直埋蒸汽管道在工程中的应用

 当前直埋蒸汽管道在国内很多工程设计中已有较多的应用，这主要是因为直埋蒸汽管道技术的日趋成熟，应用市场的广泛和它与传统的架空敷设或地沟敷设相比具有多方面的社会与经济优势。下面就直埋蒸汽管道设计谈一点体会： 

　　1、直埋蒸汽管道的设计与计算 

　　1.1 直埋蒸汽管道结构的选择 

　　目前，直埋管道的结构形式有很多，其中主要有以下几种: 

　　① 工作钢管+软质保温层+外护钢管+防腐层； 

　　② 工作钢管+软质保温层+外护钢管+聚氨酯保温层+缠绕玻璃钢夹克； 

　　③ 工作钢管+软质保温层+铝箔反射层+空气隔热层+外护钢管+防腐层； 

　　④ 工作钢管+硬质保温层+聚氨酯保温层+缠绕玻璃钢夹克。 

　　直埋管道结构形式的选择主要依据输送介质的设计参数和当地的实际条件,如:土壤条件、地下水位条件等，对管网的安全运行和工程造价也必须给予足够的重视。在兖矿甲醇项目厂前区部分直埋蒸汽管道的设计中，我们采用了外护钢管的结构形式，这主要考虑到输送的蒸汽温度较高，非外护钢管形式不能满足设计要求。我们采用的外护钢管直埋蒸汽管道的结构形式是：工作钢管+软质保温层十铝箔反射层+空气隔热层+外护钢管+防腐层。此结构的优点为钢外壳具有整体连续性，强度高，密封性能好，一般不需要混凝土固定墩，施工周期短，占地面积小，适于浅埋。缺点为外护钢管防腐要求较高，接口施工工艺较复杂。 

　　1.2 管道及附件的布置 

　　蒸汽直埋管道是由内固定节或全固定节分割成段，每两个固定节之间的管段为一膨胀单元，其长度由应力计算及补偿器最大补偿能力确定，每一膨胀单元设一个内补偿器，用以吸收膨胀量。 

　　(1)全固定节或外固定节：一般设置在管道起点、终点及限制内外管或外管弯头变形处，与弯头的距离应依据弯头应力计算确定，需设混凝土固定墩使其固定。 

　　(2)加强型内固定节：承受推力较大，一般设置在限制内管弯头变形处，与弯头的距离应依据弯头应力计算确定，一般设置在弯头附近较好。 

　　(3)普通型内固定节：承受推力较小，为分割内管控制热伸长用，一般设置在内管两补偿器中间推力可以相互抵消处。 

　　(4)内补偿器：为吸收内管热伸长用，一般设置在加强型内固定节一侧或普通型内固定节两侧，设置数量或间距与工作钢管工作参数有关，应依据管道应力计算及补偿器最大补偿能力确定。 

　　(5)外补偿器：为吸收外护钢管热伸长用，根据设计需要可设置也可不设，如果采用一般是设置在全固定节或外固定节处。因外护钢管温度变化较小，设置数量很少。本工程不设外补偿器。 

　　(6)疏水节：管道变坡低点及上下翻低点，收集凝结水用。需另设疏水阀，疏水阀井设置在管道附近,排出口引至附近排水沟等处。 

　　(7)排潮管：排潮管是用于排出保温层中的潮气,由厂家预制生产，公称管径50 mm，一般约200m 设一个，地下水位较高时适当缩短距离，并应保证波纹补偿器、固定节排气畅通,排潮口引至地面以上隐蔽处并弧形下翻。 

　　1.3 外护钢管 

　　外护钢管与热水直埋管道同属于低温管道，其工作原理是一样的，也就是说直埋蒸汽管道外护钢管的设计完全可以采用低温热水直埋管道的设计理论，低温热水直埋管道采用的各种安装方式完全可以用于蒸汽直埋管道外护钢管。但外套钢管因两者的用途不同，工作条件不同，它们两个仍存在着较大的差别，主要有： 

　　(1) 热水热容量高，温度便于控制，设计温度在运行时容易得到保证：蒸汽热容量小，外套钢管运行时的温度不仅取决于热源温度，也取决于管道保温情况及热负荷的波动情况，因此比较难于控制。 

　　(2) 热水管道承受热水压力，而蒸汽外护钢管不直接与工作介质接触，无内压，但采用内固定节时会有较小的因内固定节推力产生的应力。 

　　(3) 保温层进水时，热水管道会导致外护层局部破坏和工作管腐蚀加快：而对蒸汽管道来说，会导致煮管而产生大量的蒸汽，乃致长距离 

　　超温。 

　　(4) 与热水直埋管道相比，蒸汽直埋外钢套管直径大，壁厚薄，容易发生局部屈曲。纵上所述，直埋蒸汽外护钢管虽然设计温度往往低于热水直埋管道，但其实际工作温度引起的应力很容易超过钢材的屈服极限，因此要保证在制造、运输、安装、运行过程中管道不受潮不进水，尤其多雨季节施工、地下水位较高的地区施工要做好防潮、防雨等防护工作。 

　　2 管道节点的处理 

　　2.1 排潮管 

　　排潮管是用于排出保温层中的潮气一般做法是直接引出地面，这样势必容易造成人为毁坏从而给管网安全造成极大隐患。因此，排潮管以接入小井室为宜，且应增加阀门，小井室中的阀门在管道定期排潮时打开，待潮气排完后及时关闭，以防止排潮井中进水形成倒灌。 

　　2.2 疏水井 

　　通常的疏水装置将启动疏水器和经常疏水器安装在同一个疏水井中，由于排出的凝结水温度较高，凝结水排至井中后迅速汽化，操作维修人员无法下到井室内，不利于后期的运行管理和维修。如果将疏水装置设在操作井内，将启动疏水器和经常疏水器排水口设在附井内，或将排水口引致附近排水沟内便可解决这一问题。根据近年的经验，启动疏水管公称管径宜大于等于40mm，以防管网初运行时堵塞。 

　　2.3 全固定节及密封隔断环板 

　　全固定节的设计与区间阀门井的设计宜统一考虑，可减少全固定节体积，降低造价。对于采用外护钢管的直埋蒸汽管道，应在适当的位置(如在每个固定节处或间隔一个固定节处)增加密封隔断环板，以防止某个隔断区间内发生蒸汽泄漏、保温层进水时对其他隔断区间的影响，最大限度降低事故对整个管网保温层的破坏。近年的工程实践表明，由于增加密封隔断环板而引起的热桥效应与管网的安全性相比是非常次要的。 

　　3 设计要点分析 

　　3.1 在设计中外护钢管比较工作钢管的受力情况要复杂得多因此对外护钢管的设计应有高度的重视。 

　　3.2 直埋蒸汽管道中，工作钢管弯头套在外护钢管内，其伸缩受到约束，不适合自然补偿。采取局部加大弯管自然补偿能力的做法不节省投资，且容易破坏弯头处保温。因此在实际工程设计中应尽量不利用弯管自然补偿，即在靠近弯头处加内固定节，由于内固定节推力很小，结构很小，所以投资小，而且运行更安全可靠。 

　　3.3 内固定节焊接在外护钢管上，外护钢管对工作钢管起到固定作用，同时外护钢管也受到多个内固定节的约束。外护钢管还受土壤摩擦力约束，工作状态与直埋热水管道相似。由于其温度低 (一般在50℃以下)，温升小，因此热伸长不会太大，部分热变形受阻将会转化为热应力存留下来，而且热应力较小，所以外固定节及外补偿器可以不设。 

　　3.4 由内固定节推力计算可知，由于管道及介质自重很小，使得工作钢管受到的摩擦力很小，因此在设计时应尽量选用补偿能力大的补偿器，以增大膨胀单元的长度，减少补偿器的数量，减少事故点。 

　　3.5 对地耐力较差、地下水位较高的地区，根据有关资料介绍，可采取在钢外护钢管下设置混凝土基础的做法。 

　　4 结语 

　　直埋蒸汽管的出现使高温供热管道直埋得以实现，尤其是外护钢管直埋蒸汽管由于可以不设外部土建构筑物，解决了位置狭窄及施工周期短问题，并可以实现浅埋。工作钢管应力很小，运行更加安全、可靠。由于钢外护管直接埋于土中，易被腐蚀，其寿命直接决定着管道的整体寿命，因此，外护钢管的防腐设计及施工质量应引起高度重视。