直埋蒸汽管道保溫結構形式的分析

方立秀

摘 要：目前，我國部分大中型城市應用了直埋蒸汽管道技術，實踐證明，該項技術比傳統蒸汽技術更經濟、實用。因此，直埋蒸汽管道有著廣闊的市場前景。為了跟上市場發展需求，我國加大了對該技術研究、開發的力度，許多廠商和科研人員都為此投入了畢生心血，以期促進該技術的發展。

關鍵詞：直埋蒸汽管道；保溫結構；蒸汽；塑套鋼

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.108

直埋蒸汽管道保溫技術是一項系統工程，涉及巖土力學、熱力學和電化學等眾多學科。在投入生產后，管道長期處于運行狀態，與直埋敷設熱水管道的技術相比，該技術更加復雜。直埋管道可向周圍土壤換熱，通常情況下，保溫結構包括土壤，其設計將受周圍土壤阻熱的影響。此外，因其介質溫度較高，保溫保護層材料的性能需根據實際情況選擇。同時，還需考慮管道長期運行下的溫度場對周圍環境的影響及其介質形成的固定墩等。由于保溫管在加工環節易吸入潮氣和水分，進而在投入生產后產生大量蒸汽，如果未能及時排出這些蒸汽，則會導致保溫結構被破壞。因此，必須設計軸向和徑向的排潮通道。

1 直埋蒸汽管道的發展前景

隨著環保節能政策的提出和市容規劃要求的不斷提高，誕生了新型的地下直埋技術。該技術促使高溫管道敷設的傳統架空和溝敷設發生了質的飛躍。直埋蒸汽管道與傳統管道敷設相比優勢較多，比如占地面積較小、施工方便、成本低、不會對市容和城市規劃造成不良影響等。隨著我國對該技術的不斷開發、研究和應用，其工程規模越來越大，出現了各式各樣可供選用的材料和保溫結構形式，這在國際上是極為少見的。目前，國外公司最大可采用的管徑為φ500 mm，而我國河北、陜西等地采用的管徑很多都已達到φ900 mm。直埋蒸汽管道的保溫結構形式有內、外滑動兩種，可供選擇的耐高溫材料包括熱壓珍珠巖、復合硅酸鹽等。雖然直埋蒸汽管道技術在我國發展較快，但該技術在理論、管理等多方面仍存在一些問題，并未真正完善。由于對該技術的開發遠遠超出了對其基礎理論的研究，導致設計時的計算不精準，產品和施工過程遠遠達不到預期標準，進而在直埋蒸汽管道投入使用不久后便出現跑、冒、漏、傷等現象。因此，為了確保其具有更好的保溫效能，就需要分析、研究以往的實踐經驗，并加大對該技術的研究力度。

2 直埋蒸汽管道的保溫結構形式

2.1 復合式

由于直埋蒸汽管道的介質溫度會超過200 ℃，因此，如果僅設計一層聚氨酯保溫層，則無法達到保溫效果，需要采用復合式保溫結構。復合式保溫結構主要有以下2種。

2.1.1 塑套鋼

該結構包含工作芯管、潤滑層、復合保溫層和高密度聚乙烯外保護層。潤滑層可使隔熱層與工作芯管相互滑動，從而避免工作芯管因不同的熱膨脹系數而拉扯損壞。復合保溫層是指無機憎水保溫材料與聚氨酯泡沫保溫層的結合。通常可選擇無機潤滑劑或無機減阻層作為潤滑層的材料。同時，可將鋁箔反射層加設在無機保溫層外，起到阻擋輻射、減少熱損失的效果。溫度為220 ℃的低溫蒸汽輸送中，可使用此種直埋蒸汽管道保溫結構。雖然該結構的成本較低，但其使用壽命較短、安全性較低。

2.1.2 鋼套鋼

該結構包含工作芯管、潤滑層、復合保溫層、鋼外護管。這種結構的使用壽命長，具有較高的安全系數，具有耐高溫、抗高壓的特點。當蒸汽破壞無機和碳化聚氨酸泡沫保溫層、高密度聚乙烯外套管時，選用鋼套鋼復合型保溫結構能防止蒸汽傷人。通常以兩布三油、三層PE和環氧粉末噴涂等形式作為鋼外護管的防腐措施。

2.2 滑動式

該形式多為鋼套鋼復合型保溫結構，由工作芯管、滑動或滾動導向支架、玻璃棉層、空氣隔熱層和鋼外護管組成。該結構投入生產后，蒸汽溫度近似于芯管溫度，且鋼外護管溫度可達40 ℃。受溫度影響，其伸長量有較大差異，但如果內外鋼管的間距為0、應力過高，則其破壞性極大。因此，該形式下鋼外護管中的工作芯管必須呈自由滑動狀態才不會出現內應力，從而減小固定支架的承受力、提高安全系數。此外，可在玻璃棉層加設鋁箔反射層，起到防輻射、散熱的效果，或選用玻璃棉管殼中帶有鋁箔反射層的材料也可實現此效果。同時，為了進一步降低成本，還可以將玻璃棉和空氣層中的空氣抽出，減小和縮小管道導熱系數和鋼外護管的外徑。通過此設計，鋼外護管可將管附件等密封在其管腔內，構成完整的保溫結構形式。此外，該形式還可以將兩種保溫結構結合在一起，但二合一的形式成本較高，技術也更復雜。

2.3 固定式

該形式有內固定節、外固定節和全固定節三種。其中，內固定節形式是指在外保護管上以相應的結構形式固定內管，其外保護管的強度極大，能與土壤產生摩擦力，從而固定管道并降低施工成本；全固定節、外固定節形式極為相似，皆是同時連接外保護管與工作芯管形成整體，并使用鋼筋混凝土墩將其固定在土壤中，以確保管道的穩定性，不同之處在于外固定節形式不需要接觸內管，只需穩定外管即可。

3 結束語

通過對直埋蒸汽管道保溫結構形式的研究可發現，其技術相當復雜，且存在尚未解決的問題。由于上述3種直埋蒸汽管道保溫結構形式各有優勢，因此，在選用時要根據實際情況，了解地質條件、介質溫度、管徑等因素和建筑方面、熱動力方面的相關知識，從而促使這3種形式有效發揮其作用。然而，根據實際應用調查發現，應用最廣泛的是外固定節形式和鋼套鋼復合型保溫結構，且后者更是被廣泛應用于地下水位較高的地區。因此，隨著直埋蒸汽管道市場需求的增加，需要加大研究力度，以促進其發展。

〔編輯：張思楠〕