直埋蒸汽管道

  1 蒸汽管道直埋技術(shù)發(fā)展概況

        早在20世紀(jì)30年代，國外已經(jīng)開始對供熱管道直埋技術(shù)進(jìn)行研究，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中。早期由于受技術(shù)和材料的限制，該技術(shù)僅適用于地下水位低、土質(zhì)干燥、無腐蝕等地區(qū)。后來，隨著高分子有機(jī)合成材料技術(shù)的發(fā)展，北歐等地區(qū)的發(fā)達(dá)國家采用聚氨酯塑料發(fā)泡作為保溫材料，并以高密度聚乙烯管作為外護(hù)殼，研制出預(yù)制直埋保溫管，使供熱管道直埋技術(shù)有了重大的突破。20世紀(jì)80年代初，我國在一些城市的熱網(wǎng)工程中*采用了從北歐國家引進(jìn)的直埋保溫管，對供熱管道進(jìn)行直埋敷設(shè)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國目前在改建、擴(kuò)建和新建等熱水管網(wǎng)工程中大多采用直埋敷設(shè)方式，經(jīng)濟(jì)效益明顯得到了提升。

        蒸汽管道由于輸送介質(zhì)溫度較高、管道熱位移大、熱應(yīng)變受力情況復(fù)雜，普通供熱管道直埋技術(shù)已經(jīng)無法滿足蒸汽直埋管道的結(jié)構(gòu)要求。從20世紀(jì)90年代初，我國就開始研制適合高溫蒸汽管道直埋敷設(shè)的保溫材料和保溫結(jié)構(gòu)形式，并將其運(yùn)用到施工中。由于缺乏理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，且蒸汽管道直埋技術(shù)較為復(fù)雜，再加上我國該項(xiàng)技術(shù)起步晚、發(fā)展慢，保溫結(jié)構(gòu)形式在實(shí)踐中有許多問題有待改進(jìn)和完善。

        2 保溫結(jié)構(gòu)形式

        目前蒸汽管道直埋敷設(shè)的保溫結(jié)構(gòu)形式一般可歸納為三種，即內(nèi)滑動(dòng)外固定、內(nèi)滑動(dòng)內(nèi)固定和外滑動(dòng)內(nèi)固定。

        2.1 內(nèi)滑動(dòng)外固定

        所謂“內(nèi)滑動(dòng)”就是工作鋼管與保溫結(jié)構(gòu)是分離的，工作鋼管受蒸汽高溫影響，產(chǎn)生熱膨脹并發(fā)生位移，而保溫結(jié)構(gòu)層與外套管成為一體，不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。鋼管外表面有4～7 mm的潤滑層，保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)層為耐高溫硬質(zhì)微孔硅酸鈣或硅酸鎂瓦塊隔熱層，外層用聚氨酯泡沫塑料作為保溫層，外保護(hù)層根據(jù)保溫層外徑大小采用不同規(guī)格的成品焊接鋼管作為外套管，也可以采用鋼板卷焊鋼管，卷焊的外套鋼管焊縫需進(jìn)行100%的射線探傷。

        該結(jié)構(gòu)的固定基礎(chǔ)一般采用鋼筋混凝土制作，不設(shè)導(dǎo)向架。一般固定支座采用鞍式（三通）支座，支座焊接在土建預(yù)埋件上。保溫層應(yīng)設(shè)置排潮管，排潮管上鉆有排潮孔，鉆孔部位需插入保溫結(jié)構(gòu)并接觸工作鋼管。排潮管伸出地面高度應(yīng)≥500 mm，并設(shè)置回彎，設(shè)置的位置應(yīng)盡量靠近混凝土固定墩。

   直埋蒸汽管道

     2.2 內(nèi)滑動(dòng)內(nèi)固定

        內(nèi)固定就是在固定端處將工作鋼管固定在外套管上，無需用鋼筋混凝土固定。固定端應(yīng)有足夠的強(qiáng)度來滿足管道產(chǎn)生的水平推力，同時(shí)還需采取隔熱措施來減少熱橋效應(yīng)。外套管采用的鋼管壁厚和強(qiáng)度應(yīng)滿足焊接固定支架時(shí)承受的水平推力要求。固定支架外加強(qiáng)環(huán)兩側(cè)均設(shè)置排潮管。內(nèi)滑動(dòng)內(nèi)固定防腐保溫結(jié)構(gòu)主要由工作鋼管、耐高溫防銹底漆、潤滑層、硬質(zhì)隔熱層、鋁箔反射膜、聚胺酯保溫層、外套管和外防腐層組成。

        2.3 外滑動(dòng)內(nèi)固定

        外滑動(dòng)就是保溫材料與工作鋼管精密結(jié)合，捆綁成一個(gè)整體，在高溫工況下，保溫結(jié)構(gòu)和工作鋼管在熱膨脹時(shí)同時(shí)運(yùn)動(dòng)。外套管與保溫層之間留有10～20 mm的間隙，可以起到進(jìn)一步的保溫作用，又為排潮提供良好的通道，同時(shí)也起到信號(hào)管的作用，使排潮管的設(shè)置不受管線位置的限制。工作鋼管與外套管之間每隔一段距離設(shè)置一組隔熱導(dǎo)向支架，以減少管道位移時(shí)的摩擦力。導(dǎo)向支架可采用滑動(dòng)導(dǎo)向架，大管徑的導(dǎo)向支架也采用滾動(dòng)支架。排潮管應(yīng)按外套管防腐要求進(jìn)行安裝。安裝時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定安裝位置，排潮口處應(yīng)有安全提示牌。排潮管直徑DN一般為25～50 mm。

        上述三種蒸汽管道直埋保溫結(jié)構(gòu)形式，各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。在設(shè)計(jì)選用時(shí)，應(yīng)綜合考慮投資效益、工期長短、使用地區(qū)土質(zhì)情況、地下水位高低和使用壽命等因素。內(nèi)滑動(dòng)外固定工程造價(jià)低，但外護(hù)層密封性差、施工周期長，適合地下水位較低、土質(zhì)干燥的地區(qū)；內(nèi)滑動(dòng)內(nèi)固定同樣工程造價(jià)較低，但外護(hù)層密封性能好、施工周期較短，使用地區(qū)較為廣泛；外滑動(dòng)內(nèi)固定工程造價(jià)較高，但密封性好、施工周期短，適用于地下水位較高的地區(qū)，但是支架產(chǎn)生的熱較多，因此影響外套管的防腐質(zhì)量，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題應(yīng)及時(shí)維修。

        3 蒸汽直埋管道的熱補(bǔ)償

蒸汽直埋管道在溫度作用下，熱脹冷縮，產(chǎn)生應(yīng)力，容易危及安全，必須進(jìn)行補(bǔ)償。一般補(bǔ)償方式有四種，即管道預(yù)熱拉伸、一次性補(bǔ)償、自然補(bǔ)償和采用補(bǔ)償器。國內(nèi)外許多設(shè)計(jì)都優(yōu)先考慮自然補(bǔ)償方式，實(shí)踐也證明此方式安全、可靠。蒸汽直埋管道正是在溫度變化時(shí)，彎管部分塑性變形和一定量的彈性變形實(shí)現(xiàn)管道的自然補(bǔ)償?shù)摹?/span>

        蒸汽直埋管道的熱補(bǔ)償形式和架空管道的熱補(bǔ)償形式基本相同，直埋管道的平面布置和走向首先應(yīng)充分考慮管道本身的自然補(bǔ)償。對蒸汽直埋管道進(jìn)行熱力分析，如果管系或局部柔性不足，產(chǎn)生的熱應(yīng)力過大，對固定支座的推力超過推力演算允許值時(shí)，首先應(yīng)考慮增強(qiáng)管系的自然補(bǔ)償能力。只有當(dāng)自然補(bǔ)償不能滿足要求時(shí)，才考慮采用補(bǔ)償器補(bǔ)償。蒸汽管道與其他管道相比溫度較高，管道熱伸長量大，因此，選用的補(bǔ)償器應(yīng)具有足夠大的補(bǔ)償量和較小的剛度，同時(shí)也要保證補(bǔ)償器的制造質(zhì)量，確保蒸汽直埋管道的安全運(yùn)行。蒸汽直埋管道一般選用波形補(bǔ)償器或?qū)ｉT為蒸汽直埋管道設(shè)計(jì)的補(bǔ)償器，不得使用有填料函的套筒式補(bǔ)償器。補(bǔ)償器和工作鋼管一樣，外套管全封閉。全直埋式波形補(bǔ)償器不需要另加外套管。當(dāng)外套管表面溫度超過50 ℃，且直管段較長，外套管具有一定的熱伸長量時(shí)，也應(yīng)采取補(bǔ)償措施。外滑動(dòng)內(nèi)固定和內(nèi)滑動(dòng)外固定蒸汽直埋管固定支架的推力計(jì)算方法與架空管道固定支架的計(jì)算方法基本相同。

        4 結(jié)束語

        以上對蒸汽管道直埋技術(shù)的發(fā)展概況、三種結(jié)構(gòu)形式和防腐保溫結(jié)構(gòu)、蒸汽直埋管道的熱補(bǔ)償?shù)冗M(jìn)行了探討，旨在進(jìn)一步確立蒸汽管道直埋技術(shù)的相關(guān)要求，有助于更好地完善從設(shè)計(jì)到施工各環(huán)節(jié)的協(xié)同，在實(shí)踐中因地制宜地做出蒸汽管道直埋的實(shí)用精品工程，進(jìn)而不斷提高我國蒸汽管道直埋技術(shù)水平。