鋼套鋼直埋蒸汽保溫管道施工工藝分析

◎王東良

在“鋼套鋼”直埋蒸汽保溫管道施工中，由于供熱管道的“鋼套鋼”導(dǎo)向支架可以讓工作管與外護(hù)管發(fā)生相對滑動，使傳統(tǒng)施工方法得以創(chuàng)新，產(chǎn)生導(dǎo)向支架保溫管的新式施工方法，這就是外護(hù)管滑動法。這項先進(jìn)技術(shù)不僅可以明顯改善外護(hù)管防滲質(zhì)量，還能夠顯著提升施工進(jìn)度，其社會效益與經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

一、工藝原理

這里的“鋼套鋼”管道，指的是由內(nèi)工作鋼管，加上內(nèi)外護(hù)鋼管，以及鋼管防腐、保溫層組合而成的一種管道，外護(hù)管的作用是保護(hù)工作管能夠運(yùn)行正常。其支架型式包括三種，分別是滑動支架、固定支架和導(dǎo)向支架，具體須按管道的設(shè)置位置與用途加以選擇。在彎頭、折角連接等位置上，通常需要用導(dǎo)向支架。導(dǎo)向支架的作用是對工作鋼管相當(dāng)于外保護(hù)層鋼管的移動空間作出限制，保證工作鋼管不發(fā)生徑向位移，而只沿管道軸向進(jìn)行伸縮。圖1 給出了導(dǎo)向支架與“鋼套鋼”導(dǎo)向支架保溫管的詳圖。“鋼套鋼”當(dāng)中外護(hù)管組對的傳統(tǒng)焊法是，加工一段鋼管，要求與外護(hù)管尺寸管徑相等、規(guī)格一致，然后沿管道軸向切割，做成尺寸同樣的兩半，切口處做坡口處理，再與安好的外護(hù)管相應(yīng)組對進(jìn)行焊接。滑動外護(hù)管施工法，由于“鋼套鋼”導(dǎo)向支架中，其工作管可以與外護(hù)管發(fā)生相對滑動，滑動外護(hù)管安裝時的組對焊接，可以比傳統(tǒng)施工方法減少超過1/3 的焊接工作量。在“鋼套鋼”導(dǎo)向支架保溫管預(yù)制時，工作管一端需要長出外護(hù)管200mm～300mm，而且要做臨時支撐。焊好工作管后，要采用X 射線對焊縫做探傷檢測，檢測合格后，焊口處還要做保溫防腐處理，將臨時支撐拆除后，借助手拉葫蘆等機(jī)具實現(xiàn)與滑動外護(hù)管之間的組對焊口。

圖1 導(dǎo)向支架及“鋼套鋼”導(dǎo)向支架保溫管示意

二、施工工藝流程及操作要點(diǎn)

1.施工工藝流程。

施工的具體流程為：通過放線將管溝定位并開挖→完成溝底砂墊層的鋪設(shè)→完成管道結(jié)構(gòu)的預(yù)制、并按設(shè)計要求布管→“鋼套鋼”管道的埋設(shè)安裝→安裝后的管溝回填→對整個管網(wǎng)系統(tǒng)做試壓并吹掃→管網(wǎng)系統(tǒng)試運(yùn)行。

2.操作要點(diǎn)。

（1）管溝定位放線開挖。

管溝定位由測量人員按設(shè)計圖紙要求，再與施工現(xiàn)場的地形結(jié)合，放線定位出管溝。遇到管線需要改變方向處，要設(shè)置轉(zhuǎn)角樁，而變坡點(diǎn)位置則打水平樁。無論是轉(zhuǎn)角樁還是水平樁，均要求載地牢固，測量準(zhǔn)確，并設(shè)置明顯的載樁標(biāo)志。管溝挖深達(dá)到一定數(shù)值后，為了控制開挖的管溝尺寸，需要設(shè)置打腰樁或者是斜度板。開挖期間應(yīng)校核管溝的中線、橫斷面、高程，尺寸要求準(zhǔn)確，標(biāo)高要與設(shè)計要求相符，溝內(nèi)不得存在積水、雜物，轉(zhuǎn)角處要滿足要求，不允許超挖或者是二次開挖。

（2）砂墊層的鋪設(shè)。

若管溝底部存在松軟地基，需要夯實溝底或采用混凝土澆筑一個100mm 厚的墊層。溝底存在重濕隱性土層時，需要以碎石鋪墊并做夯實處理；溝底若存在巖石層，則要以砂土層至少鋪墊200mm 厚。

（3）預(yù)制管道與布管。

“鋼套鋼”預(yù)制保溫管道屬于一種組合管道，故而在運(yùn)輸、安裝時需要保證方向的正確性，為標(biāo)志方向，同時也為了使“鋼套鋼”保溫管道吊裝方便，需要在管道正上方焊吊耳。管道進(jìn)入施工現(xiàn)場前，需要在計算機(jī)上對現(xiàn)場管道做出模擬排列布置，并將管道焊口依次編號，還要編繪布管簡圖，管道進(jìn)場時直接按圖排放。將管道、管件按運(yùn)輸、現(xiàn)場工況與施工條件焊接成預(yù)制管組。吊裝時，為了不損壞管道需要選擇專用吊具。

（4）安裝“鋼套鋼”管道。

管口做坡口→完成工作管的組對焊接→以X 射線對工作管焊口做檢測→充水試壓（分段）→拆掉臨時支撐→為焊口做防腐保溫處理→設(shè)置滑動外護(hù)管→完成外護(hù)管的組對焊接→采用超聲波對外護(hù)管做檢測→對焊口做防腐處理。

安裝期間需要注意：1）檢驗鋼管質(zhì)量時，需要按設(shè)計要求檢測壁厚、管徑還有材質(zhì)，并對其平直度做矯正，管口與坡口按要求加工整修。2）焊接時，選擇氬弧焊打底，電弧焊夾層、蓋面法。3）為了確保焊縫不會發(fā)生泄漏，要求以X 射線對工作管焊接質(zhì)量做100%探傷。4）分段按設(shè)計要求展開強(qiáng)度試驗與嚴(yán)密性試驗。5）將在工作管與外護(hù)管間設(shè)置的臨時支撐拆除，讓管道能在運(yùn)行期間處于可自由移動狀態(tài)。6）對焊口做完保溫處理后，使用白鐵皮（要求厚0.3mm、寬100mm）在外護(hù)管焊口處做一個保護(hù)層，避免保溫層在外護(hù)管修口、焊接時受到損壞。7）將需組對的外護(hù)管用吊車吊起來，使其滑動管道稍稍離開地面，再通過手拉葫蘆對外護(hù)管進(jìn)行調(diào)整完成組對焊接。8）對焊口與預(yù)留部位做防腐處理。

（5）回填管溝。

對管溝做土方回填施工時，需要分層夯實，管底、兩側(cè)還有管頂上方的200mm 內(nèi)的塊石或硬物直徑最大可為100mm，腔體處的回填土至少達(dá)到95%密實度，管頂與結(jié)構(gòu)頂上方500mm 內(nèi)回填土至少達(dá)到85%密實度，別的地方直接按原狀回填即可。管道接頭處的工作坑的分層回填可以水撼砂法做撼實處理。為了確保管道的完好性，管頂500mm 以內(nèi)的夯實需要采用輕夯法。

（6）整個管網(wǎng)系統(tǒng)的試壓。

管網(wǎng)系統(tǒng)完成后，需要展開水壓試驗，試壓期間升壓一定要緩慢。壓力接近要求壓力值時，需要穩(wěn)壓10min 仔細(xì)觀察，確定管網(wǎng)未出現(xiàn)異常時，再降壓到嚴(yán)密性試驗的要求壓力值，并保壓30min 仔細(xì)觀察，確定管身不存在破損，也沒有漏水現(xiàn)象，而且壓力表指針未見任何變化，可認(rèn)定本次系統(tǒng)試壓過關(guān)。接下來要即刻吹掃整個管網(wǎng)系統(tǒng)，將殘留在管道內(nèi)的銹質(zhì)、熔渣，各種污物徹底清除。暖管的試壓至少要在試運(yùn)行4h 前完成，試壓要分階段完成，升溫到某設(shè)定值后，均要保持一段時間的恒狀態(tài)溫，好讓保溫層內(nèi)留存的水分可順利、充分的沿排潮口排出來，暖管期間會集結(jié)很多凝結(jié)水，因此需要將疏水裝置開啟，將集水排凈。

（7）管網(wǎng)系統(tǒng)試運(yùn)行。

在管網(wǎng)系統(tǒng)試運(yùn)行前，必須確保整個系統(tǒng)中所有設(shè)備、設(shè)施、儀表、閥門的功能完好，疏水暢通；覆土層沒有塌陷，井室沒有積水、沒有雜物，且井蓋完好，排潮管暢通。試運(yùn)行前要求先緩慢、平穩(wěn)的暖管，先把疏水閥打開，緩慢的將供汽閥門打開。以0.1MPa 蒸汽壓暖管30min，仔細(xì)檢查管道、閥門、管件有沒有異常，必要時停止暖管，將問題解決后，再重新暖管；一切正常后，將蒸汽壓提升至0.2MPa，持續(xù)暖管1h。暖管時要求管內(nèi)蒸汽溫度不超過150℃，暖管時長以排潮管停止排汽為準(zhǔn)。暖管期間，如果排潮管始終大量排汽，且經(jīng)過24h 后仍未見減少，需要停止暖管，查找泄漏點(diǎn)，等到處理好后再次暖管。暖管完成后，將蒸汽壓提至0.4MPa，并保持1h，確定一切正常后，將蒸汽壓再次提升到0.6MPa，同樣保持1h。若完全正常，可將疏水閥關(guān)閉，按設(shè)計要求調(diào)整供汽參數(shù)并開始72h 的連續(xù)運(yùn)行。

三、工程實例

1.基本情況。

青東礦區(qū)供汽系統(tǒng)進(jìn)行改造，需要670 米Φ273×8/Φ530×8 鋼套鋼蒸汽管，130 米 Φ325×10/630×8 鋼套鋼蒸汽管，童亭煤礦供暖管路改造工程1850 米φ273×8/φ630×10 鋼套鋼蒸汽管。設(shè)計埋深為1.5m，自下而上的墊層分別是0.1米碎石米沙、0.1 米C15 素混凝土以及0.15 米細(xì)沙，安好管后還要用0.75 米細(xì)沙層灌實，敷管并檢驗合格后，以填砂與土做回填，最后的回填用黏土并夯實。其蒸汽熱源接自臨渙焦化廠的蒸汽管道，蒸汽的設(shè)計壓力為1.0MPa，溫度為185℃，本工程管道參照《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》（TSG07-2019）要求，采用GC3 壓力管。

2.材料選型。

鋼套保護(hù)蒸汽直埋保溫管不僅有工作鋼管、保溫隔熱層、外套鋼管，還包括反射層、空氣保溫層、不銹鋼緊固帶、滑動導(dǎo)向支架及外防腐層。保溫材料設(shè)置在工作管與外套鋼管中間，可輸送350℃以下的2.5MPa 壓力蒸汽，也可輸送其它介質(zhì)。因工作管與外套鋼管的滑動方式不同，鋼套保護(hù)蒸汽直埋保溫管有內(nèi)滑動與外滑動之分。二者的工作鋼管、不銹鋼緊固鋼帶、鋁箔反射層、外防腐層完全一樣，內(nèi)滑動式需要設(shè)置硅酸鋁、減阻層、微孔硅酸鈣、隔熱層、聚氨酯保溫層與外套鋼管；而外滑動式則設(shè)有玻璃棉保溫隔熱層、滑動導(dǎo)向支架、空氣保溫層以及外護(hù)鋼管。直埋式保溫管的優(yōu)點(diǎn)包括：可工廠化預(yù)制，可保溫、可防水、可耐腐蝕、可阻燃、可耐寒，施工便捷，且強(qiáng)度高。其熱損失至少比普通管道降低40%，壽命也比普通保溫管道至少多3-5 倍，防腐壽命為 30～50年。

青東礦區(qū)供汽系統(tǒng)進(jìn)行改造，童亭煤礦供暖管路改造工程，選定的是WGB 鋼套鋼直埋保溫管。（1）結(jié)構(gòu)中輸送蒸汽的內(nèi)部鋼管，其材質(zhì)選定為20#無縫鋼管，管徑自小而大分別是Φ273×8mm、Φ325×10mm。（2）外護(hù)管材質(zhì)選定為螺旋縫埋弧焊接鋼管，管徑自小而大分別是Φ530×8mm 和Φ630×8mm。（3）成品保溫層選定為厚50mm～120mm 的超細(xì)高溫玻璃棉和納米雙層氣囊，按管道選型手冊來看該成品保溫層具備0.05W（/m·k）的導(dǎo)熱系數(shù)。

3.施工技術(shù)。

（1）施工流程。

圖2 給出了鋼套保護(hù)蒸汽直埋保溫管的具體施工流程、

圖2 “鋼套鋼”蒸汽直埋保溫管施工的具體流程

（2）組對焊接保溫管道。

按《城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T104-2014）里面8.2.5 條中要求，工作管的連接需要以氬弧焊打底。正式焊接前還要用專用坡口機(jī)在管道口處預(yù)制“V”型坡口。打底的氬弧焊，要求120A～140A 的焊接電流，22V～26V 的焊接電壓，JG-50 焊材，Φ2.0 的焊條，8cm/min 的焊接速度，流量 12L/min 的 99.99%氬氣。蓋面的手工電弧焊，第一層要求105A～160A 的焊接電流，24V～36V 的焊接電壓，J422 焊材，Φ3.2 焊條；第二三層要求 135A～180A 的焊接電流，24V～28V 的焊接電壓，J422 焊材，Φ4.0 焊條，焊接速度均為10cm/min，焊接系數(shù)均為0.80，焊縫均需做無損探傷。

蒸汽凝結(jié)水管的焊接則以氬弧焊形式完成，HOCr21Ni10 焊絲，Φ2.0 的焊條，8cm/min 的焊速，流量12L/min 的99.99%氬氣，焊接系數(shù)0.85。其保護(hù)管按蒸汽管道保護(hù)管同樣方式焊接。

（3）無損檢測與強(qiáng)度、嚴(yán)密性試驗。

遵循設(shè)計規(guī)范及施工驗收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對工作管做無損檢測，并展開強(qiáng)度、嚴(yán)密性試驗。升壓要慢，待升至試驗壓力后借助向密封點(diǎn)涂刷中性發(fā)泡劑的形式檢查是否泄漏。試壓完成后，以至少30m/s 流速的蒸汽吹掃蒸汽管道，以清水沖洗蒸汽凝結(jié)水管道。對接好外套管后，先展開氣壓嚴(yán)密性試驗，然后再對對接段做防腐處理。展開嚴(yán)密性試驗時，試驗壓力需要慢慢的逐級升高，升高到0.2MPa 后，還要穩(wěn)壓10min，然后降至設(shè)計壓力，再借助發(fā)泡劑檢驗是否泄漏。

（4）對接段的防腐與保溫修補(bǔ)。

在對工作管道做過無損探傷，并展開強(qiáng)度試驗，得到合格結(jié)果后，可對管道連接處展開保溫修補(bǔ)操作。保溫修補(bǔ)時采用具有彈性的復(fù)合硅酸鹽對縫隙做填充處理，要求其與兩側(cè)保溫層連接緊密。修補(bǔ)前，確保保溫材料與兩側(cè)保溫均為干燥狀態(tài)。因外套管稍后還要焊接，在保溫修補(bǔ)口的外套管焊縫處還要做一個耐高溫防護(hù)，防止保溫層被破壞，具體可以在焊縫與保溫棉間設(shè)置一個薄鐵皮防護(hù)。外套管的焊接為對焊式，焊口打底為氬弧焊，蓋面為手工電弧焊，焊接參數(shù)類同于工作管。外套管的焊接可通過拼接半圓瓦片方式做保溫修補(bǔ)。

（5）管道附件的安裝。

敷設(shè)直埋保溫管道時要求3‰的坡度，將放氣閥設(shè)置在汽水管中的最高點(diǎn)，而疏水閥與放水閥則置于低點(diǎn)。與管道相連的波紋管、截止閥要借助帶頸對焊WN 突面RF 法蘭完成連接，墊片用的是具有強(qiáng)柔性的金屬石墨墊片（RSB），可耐850℃高溫。WGB 鋼套鋼直埋保溫管外套管還要在專門的排潮井內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的排潮管。排潮井內(nèi)要設(shè)置排水設(shè)施，排水設(shè)施要保持流暢。

疏水裝置周邊0.5m 范圍內(nèi)要做固定支架，以確保管道的伸縮不會對疏水裝置造成破壞。疏水井內(nèi)除了疏水閥還要設(shè)置關(guān)斷閥，疏水管與排水均應(yīng)就近連入排水井。

（6）管道回填。

用土方回填管道前，要將槽底雜物清理干凈，埋深1.5m 的管子，自管子下方開始往上先用碎石米沙0.1 米，再用C15 素混凝土0.1 米，然后是細(xì)沙0.15 米依次做好墊層，安好管子后再以細(xì)沙完全灌實，并鋪0.75 米厚的細(xì)沙層，最后再以黏土做回填并按要求夯實。管道回填后的土層密實度務(wù)必與《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》（CJJ28-2014）中的要求相符。

四、結(jié)語

通過工程實例可以看出，外護(hù)管滑動法用于蒸汽管網(wǎng)及供熱工程中，完成“鋼套鋼”直埋蒸汽管道的施工是相當(dāng)成功的。與以往的施工方法相比，“鋼套鋼”外護(hù)管至少減少了1/3 的焊接量，不僅大幅提升了外護(hù)管的整體防滲質(zhì)量，還能大大縮短施工工期。該技術(shù)無論是在“鋼套鋼”導(dǎo)向支架保溫管的安裝工程中，還是在自鐵路、公路、河道穿越的地下管道工程中，甚至在借助頂管技術(shù)實現(xiàn)過路套管后的穿管施工中，均有著極大的推廣價值。