淺談直埋蒸汽管道暖管過程異常工況的原因及對策

李佳楠

（中冀石化工程設計股份有限公司吉林分公司，吉林 吉林 132002）

0 引言

在城市化建設背景下，蒸汽管網建設范圍擴大，同時大部分管線以埋地的方式設置。但一些區域地下管線混雜，使管線的維護難度提高，無法保證維護工作的順利進行；同時，管網的壓力及溫度比較高，產生的應力比較大，管線受到破壞之后會產生較多的問題。因此，需要對直埋蒸汽管道暖管中的異常情況進行分析，采取有效措施來控制，使管道能夠保持良好的狀態。

1 蒸汽直埋管道的設計內容

1.1 蒸汽管道的應力計算

蒸汽直埋管道的設計需要使用相應的計算軟件，結合管道的應力情況來計算。布置管道的過程中，可使用彎頭來實現自然補償，可使管道的設計效果加強，同時能夠降低管道的造價。

1.2 蒸汽管道的保溫設計

蒸汽管道直埋敷設技術應用時間比較久，保溫管可使蒸汽管道在地下長期運行，還可保證保溫管的保溫功能，避免能源浪費。以往的直埋蒸汽管道使用保溫結構為塑套鋼的保溫管，目前已從玻璃鋼保護層保溫管道發展成為了鋼套鋼保溫管，經過長時間對蒸汽管道直埋敷設技術的研究及改善，結合目前的使用需求，可使用硅酸鋁棉氈+硅酸鎂瓦塊+聚氨脂發泡的材料，使其具有良好的保溫作用。

其中，硅酸鎂瓦塊材料，其導熱系數小于0.042 W/m·k，密度為200±5 kg/ m3，抗壓強度大于0.5 MPa，抗折強度大于0.36 MPa，使用溫度-40～800 ℃。

硅酸鋁棉氈導熱系數小于0.051 W/m·k，密度為90 kg/m3，使用溫度為 -40～1 000 ℃。

聚氨酯發泡的導熱系數小于0.035 W/m·k，密度為50 kg/ m3，最高使用溫度為120 ℃。此外，還包括鋼管材料以及玻璃絲布、環氧煤瀝青漆構成的保護層。

1.3 疏水節點的設計處理

疏水節點作為蒸汽直埋管道施工的重要部分，占據比例小，在架空管道及直埋管道的設計中，如果沒有將疏水節點處理好，會導致蒸汽管道停氣檢修。蒸汽直埋管道產生問題時，會涉及到其他地下管線的安全性。直埋蒸汽管道的疏水點設置方式與架空管道相同，一般位于固定點及管道翻高之前。疏水時，借助蒸汽壓力來進行施工，可使用疏水器來達到疏水的作用，在裝置設計的時候使用內插法，使管道插入蒸汽管道集水管中，可使施工的效率提高，簡化施工的流程[1]。

1.4 鋼套管的防腐層設計

鋼套管保溫管的使用可使直埋蒸汽管道整體性能加強，但也存在一定的缺陷：外套鋼管的防腐情況受到了關注。鋼套管的防腐層影響著管道的壽命，防腐層的材料具有多樣性，使用相應的材料進行涂刷，通過這樣的方式可形成保護層，耐溫性也可得到提升。在這樣的條件下，即使鋼套管的外表溫度達到了100 ℃，防腐層也不會被影響[2]。蒸汽直埋管道運行中期鋼套管溫度升高，需要對其防腐層性能提升，使其具有更好的防腐性，避免長期使用產生老化，對管道的壽命造成影響。通過使用有效的材料可使性能加強，避免管道受損。當前防腐層使用的材料得到了更新，這使耐溫性顯著加強，保證了使用的效果，但是成本比較高。

2 直埋蒸汽管道安裝施工措施

2.1 材料驗收管理

材料應符合質量要求，有相應的證明書，其中管材、閥門以及補償器等生產廠商應獲得壓力管道元件制造許可。直埋蒸汽管道的保溫層厚度應要求大于架空管，不應根據經濟厚度來進行計算。如果結合經濟厚度進行計算，保溫厚度比較薄、管道外表面的溫度比較高，對植被及設施的外防腐層都會產生影響。需要對保溫層厚度進行分析，參考其情況進行驗收。一般埋地蒸汽管網的管徑比較粗，應保證管材具有相同的內徑，仔細檢查管端的圓度，避免因圓度不足導致對口無法平齊的情況。當外護管的焊接余高及錯邊量等超出了標準范圍的時候，會使外防腐層質量受到影響，難以保證防腐的實際效果。

2.2 焊接過程控制

直埋蒸汽管道焊接施工需要考慮到天氣情況帶來的影響，了解天氣因素的影響結果。當遇到惡劣天氣時，應采取有效的防護措施來進行焊接施工。直埋蒸汽管道焊接直管段時，應保證接頭對直，不應在接頭位置產生轉角，同時避免使用焊縫兩側加熱延伸管道長度、夾焊金屬填充物等方式來進行焊接施工。在管道補償器安裝施工中，需要對施工進行控制，使其質量符合要求。補償器包括波紋管補償器、旋轉補償器以及“Π型”補償器等類型。安裝旋轉補償器時，需要控制好施工操作[3]。首先，補償器應與管道之間保持同心，在靠近補償器的兩端應有一個導向支座，使其在運行中能夠自由伸縮，加焊限位裝置，避免管道側向位移過大，安裝之后應保證各壓蓋螺栓都得到一致擰緊，使施工效果符合要求。安裝“Π型”補償器時，應根據設計圖紙內容來預拉伸處理，還需進行復測，外護管應按照芯管預定的膨脹伸長方向偏心安裝，使芯管的自由度符合要求，確保安裝施工的效果。安裝軸向波紋管補償器時，應保證補償器與管道之間同軸，避免運行中補償器產生扭曲變化而被破壞。對有流向標記的補償器進行安裝的過程中，需要使流向標記與管道蒸汽流向一致。補償量比較大，壓力比較小，使用壽命長，在熱應力補償完成之后，可使管道處于無應力的狀態，因此這種補償器的選擇方式在熱網工程中應用比較廣泛。

3 蒸汽直埋管道的運行要求

進行暖管沖管操作前，應將試驗過程留下的水被排除，避免暖管時間過長影響操作的效果，防止沖擊問題的產生。可借助空氣壓縮泵進行處理，將其中的水壓出。暖管的時候，應使蒸汽壓力逐漸提高，并且結合疏水系統的使用特點來將管中留下的水排去，可使蒸汽直埋管道的運行更加穩定。采用這樣的方式使其在疏水旁通管壓出，在水基本排除干凈之后冒氣再升壓[4]。在該過程中，應從前到后進行處理，使暖管環節規范完成，保證施工質量。為了避免產生水擊的情況，需要對疏水器進行調整，由于疏水器失靈會導致該問題，當產生了水擊情況的時候，沖擊力比較大，會對蒸汽管道產生嚴重影響。在管道中設置的補償器及鋼套管難以承受沖擊力的影響，不利于管道的穩定運行。在這樣的情況下，需要重視對管道運行情況的關注，避免使管道體系受到影響，當管道受到了損壞，修復的難度比較高，應加強對管道的管理，對疏水的情況進行檢查。同時，應避免下雨過程中積水的產生引起的倒灌進入管道中的情況，通過對管道情況的關注，落實管理工作，可使管道得到有效的保護，進而加強其使用效果。

4 暖管異常工況及原因

4.1 異常工況

例如，在一次蒸汽直埋管道暖管施工過程中，排潮管排出了大量的汽水混合物，管道沿線局部位置有滲出。應先選擇開挖點，在開挖之后發現工作管與外護管之間的絕熱層中間進水，幾處外護管接口漏焊，其中一處波紋管補償器外殼有砂眼漏氣，部分波紋管補償器的外殼兩端存在變形的問題，臺肩位置的焊口開裂。

4.2 原因

分析異常問題的原因，當發現存放、安裝等環節存在問題的時候，可能的原因包括直埋蒸汽管道現場存放條件不佳、外護管接口漏焊，導致工作管及外護管間的絕熱層進水。暖管升壓速度比較快，會使管子、管件損壞。直埋蒸汽管道絕熱層中有大量的水，會使暖管過程中絕熱材料的熱導率提升。水分蒸發之后，使外護管的溫度升高，這種情況下溫度會超出外護管的設計溫度，外護管的軸向應力會變大，這使波紋管補償器外殼的臺肩部位產生破壞的情況。

5 解決對策

當前外護管的固定支座屬于全封閉形式的結構，在嚴密性測試中可發揮有效的作用。在試驗過程中，將排潮管作為接入位置，并且進行嚴密性檢測，找到存在問題的部分。在實際施工中，需要對壓力進行合理控制，使施工順利進行。針對波紋管補償器，需要進行開挖處理，完成修復之后做好更換工作，可使用變徑管來取代波紋管補償器外部的結構，有效避免應力帶來的影響，有效加強施工的質量，使結構更加穩定，發揮出管道的作用[5]。暖管可采用低溫烘烤的方式，排除絕熱層中的潮濕氣體及積水。暖管的時候可按照以下順序進行操作：在蒸汽壓力0.1 MPa的條件下，穩壓暖管30 min；對波紋管補償器的外殼臺肩位置的改造暖管過程進行檢查，當沒有異常情況的時候，可將蒸汽逐步升壓，并且穩壓暖管1 h；在沒有異常的時候，蒸汽壓力可提升到工作壓力水平。

結合異常情況的分析，應避免直埋蒸汽管道在現場存放及安裝等環節產生絕熱層進水的問題。當有少量進水情況的時候，需要在安裝前采取低溫烘烤的方式將絕熱層的水分排除。直埋蒸汽管件生產企業需要考慮到不利工況，加強設計的效果，針對管件的應力集中點需要采取有效的措施進行預防，避免對其造成影響。工程各參與單位需要按照要求開展工作，加強管理，使施工質量得到保障，同時應落實責任，使人員能夠有效完成工作，為施工的進行提供支持，進而避免異常問題造成不良影響。

6 結語

在直埋蒸汽管道施工中，暖管作為其中的重要環節，異常工況會對施工的進行及質量產生影響。因此，需要對直埋蒸汽管道暖管進行控制，結合問題分析其原因，使問題得到有效的解決，為施工的進行帶來幫助。直埋蒸汽管道需按照要求來開展施工，根據實際情況采取有效的手段來進行操作，可避免異常問題的產生，為施工提供支持，進而使施工的效果達到要求，有效提高工程施工質量，發揮出管道的作用。