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30年代，國外已經(jīng)開始對供熱管道直埋技術(shù)進行研究，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，隨著高分子有機合成材料技術(shù)的發(fā)展，北歐等地區(qū)的發(fā)達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殼，研制出預制直埋保溫管，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的直埋保溫管，對供熱管道進行直埋敷設(shè)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國目前在改建、擴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，并將其運用到施工中。由于缺乏理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗，且蒸汽管道直埋技術(shù)較為復雜，再加上我國該項技術(shù)起步晚、發(fā)展慢，保溫結(jié)構(gòu)形式在實踐中有許多問題有待改進和完善。

        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)滑動外固定、內(nèi)滑動內(nèi)固定和外滑動內(nèi)固定。

        2.1 內(nèi)滑動外固定

        所謂“內(nèi)滑動”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)生運動。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)導向架。一般固定支座采用鞍式（三通）支座，支座焊接在土建預埋件上。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)有足夠的強度來滿足管道產(chǎn)生的水平推力，同時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度應(yīng)滿足焊接固定支架時承受的水平推力要求。固定支架外加強環(huán)兩側(cè)均設(shè)置排潮管。內(nèi)滑動內(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 外滑動內(nèi)固定

        外滑動就是保溫材料與工作鋼管精密結(jié)合，捆綁成一個整體，在高溫工況下，保溫結(jié)構(gòu)和工作鋼管在熱膨脹時同時運動。外套管與保溫層之間留有10～20 mm的間隙，可以起到進一步的保溫作用，又為排潮提供良好的通道，同時也起到信號管的作用，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)置一組隔熱導向支架，以減少管道位移時的摩擦力。導向支架可采用滑動導向架，大管徑的導向支架也采用滾動支架。排潮管應(yīng)按外套管防腐要求進行安裝。安裝時，可根據(jù)現(xiàn)場實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)點和局限性。在設(shè)計選用時，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)滑動外固定工程造價低，但外護層密封性差、施工周期長，適合地下水位較低、土質(zhì)干燥的地區(qū)；內(nèi)滑動內(nèi)固定同樣工程造價較低，但外護層密封性能好、施工周期較短，使用地區(qū)較為廣泛；外滑動內(nèi)固定工程造價較高，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)及時維修。

        3 蒸汽直埋管道的熱補償

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，必須進行補償。一般補償方式有四種，即管道預熱拉伸、一次性補償、自然補償和采用補償器。國內(nèi)外許多設(shè)計都優(yōu)先考慮自然補償方式，實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，彎管部分塑性變形和一定量的彈性變形實現(xiàn)管道的自然補償?shù)摹?/span>

        蒸汽直埋管道的熱補償形式和架空管道的熱補償形式基本相同，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償。對蒸汽直埋管道進行熱力分析，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，首先應(yīng)考慮增強管系的自然補償能力。只有當自然補償不能滿足要求時，才考慮采用補償器補償。蒸汽管道與其他管道相比溫度較高，管道熱伸長量大，因此，選用的補償器應(yīng)具有足夠大的補償量和較小的剛度，同時也要保證補償器的制造質(zhì)量，確保蒸汽直埋管道的安全運行。蒸汽直埋管道一般選用波形補償器或?qū)ｉT為蒸汽直埋管道設(shè)計的補償器，不得使用有填料函的套筒式補償器。補償器和工作鋼管一樣，外套管全封閉。全直埋式波形補償器不需要另加外套管。當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，也應(yīng)采取補償措施。外滑動內(nèi)固定和內(nèi)滑動外固定蒸汽直埋管固定支架的推力計算方法與架空管道固定支架的計算方法基本相同。

        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償?shù)冗M行了探討，旨在進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)計到施工各環(huán)節(jié)的協(xié)同，在實踐中因地制宜地做出蒸汽管道直埋的實用精品工程，進而不斷提高我國蒸汽管道直埋技術(shù)水平。