刍议高温直埋蒸汽管道设计

摘要：本文针对高温直埋蒸汽管道设计展开探讨，希望对工程施工有所贡献。

关键词：高温直埋；蒸汽管道；设计Abstract: This paper discusses buried steam pipe designed for high temperature, to contribute to the construction.Keywords: high temperature direct burial; steam pipes; design

中图分类号：D922.66 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

前言：

在当前的城市规划建设中，高温蒸汽管道直埋比架空敷设或地沟埋置具有更多优点，例如施工周期较短、土建与建材费用得以大量减少、较低的造价成本、良好的保温效果、低度的热损耗、较长的使用寿命和相对低廉的维护费用等等，为社会带来多方面的效益，因而高温蒸汽管道直埋敷设作业在工程建设中得到广泛应用。笔者结合实际，将在文中针对高温直埋蒸汽管道设计展开探讨，希望对同行有所帮助。

1.高温蒸汽管道直埋的设计思路

高温蒸汽管道直埋与热水管道直埋均具有明显优越性，但两者在管道保温结构和管网运行参数方面有明显差异。与热水管道直埋设计不同，在直埋蒸汽管道设计中，其管系整体的热应力必须得到有效释放，即必须产生有效的热位移；同时，就温差数值的比较来讲，高温蒸汽管道远远高于热水管道，且随着温度的升高，其钢材线膨胀系数也随之有一定程度的增大，因此在长度相同的情况下，与130℃的热水管道相比，300℃高温蒸汽管道的热伸长量为前者的一倍还要多。同时限于补偿器的补偿能力差异，与直埋热水管相比，直埋蒸汽管道固定墩的间距要小得多；而在保温结构方面，直埋蒸汽水管道具有较大的补偿量，工作钢管与保温材料外壳间不再是一个整体，而需要成为脱开式的管中管运动。因而直埋热水管道的设计理念和方法对于高温蒸汽管道直埋设计并不适用。所以，在设计高温蒸汽管道直埋作业过程中，设计方参考了架空管道和地沟埋置方法，但又存在明显的区别。与架空管道和地沟埋置的管道敷设作业不同，高温蒸汽管道直埋方式下的保温结构对于管道补偿方式和管道出现热膨胀效应的限制有影响作用。与此同时，管道失稳的条件决定了架空管道和地沟埋置两个固定点间的长度值，补偿器所具有的补偿能力和管径的大小也影响到此数值；而对于蒸汽管道直埋来说，其两个固定点之间长度的最大值受到管道保温结构和补偿器所具备的的补偿能力两者同时的约束和限制。比如说，弯头或直管段的径向位移空间受到了保温结构的限制，设计时需要局部特殊处理（做地沟或采用球型补偿器）。但在设计方法方面，蒸汽管道的架空敷设或地沟埋置与直埋作业是一致的，均采用了弹性分析法。

2.蒸汽管道直埋工程设计关键环节——预制复合保温管道的合理选择

在蒸汽管道直埋工程设计过程中，首先应从工程实际情况出发，遵循科学合理的原则选择复合保温管，并依据工程特性和设计参数要求对其材料、性能和保温结构进行确认，同时结合管网布置状况，就管系和管件特殊性明确向生产方提出详细要求。

2.1保温层内应充分保证管道的滑动性

处于工作状态下的管道会受到温度的变化影响，发生热胀冷缩效应，进而产生直管段上的轴向位移，。此时应控制保温层与管道之间滑动摩擦度，其摩擦系数应保持在一个较低值，以减少固定墩所承受的管道推力以及保证管系热应力的充分释放。在实际的工程应用中，应将减阻层设置在保温层和管道之间，保温层与管道外壁的摩擦系数能够通过隔阻效果较好的隔阻层得以降低至0.3以下。

2.2保温材料的优良性质

由于蒸汽管道中通过的介质都具有较高温度，以本厂出厂蒸汽为例，其温度为300℃，因而对保温材料的选择与结构性能提出了诸多特殊要求，例如节点端面保温设计中的技巧以及相应的施工技术、外护管的严密和整体性等，其实质均为保温结构和材料的防水性能问题。在直埋蒸汽管道敷设过程中，保温问题是其出现故障的主要原因。一旦保温方面发生问题，会导致地下水被加热至沸腾状态，进而导致保温材料大范围遭到破坏，使其导热系数快速升高，结构的整体保温性能因而失效，基于此，设计方应选取耐煮沸的保温结构和保温材料。在当前直埋高温蒸汽管道敷设作业中，其工程的可靠性与安全性均受到材料防水、保温和耐煮沸性能的关键性影响。在蒸汽管道直埋敷设设计过程中，应从良好的整体性、较低的吸水率、较小的材料导热系数、特殊环境下高性能稳定度、足够的管道结构机械强度和具有优良可靠承内压、外载以及防腐性能的外保护套等方面予以充分考虑，进行保温结构和保温材料的甄选。以碳酸钙制品为代表的无机保温材料具有较高的耐温性能（600℃），同时具有较大的抗压强度，通常用于内层的保温；而改性聚氨酯具有良好的整体性、较低的吸水率和较小的导热系数，但耐温性能较差（≤150℃），因而在实际工程应用中对两者的优缺点充分予以考虑并有机结合，将微孔硅酸钙错缝包裹在保温预制管的内层钢管上，取以耐温性能较好的保温材料充入两者缝隙间，使热损失得以有效减少；选用聚氨酯作为外层保温材料，将聚氨酯优异的保温性能充分利用，使外套表层温度适中并控制在50℃，进而使防护层得到保护，管道整体的使用寿命得到有效增加。

2.3应具有排潮装置

在制作过程中，复合预制管有其特定的烘干工序，但仍会由于各种原因在成品中不可避免地出现水分残留，同时还有外部水分会渗入保温结构体内部。在管道运行过程中，此类残留或渗入的水分会受到管道内蒸汽温度的影响而升华为蒸汽，若不将其排出而长时间存留在保温层，会导致保温层压力和温度升高，甚至使保温层结构受到破坏。因而，要保证供热管道正常运行，应保证在供热期间将管道内多余的水分及时排出。在实际的工程应用中应设置具有良好排潮效果的装置，可在工作钢管上做环状透气管，并与无位移量的固定支座相焊接，上部为直管，我们把它放入检查井里，同时应使直管顶部弯曲，以防雨水侵入，在无机隔热层内的直管部分也应有均匀分布的排气孔。在直管上部应设置控制排潮所用阀门，取相应厚度的无机保温材料将排潮管环而裹之。同时在外部设置同等厚度的有机保温层，并将其与直管段密封散热钢板直接发泡在一起，然后再做外护层与主管外护层胶合为一体。

3.结语

总的来说，在直埋高温蒸汽管道设计中，应全面、充分考虑设计的各方面因素，给出最佳的设计方案，并合理选材，保证工程的顺利开展，并在投入运行后各项参数保持正常水平，为人们生产和生活提供有力的支持。

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