹扫流速、吹管系数与吹扫蒸汽压力成反比，吹管系数相对于吹扫流速更易满足规范要求。从而可得，当吹扫汽源不足的情况下，可选择降压吹扫，以打靶合格为准的方式进行蒸汽管道吹扫。