直埋蒸汽管道的幾個特點

摘要：對于直埋蒸汽管道做為供暖行業(yè)的新興材料，因具有施工進(jìn)度快、保溫性能好、工程造價低、節(jié)約建筑材料等優(yōu)點而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于對于高溫蒸汽管道尚無設(shè)計規(guī)范，因而其保溫結(jié)構(gòu)及固定形式各廠家不相同。本文對市面上常見的幾種直埋蒸汽管道的特點進(jìn)行論述。
 

  關(guān)鍵詞：直埋蒸汽管道；直埋；外固定；內(nèi)固定

近年來，直埋蒸汽管道在北方城市做了不少的嘗試。在蒸汽管道穿越城市主干道以及涉及到美化環(huán)境的問題時，直埋的敷設(shè)方式能夠很好的解決上述問題，而且因其施工進(jìn)度快、保溫性能好、工程造價低、節(jié)約建筑材料等特點得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于蒸汽直埋管道是一種新興事物，目前國家建設(shè)部門并未制訂正式的標(biāo)準(zhǔn)對蒸汽直埋管道進(jìn)行詳盡的規(guī)定�，F(xiàn)筆者根據(jù)近年來所從業(yè)的保溫管道生產(chǎn)及施工的經(jīng)驗來淺談一下直埋蒸汽管道的幾個特點。

    保溫形式　

    蒸汽直埋管道的保溫形式各個廠家都不盡相同，現(xiàn)對于目前采用較多的保溫層結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下概述：

    一、復(fù)合保溫形式

    蒸汽直埋管道由于輸送的介質(zhì)溫度很高，一般超過200℃，所以不能象直埋熱水管那樣采用聚氨酯作為唯一的保溫層（因為聚氨酯的碳化溫度在142度左右）。因而不少廠家的蒸汽直埋管道采用了復(fù)合保溫的結(jié)構(gòu)，而復(fù)合保溫的結(jié)構(gòu)又可大致分為"塑套鋼"和"鋼套鋼"兩種結(jié)構(gòu)：

    1、"塑（玻璃鋼）套鋼"結(jié)構(gòu)：
    從里到外依次為工作芯管、潤滑層、復(fù)合保溫層、高密度聚乙烯（或玻璃鋼）外保護(hù)層。其中潤滑層的作用是使工作芯管與隔熱層之間能產(chǎn)生相對滑動，避免因管道的工作芯管和與其接觸的無機保溫層因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生相互牽拉的破壞作用。潤滑層材料一般為無機潤滑劑或無機減阻層，復(fù)合保溫層從內(nèi)到外一般為無機憎水保溫材料＋聚氨酯泡沫保溫層。為了能進(jìn)一步減少因輻射所帶來的熱損失，有時還在無機保溫層外加設(shè)鋁箔反射層。這種管道一般應(yīng)用于溫度在220℃以下的低溫蒸汽輸送中。雖然在安全性和使用壽命上不及下面將要介紹要的"鋼套鋼"結(jié)構(gòu)的復(fù)合保溫管道，但是由于價格相對低廉，因此適用于輸送蒸汽要求不高的工程。

    2、"鋼套鋼"結(jié)構(gòu)：
    結(jié)構(gòu)與"塑套鋼"大致相同，從里到外依次為工作芯管、潤滑層、復(fù)合保溫層（內(nèi)設(shè)鋁箔反射層）、鋼外護(hù)管。這種結(jié)構(gòu)無論從耐高溫、高壓的能力還是從使用壽命、安全系數(shù)來看，都比前者有較大的提高。由于外保護(hù)層為鋼管，因而對于工作內(nèi)管在運行當(dāng)中出現(xiàn)泄漏的事故能起到一定的延緩破壞的作用，防止蒸汽溢出傷人。鋼外護(hù)管的防腐一般采用兩布三油、三層PE、玻璃鋼纏繞、聚脲噴涂以及環(huán)氧粉末噴涂等多種形式。
 

  1、工作芯管　2、潤滑層　 3、無機保溫層4、聚氨酯保溫層5、外護(hù)管（高密度聚乙烯、玻璃鋼或經(jīng)過防腐處理的鋼管）

    二、滑（滾）動導(dǎo)向支架形式

    滑（滾）動導(dǎo)向支架形式一般都為"鋼套鋼"，從里到外依次為工作芯管、滑（滾）動導(dǎo)向支架、玻璃棉層、空氣隔熱層、鋼外護(hù)管。由于運行時，芯管溫度近似為蒸汽的溫度，鋼外護(hù)管的溫度在40℃左右，兩者較大的溫差導(dǎo)致兩者的伸長量有較大的差異。如果內(nèi)外鋼管為一體的話，就會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，帶來極大的破壞性。采用了滑（滾）動支架，就可以使芯管在鋼外護(hù)管內(nèi)自由滑動，基本消除了內(nèi)應(yīng)力。而且，因此也使固定支架所承受的推力大大減小，節(jié)省材料的同時，也增大了安全系數(shù)。同樣，為了能進(jìn)一步減少輻射散熱，因此在玻璃棉層之外加設(shè)鋁箔反射層，或者直接采用帶有鋁箔反射層的玻璃棉管殼。如果將管腔內(nèi)部抽成真空，即抽去玻璃棉層及空氣層內(nèi)的空氣，還可以進(jìn)一步的減小整個管道的導(dǎo)熱系數(shù)以及縮小外護(hù)鋼管的外徑，節(jié)省了成本。這樣一來，整個芯管、管件及附件都被外護(hù)鋼管包容在一個封閉的空腔內(nèi)，成為一個有機的整體。

    1、工作鋼管　2、玻璃棉保溫層　3、鋼外護(hù)管　 4、防腐材料　 5、支架（滾動或滑動） 6、空氣層

    除此之外，也有兩種保溫結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式：即工作芯管、滑（滾）動導(dǎo)向支架、玻璃棉保溫層、鋁箔反射層、空氣隔熱層、鋼外護(hù)管、聚氨酯保溫層、高密度聚乙烯（或玻璃鋼）外保護(hù)層。這種保溫方式結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，制作工藝更為繁瑣，成本更高。
    在遇到工作芯管泄漏時，復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)的管道因為本身結(jié)構(gòu)和保溫材料選用的原因，不但無機保溫層可能會被高壓的蒸汽沖碎，而且還無法將蒸汽所凝結(jié)的水分排出，而滑動支架形式的保溫管道因為工作芯管與鋼管外保護(hù)層之間形成的是一個通腔，因此可利用真空泵通過排潮管將管腔內(nèi)水分及潮氣都吸出。離心玻璃棉在水分被吸干后可繼續(xù)使用，基本不影響隔熱性能。

    蒸汽直埋管道的固定形式

    蒸汽直埋管道的固定形式有兩種即內(nèi)固定形式和外固定形式，外固定即工作芯管和外保護(hù)管同時固定，在每一段管道和補償器的兩端，都要設(shè)兩個很大的鋼筋混凝土支墩，才能保證管道的固定。"塑套鋼"和 "玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)必須采取這種固定形式。內(nèi)固定即內(nèi)外管間的固定，內(nèi)管通過一定的結(jié)構(gòu)形式固定在外保護(hù)管上，充分利用外保護(hù)管的強度和剛度以及外保護(hù)管與土壤之間的磨擦力來使內(nèi)管固定，可節(jié)省鋼筋混凝土支墩。只有以鋼管作為外保護(hù)管才可能采用內(nèi)固定形式。外固定因為必須設(shè)鋼筋混凝土支墩,所以施工占地大、投資多，工期長,而且支墩是管道的薄弱部位，該部位易產(chǎn)生"熱橋"，也易出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，管道運行不正常時，該部位也易出現(xiàn)事故。特別是對"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)，由于溫升引起的外鋼管熱應(yīng)力特別大，鋼筋混凝土支墩的尺寸也特別大，該部位也更易出現(xiàn)事故。對"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)，采用內(nèi)固定結(jié)構(gòu)具有很大的優(yōu)越性。

    蒸汽直埋管道幾種保溫結(jié)構(gòu)和固定形式的應(yīng)用比較

    蒸汽直埋管道的三種保溫結(jié)構(gòu)在實際中都有應(yīng)用，從應(yīng)用的時間看，蒸汽直埋管道應(yīng)用的初期，"塑套鋼"、"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)和外固定形式應(yīng)用的較多，而近年"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)和內(nèi)固定形式應(yīng)用最多。特別是在地下水位高的地區(qū)，幾乎無一例外均采用"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)。"塑套鋼"、"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)初期應(yīng)用多的主要原因是這兩種保溫結(jié)構(gòu)相對于"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)投資能節(jié)省一些，但這兩種保溫結(jié)構(gòu)均有一個致命的缺點，即外套管的接頭處不好處理，接頭處的強度和嚴(yán)密性得不到保證。特別是固定墩處的外套管與鋼管的連接一直找不到好的方法，尤其是玻璃鋼之間的連接受時間、天氣、施工條件等多方面條件的影響，連接質(zhì)量更是難以保證。

另外高密聚乙烯和玻璃鋼這兩種有機材料的耐溫性受到一定的限制，如超過一定的溫度，容易老化，大大地縮短使用壽命，而在一些節(jié)點連接處，由于"熱橋"作用，這部分管段的外表面極易產(chǎn)生超溫現(xiàn)象，因此這部分外保護(hù)管的壽命大大縮短。所以"塑套鋼"、"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)的使用壽命難以保證。特別在地下水位高的地區(qū)，如果外保護(hù)管局部密封不嚴(yán)，地下水滲到保溫層中，就會產(chǎn)生"開鍋"冒汽現(xiàn)象。

這樣的例子屢見不鮮。大連某熱電廠直埋蒸汽外網(wǎng)采用"塑套鋼"、"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)，95年11月正式投入運行，96年5月開始，這兩種管道就逐步開始冒汽，成為當(dāng)時城市的一種特殊的景觀，到98年這部分管道不得不改為"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)。有了這個教訓(xùn)，大連市后來的蒸汽直埋管道都采用"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)，再沒有發(fā)生上面那種情況。2000年全國直埋蒸汽管道技術(shù)研討會在大連召開，總結(jié)全國各地蒸汽直埋管道應(yīng)用的經(jīng)驗及教訓(xùn),與會專家一致認(rèn)為，"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)不再提倡使用，"塑套鋼"保溫結(jié)構(gòu)只能應(yīng)用在地下水位低、土壤干燥的地區(qū)。應(yīng)大力提倡采用"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)及內(nèi)固定形式。因為"鋼套鋼" 保溫結(jié)構(gòu)外保護(hù)管的連接是采用焊接的，外鋼管是完全一體地連接在一起,沒有任何泄露點，且外鋼管局部過熱也不會影響使用壽命，同時采用"鋼套鋼"
 

  保溫結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)固定，可將整段管道做成單元形式，各單元管道都可在工廠預(yù)制，因取消了鋼筋混凝土支墩，預(yù)制好的單元管道只要運到施工現(xiàn)場進(jìn)行焊接連接即可完成，既節(jié)省了占地，又可大大縮短施工時間，也減少了事故點，特別是對施工條件受限制的地區(qū)施工，具有極大的便利，同時管道的綜合造價得到降低。對于南方一些地區(qū)的地下水位較高、土壤潮濕、鹽堿性大的情況，"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)固定的形式有更大的用武之地。經(jīng)過多年的實踐，"鋼套鋼"

    保溫結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)固定在應(yīng)用中從設(shè)計、制作和施工已有一整套成熟經(jīng)驗，并且實際應(yīng)用效果良好，已成為蒸汽直埋管道應(yīng)用的必然選擇。

    隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，蒸汽供熱技術(shù)在不斷提高，實踐證明高溫蒸汽管道直埋技術(shù)是可行的，采用"鋼套鋼"復(fù)合保溫及滑（滾）動導(dǎo)向支架形式結(jié)構(gòu)，解決了管道熱膨脹和保溫密封防水問題，同時管道直埋的熱損失小，從理論上講比架空鋪設(shè)或者地溝敷設(shè)減少50%左右，節(jié)約了占地面積，美化了環(huán)境，并且由于不用開挖尺寸更大的管溝以及省去了砌筑地溝的工序，從而在很大程度上節(jié)省了施工的時間與費用，在城市供熱中具有極大的推廣前景。