直埋蒸汽保溫管工程的設計

1、 直埋蒸汽保溫管工程的設計：
在上述設計基本原則的構思指導下，管系的整體設計過程是在管網水力計算、強度驗算后， 根據管網的路由走向，結合工程的實際狀況和特定的外界條件，合理地設置管道的熱補償及 所有管件。 3.1、 將管網合理地劃分成若干個封閉的保溫管段
因為復合預制保溫管道的結構是管道與保溫層之間是有位移空隙的，管網在運行時一但某一 點發生蒸汽管道泄漏或外防護層破損外漏，則熱媒蒸汽或地下水受熱汽化就會通過管道與 保溫層之間的這一“通道”遍布整個管網，嚴重時會使整個管網遭受損失。將管網分成若干 個封閉的保溫管段，就能夠縮小事故的影響段，便于查找事故點。因此我們在工程設計中， 根據現場的具體條件，將每一對固定墩之間及主干線與支線之間都設計成封閉的保溫管段。

2、 直埋蒸汽保溫管管網熱補償的設計：
如前所述，由于受管道保溫結構的限制，管網直管段的補償器只能采用直埋式軸向型的。按 照通常做法，軸向型波紋補償器都布置在固定支架旁以防止其軸向失穩，但筆者認為，這種 布置方法對波紋補償器的每個波節吸收位移的工作受力傳遞不均，發揮的補償能力不充分。 我們認為解決補償器軸向失穩問題除與其布置位置有關外，更主要的是取決于補償器自身的 性能和質量。因此，我們在設計時，一定要選擇自導向性能好、抗失穩能力強的補償器；而 對于補償器的布置則要根據工程的實際情況靈活運用，根據管系的分段長度及具體條件可布 置在兩固定墩*或之間的任意位置，這樣既能躲避復雜的地下障礙的影響，又能滿足管段 的補償要求。但要注意，補償器不要布置在彎頭或折點旁。實踐證明這種設計方法是可靠的 。
補償器的保溫結構一定要滿足強度及溫度控制要求，同時，補償器的保溫結構應不影響補償 器的自身性能及正常工作。
3、 直埋蒸汽保溫管合理布置管網的疏水點
由于蒸汽管網運行負荷不穩定，甚至經常會有零負荷狀態，在這一時間段內管網的凝結水很 多，如不及時排出就會發生水擊，嚴重時會對管網造成破壞。因此，合理設置疏水點是管網 安全運行的保證。我們在設計時對疏水點的布置考慮了以下幾點：(a)沿管網汽源方向并根 據管網的路由高程將管網做成有坡度設計，順流疏水。(b)在地下障礙多，管道敷設呈縱 向 起伏的管段，采用多低點疏水；當逆流疏水時，盡量加大管道坡度。(c)我們目前使用的疏 水節 的結構是在管道底部設集水罐，由集水罐引出疏水管。由于管道運行時存在反復熱位移，會 對疏水管根部的焊口產生剪切力造成破壞，為了避免這種情況發生， 我們設計時將疏水節設在固定節旁，或要求保溫管生產廠家將疏水節和固定節做為一體。
為了管網運行維護安全，操作方便，我們在設計中，*采用了背壓疏水的方式，不管管道 埋深多少，疏水井均設在地下0.5至0.8米深的位置，每個疏水點均設自動疏水器和啟動疏放 水旁路閥，并在設計說明中對啟動運行的疏放水操作提出明確要求。實際運行證明這種疏水 方式是安全可靠的。

4 合理地設計管道的埋深
直埋蒸汽保溫管的埋深是決定管道外表面溫度的條件之一，因為土壤的導熱系數不僅與土壤的 種類、化學成分、含水量有關，還與土壤的埋設深度有關，實驗證明，隨著埋深的增加，土 壤 的導熱系數降低，因此，管道埋得過深會使管道的外表面溫度升高。我們在設計時，在保證 管道不被地上荷載破壞，即滿足強度要求的前提下，應盡量淺埋，筆者認為，在地下條件允 許的地方，管道的埋深以0.8～1.0米為宜。
5、 直埋蒸汽保溫管固定墩的設計及鋼外套管的應力計算：
直埋蒸汽保溫管與直埋熱水管道的固定節的受力結構基本相同，即在管道上焊接固定環板。但 直埋蒸汽管道的固定節存在的問題是環板溫度很高，并且由于熱橋的作用，環板兩側管道的 外表面溫度也很高，因此，即使是聚乙烯外套的預制復合保溫管，其固定節處的外保護套也 不能直接使用聚乙烯，國內目前多采用的做法是在固定節處采用鋼外套 ，并增加固定節的長度以保證管道和固定節的接口部分的外表面溫度不超過設計要求，這就 使管網出現了鋼塑接口問題，這一問題目前仍沒有令人十分滿意的處理方法。對于鋼外套的 預制復合保溫管，固定節處的鋼外套的防腐應考慮到耐高溫問題。直埋蒸汽管道固定墩的土 建設計要采用耐熱混凝土。

對于鋼外套的預制復合保溫管，設計時還要考慮鋼外套管的應力分布。直埋蒸汽管道的外表 面設計溫度一般是50℃，按照直埋熱水管道的設計原理，這一溫度對直管段產生的熱應力完 全不必進行驗算，但對于彎頭、折點、三通等應力集中點就需要進行安定性分析及驗算。筆 者在設計時，對鋼外套管系是按照直埋熱水管道的設計方法來處理的。
對固定墩的推力計算，除應考慮固定墩兩側管道補償器的彈性反力、不平衡內壓力及管道的 摩 擦力外，對鋼外套的預制復合保溫管還應考慮鋼外套管對固定墩的推力。例如，按照外表面 溫度較高50℃計算，當工作鋼管直徑為DN350、外保護套管直徑力DN700時，采用鋼外套管的 固定墩的推力比塑套管的固定墩推力大可提高10倍。雖然采用在鋼外套管上設補償器的方 法可以減小固定墩的推力，但由于外補償器的防腐問題目前還沒有十分可靠的方法，從而不 能 保證管網的使用壽命。為了解決上述問題，對固定墩的設計我們利用相對固定的概念，采用 內固定的方法，即將固定環板焊接在工作鋼管與鋼外套管之間的方式。鋼外套管對于工作鋼 管視為 固定參照物，其內固定節強度結構只考慮工作鋼管的推力Fj即可。對鋼外套管來說，Fj僅為 它的內平衡力，復合保溫管的整體的穩定由土壤作用在鋼外套管上的被動土壓力來滿足平衡 。在小白樓蒸汽管道改造工程中，我們采用了全部內固定的方式，解決了因地下條件惡劣而 無法做固定墩的難題，既縮短了施工周期，又降低了工程造價。

6、 管件的設置：

6.1、 彎頭
起自然補償作用的彎頭將產生軸向及徑向位移，為了保證管道在彎頭處的熱位移不受約束， 并使預制復合保溫彎頭的保溫結構不被擠壞，必須在工作彎頭與保溫層間留有位移空間。德 國布魯格公司將保溫彎頭做成轉角處凸出的“大肚”型結構，以適應彎頭變形位移量的要求 。目前國內的普遍做法是彎頭處填充松軟的保溫材料。我們在工程設計中，應就自然補償管 段的熱補償量問題同保溫管生產廠家交換意見并達成一致，以使彎頭處的保溫結構既能夠 大限度地吸收管道的熱位移，又能保證其結構不被破壞。

6.2、合理設置排潮管：
我們在工程設計中，每段封閉的保溫管段之間均設一至二個排潮管，排潮管應引到地面以上 ，行人、車輛無障礙的安全地方，排潮管口要向下彎，以避免雨雪由排潮口進入管道的保溫 層。

6.3、直埋蒸汽保溫管三通、大小頭、閥門等的設置：
對于容易產生應力集中的管件，我們在工程設計中遵循的原則是通過分析管系的應力分布狀 況，盡量布置在軸向、徑向位移量小的地方，右靠近固定墩布置。必要時向廠家提出加強管 件強度措施的要求。在選擇閥門時，注意考慮閥門承受內壓及軸向力的能力。此外，管件與 管 道、管道與管道的連接處的保溫及密封處理要做到連續、嚴密。直埋蒸汽管道工程是一項系 統工程，這一點已為業內人士所共識。從管網的設計到管道的 制造、安裝及管網的啟動運行，每個環節都直接影響著工程的成敗。而一項好的設計可以使 產品的性能得以充分發揮，可以大限度地減少施工中的困難，可以降低工程造價。因此， 我們的設計一定要做到嚴謹合理，為工程的成功提供可靠的前提保證。