蒸汽管道直埋技術(shù)的探析

王華輝 王俊紅

【摘要】隨著城市集中供熱和熱點聯(lián)產(chǎn)等節(jié)能環(huán)保政策的推廣，集中供熱的范圍由北方向南方擴(kuò)展。為了適應(yīng)直埋蒸汽管道迅速發(fā)展，我國在直埋蒸汽管道的研究、開發(fā)、應(yīng)用等方面已有一定的研究，但仍存在許多問題。通過對以往工程進(jìn)行分析總結(jié)，以促進(jìn)直埋蒸汽管道技術(shù)的進(jìn)一步提高和完善。

【關(guān)鍵詞】蒸汽 管道 直埋 技術(shù)

一、蒸汽直埋管道的保溫結(jié)構(gòu)和材料控制

1、保溫結(jié)構(gòu)

蒸汽直埋管道的保溫結(jié)構(gòu)一般為工作管、有機保溫層、無機保溫層、外護(hù)管、防腐層，必要時，也可設(shè)置內(nèi)滑動層、絕熱反射層、空氣絕熱層或真空保溫層。根據(jù)保溫材料硬度的不同又可分為“軟質(zhì)”保溫結(jié)構(gòu)和“硬質(zhì)”保溫結(jié)構(gòu)。按外護(hù)管的材料分又可分為：鋼套鋼“保溫結(jié)構(gòu)、”塑套鋼“保溫結(jié)構(gòu)和”玻璃鋼套鋼“保溫結(jié)構(gòu)。一般”硬質(zhì)“保溫結(jié)構(gòu)為內(nèi)滑動，內(nèi)滑動即工作管相對保溫材料滑動，”軟質(zhì)“保溫結(jié)構(gòu)為外滑動，外滑動即工作管和保溫材料一起相對外護(hù)管滑動。內(nèi)滑動保溫結(jié)構(gòu)可不設(shè)滑動支座，外滑動保溫結(jié)構(gòu)需設(shè)滑動支座。

2、工作管

工作管應(yīng)選用流體輸送鋼管，DN≤250mm，應(yīng)選用20#鋼無縫鋼管，DN≥300mm，可選用Q235A螺旋焊縫管或高頻直焊縫管。工作管焊接采用對口焊接，應(yīng)采用氬弧焊打底，電弧罩面，全部焊縫100%X光探傷檢驗。

3、保溫材料

保溫材料性能應(yīng)能滿足導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低、干燥后性能基本恢復(fù)、機械強度好、耐熱性能滿足工作溫度下長期使用、不易燃和對管道無腐蝕等條件。

4、外護(hù)管

外護(hù)管應(yīng)具有一定的厚度、強度、剛度，能承受管道運輸、施工及熱網(wǎng)運行中的各種應(yīng)力及動靜荷載，并且有連續(xù)密封、防水防腐功能。外護(hù)管多采用鋼管，優(yōu)先采用Q235B螺旋焊接鋼管或高頻直焊縫鋼管。鋼外護(hù)管連接采用搭接角焊，全部焊縫采用100%超聲波探傷。在地下水位較低、降水量較少的地區(qū)，也可采用玻璃鋼或高密度聚乙烯外護(hù)管，但應(yīng)在應(yīng)用中采取可靠的密封防水、防腐措施，并嚴(yán)格控制表面溫度。外護(hù)管的壁厚應(yīng)進(jìn)行驗算，以滿足其徑向及軸向穩(wěn)定性。鋼質(zhì)外護(hù)管的防腐，可采用單層和多層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)面層為聚乙烯或玻璃鋼，內(nèi)層可為環(huán)氧涂料、膠黏劑、泡沫塑料等材料。單層結(jié)構(gòu)采用環(huán)氧粉末噴涂或環(huán)氧煤瀝青涂料防腐。采用單層防腐結(jié)構(gòu)，還應(yīng)采用犧牲陽性的陰極保護(hù)措施。

二、蒸汽管道直埋的關(guān)鍵技術(shù)

直埋蒸汽管道有10余處關(guān)鍵技術(shù)，包括檢查井、固定支座、彎頭、三通、變徑管、排潮管、閥門井、疏水裝置、補償器等。每一處關(guān)鍵技術(shù)處理不當(dāng)，都可能造成工程事故，隱患性很大。

1、保溫結(jié)構(gòu)型式

由于蒸汽管道的介質(zhì)溫度高，最高可達(dá)到300～350℃，其保溫結(jié)構(gòu)型式需要做成“脫開式”，即工作鋼管與保溫層或外護(hù)管脫開。

一般來說，保溫結(jié)構(gòu)型式主要分為內(nèi)滑動式和外滑動式。內(nèi)滑動式的滑動面在工作鋼管的外表面，保溫材料和外護(hù)管相對不動，主要是工作鋼管受熱膨脹在保溫材料中移動。該結(jié)構(gòu)型式主要用于硬質(zhì)的保溫材料中，其優(yōu)點是工作鋼管與外護(hù)管之間無須設(shè)置支承環(huán)，外護(hù)管的內(nèi)壁不易被腐蝕，其缺點為熱流的外泄問題難以處理。

外滑動式的滑動面在外護(hù)管的內(nèi)表面，保溫材料隨工作鋼管一起運動。該結(jié)構(gòu)型式主要用于軟質(zhì)的保溫材料中，其特點是可以保證熱流不外泄，但使用該結(jié)構(gòu)型式時應(yīng)注意三個問題：第一，工作鋼管與外護(hù)管之間支承環(huán)的靈活性；第二，支承環(huán)外護(hù)管處局部溫度；第三，外護(hù)管的內(nèi)壁防腐。

2、關(guān)于保溫材料

由于保溫材料的選擇不當(dāng)，造成工程事故的教訓(xùn)已屢見不鮮。目前直埋蒸汽管道使用的保溫材料主要有巖棉、超細(xì)玻璃棉、微孔硅酸鈣、聚氨酯泡沫塑料、硅珠復(fù)合材料等，有單獨使用某一種材料的，也有兩種及兩種以上的材料組合使用的。總的來說，無機保溫材料要求在70℃時的熱導(dǎo)率應(yīng)小于0.055W/（m K），其耐溫要求高于工作介質(zhì)溫度100℃，其含水量不得大于7.5%，有機保溫材料要求其熱導(dǎo)率應(yīng)小于0.030 W/（m K），耐溫要求高于120℃，當(dāng)使用無機保溫材料和有機保溫材料做組合保溫層時，其無機保溫材料和有機保溫材料的界面溫度不得高于110℃。

選用何種直埋保溫結(jié)構(gòu)型式和保溫材料，應(yīng)根據(jù)使用地點的氣候、水文、地質(zhì)等條件，因地制宜地做出技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的最佳結(jié)構(gòu)方案。對地下水位高的南方地區(qū)，主要矛盾是防水問題；對沿海地區(qū)，不僅有防水問題，重點要考慮防止氯化物、硫化物等對外護(hù)管的腐蝕問題；而對于我國西部的干旱地區(qū)，其突出的問題是土壤熱阻高。

3、外護(hù)管

外護(hù)管的材料主要有高密度聚乙烯、玻璃鋼、鋼管。高密度聚乙烯耐溫能力較差，當(dāng)局部熱流外泄時，很容易造成外護(hù)管蠕變而破壞，外護(hù)管失效后，管道的保溫失效，進(jìn)而引起整體的直埋蒸汽管道報廢。因此，高密度聚乙烯不適用直埋蒸汽管道的外護(hù)管已成為共識。玻璃鋼雖然其耐溫能力稍強于高密度聚乙烯，但市場上的玻璃鋼外護(hù)管質(zhì)量難以保證，在運輸、安裝過程中極易出現(xiàn)局部的開裂和破壞，加之遇到熱流外泄時，也不能保證安全。因此，玻璃鋼作為直埋蒸汽管道的外護(hù)管也不理想。

4、固定支座

固定支座由固定板構(gòu)件及承壓隔熱材料組成。固定支座可采用內(nèi)固定型、內(nèi)外固定型、外固定型三種形式。固定支座應(yīng)為隔熱式，保證外護(hù)管與土壤接觸處外護(hù)管溫度小于70℃。內(nèi)固定支座可采用不設(shè)置固定墩的固定方式。鋼外護(hù)管宜采用內(nèi)固定支座，也可采用內(nèi)外或外固定支座。非金屬外護(hù)管必須采用固定墩。

5、補償器

管道的補償器一般為套筒補償器或波紋補償器，套筒補償器由于存在著填料泄漏的可能，需設(shè)置檢查井以便于補償器的檢修和維護(hù)。這就使直埋蒸汽管道成了斷續(xù)敷設(shè)，也增加了地溝內(nèi)進(jìn)水的可能，所以套筒補償器在直埋蒸汽管道中是不適用的。波紋補償器克服了套筒補償器的缺點，但在使用中尚應(yīng)注意以下問題：

第一，波紋補償器宜采用外壓式，以防止補償器的軸向失穩(wěn)；第二，波紋補償器應(yīng)有15%--20%的膨脹余量；第三，波紋補償器的外護(hù)管變徑時，其角度應(yīng)控制在10℃以下。

6、疏水裝置

在蒸汽管道的低點和可能產(chǎn)生凝結(jié)水的部位，均應(yīng)設(shè)置運行疏水和啟動疏水裝置。疏水裝置可采用上疏水方式，這樣可以使疏水檢查井相對較淺，便于今后的運行操作。但對于較長距離、埋設(shè)又深的管段，有必要采用下疏水的方式。疏水井必須設(shè)計成兩個，一個為單獨操作的主井，另一個為積有凝結(jié)水的檢查副井，以保證操作人員的安全。

三、蒸汽直埋管道的施工技術(shù)

1、直埋供熱管道的彎頭，三通加工宜在工廠預(yù)制，技術(shù)參數(shù)應(yīng)滿足《火力發(fā)電廠汽水管道零件及部件典型設(shè)計采取》中DG0446、DG0221、DG0303等技術(shù)要求。

2、用于直埋供熱管道的閥門、法蘭，波紋膨脹節(jié)等標(biāo)準(zhǔn)件，按技術(shù)要求購置，并向建設(shè)及施工單位提交合格證和技術(shù)文件，且按技術(shù)要求安裝使用。

3、管道的土方施工應(yīng)遵守國家、部和省市有關(guān)安全防火勞動保護(hù)等方面的規(guī)定。

4、按直埋供熱管道規(guī)程要求在施工前應(yīng)對開槽范圍內(nèi)的地上、地下障礙進(jìn)行現(xiàn)場核查及勘探，逐項查清障礙結(jié)構(gòu)情況，以及與管道相對位置關(guān)系，遇到下水，光纜、電纜，煤氣等相交時，一定合理處理，防止由于管道沉降或震動給其他管系帶來危害事故。

5、在城市中土方開挖時必須按需要設(shè)置臨時道路，汽車橋、人行橋、槽邊護(hù)欄，夜間照明燈及指示燈等設(shè)施，保證人員安全。

6、工作鋼管焊接是氬弧焊打底，外護(hù)管道焊接按0.6MPa壓力等級焊接，焊接準(zhǔn)備及焊接質(zhì)量要求按GJJ12-89《城市供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》中第五章規(guī)定執(zhí)行，且工作管焊口做100%無損RT；焊口拍片要求Ⅲ級以上為合格片，并得到市勞動局相關(guān)部門認(rèn)可。

7、工作管采用對口焊接，直管段接頭必須對直，外套管采用搭接角焊，管道坡口一律采用V型坡，坡口角單邊30-50度。

8、全部焊口打上焊工鋼印，并做好檢查記錄，焊工必須在有效期內(nèi)權(quán)威部門或勞動部門檢查的上崗合格證。

9、固定支架于土建支墩結(jié)構(gòu)必須整體結(jié)合牢固，土建結(jié)構(gòu)應(yīng)于土體結(jié)合牢固，當(dāng)固定支架的混凝土強度沒有達(dá)到設(shè)計值時，不得與管道固定承受推力；由于熱橋作用被鋼管將熱量傳至混凝土支撐，因此，在固定支墩環(huán)板上下一定范圍內(nèi)應(yīng)采用耐熱混凝土。

10、直埋蒸汽管道的井室施工時，應(yīng)按設(shè)計要求做好防水處理，管道穿越處應(yīng)按設(shè)計要求做好防水、防腐和熱膨脹處理。

11、管道安裝回填均按實際情況做好工程隱蔽記錄，并做好工程檔案。

12、工程施工完畢，驗收合格后交生產(chǎn)管理單位。

四、蒸汽直埋管道的運行

1、運行前準(zhǔn)備

直埋蒸汽管道正式運行須在管道竣工驗收合格后進(jìn)行，運行前，須編制運行方案，必備交通、通訊工具及有害氣體檢測器、抽水設(shè)備等，并對系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，應(yīng)同時符合下列條件：管網(wǎng)工程施工、驗收手續(xù)完備，審批手續(xù)齊全；管網(wǎng)系統(tǒng)各種設(shè)備、設(shè)施、儀表完好無損，閥門靈活可靠，疏水系統(tǒng)完整可靠；直埋管道覆蓋土層無塌陷，井室無積水、雜物，井蓋完好，閥門遠(yuǎn)方操作應(yīng)靈活可靠，排潮管道暢通無堵塞。

2、暖管

確認(rèn)運行前準(zhǔn)備工作完畢，管網(wǎng)巡查人員、操作人員到位，可下達(dá)送汽命令。暖管過程應(yīng)緩慢、平穩(wěn)。暖管開始時，打開啟動疏水閥，緩慢打開供氣閥門，暖管應(yīng)分階段進(jìn)行，先主干管、后支干管，首先在蒸汽壓力0.1MPa狀態(tài)下，暖管30分鐘，檢查暖管期間，管道、固定支架、補償器、閥門、接頭是否正常，如遇異常，應(yīng)停止暖管，及時處理后，再進(jìn)行暖管操作。若無異常，提高蒸汽壓力至0.2MPa，暖管1小時，再無異常，開始烘管。

3、烘管

新建管道或停運時間較長的管道，冷態(tài)啟動時，必須進(jìn)行烘管，烘管時管內(nèi)蒸汽溫度150℃以下，烘管時間長短以排潮管不排汽而定，在烘管過程中，若排潮管汽量較大，穩(wěn)定24小時候仍有增無減，應(yīng)停止烘管，檢查泄漏點，經(jīng)處理后方可重新運行。

4、管網(wǎng)投運

烘管結(jié)束，再提高供汽壓力至0.4MPa，保持1個小時，如無異常，可提壓至0.6MPa，保持1個小時，若仍無異常，關(guān)閉啟動疏水閥，壓力升至工作壓力，正式投運。

蒸汽直埋管道若能在管材選用、設(shè)計、施工、運行這幾個環(huán)節(jié)采取有效的技術(shù)措施，并在運行中嚴(yán)格執(zhí)行，就一定能得到好的應(yīng)用效果。

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