直埋工业蒸汽管道的技术探讨

RubenMcdan

摘要：目前，我国直埋技术已经逐渐突破材料与技术的限制，有了更大的适用范围，并在施工中运用保温材料与相应的结构形式，解决了蒸汽管道复杂的热应变受力、较大的热位移与较高温度等问题。直埋蒸汽保温管的目的有2个概括性的解释：一是保证蒸汽管道能在地下长期稳定运行；二是保证保温管能起到良好的保温效果，不浪费能源，不破坏园林绿化。为达到这两个目的，直埋蒸汽保温管的结构形式一直在不断改进。本文主要分析了直埋工业蒸汽管道几点技术。
关键词：工业蒸汽管道；直埋技术；方法；
近年来，随着我国制造、化工等行业的不断发展，工业管道的直埋和吹扫技术变得越来越重要，在技术上取得了很大进步，为设备与管道的运行安全提供了科学的保障。
一、保温结构形式
保温结构对于直埋敷设蒸汽管道十分重要，各种保温结构的优劣性也有差异，在选择时对使用寿命、地下水位高低、工期长短和投资效益等要进行综合考虑，其形式主要有以下三种：
1.内滑动外固定，其中的“内滑动”表示保温结构和工作钢管二者分离，并且高温蒸汽会对其产生影响，从而出现热膨胀和位移，外管套就会和保温结构层结合在一起，不发生运动。润滑层在钢管外表面，保温结构内层是由隔热层形成的，其材料为硅酸镁瓦块或耐高温硬质微孔硅酸钙，外层的保温层则采用聚氨醋泡沫塑料，外保护层选择外管套时应以保温层外径大小为依据，焊接钢管的材料为规格不同的成品或钢板卷。通常使用混凝土制作该结构的固定基础，不用装设导向架，选择鞍式支座为固定支座，并于土建预埋件上焊接。将钻有排潮孔的排潮管设置在保温层中，钻孔部位与工作钢管接触且插人保温结构。超过地面高度500mm处伸出排潮管，且将其回弯设置的与混凝土固定墩尽量靠近。
2.内滑动内固定，即在外套管的固定端处固定工作钢管，固定时不需要钢筋混凝土。为使产生于管道的水平推力得到满足，固定端的强度必须足够，为使热桥效应减少需进行隔热。制成外套管的钢管强度及壁厚应与固定焊接支架需承担的力相满足，且有排潮管设置。工作钢管、润滑层、铝箔反射膜、与外套管等共同组成保温结构。
3.外滑动内固定，需精密结合工作钢管和保温材料，形成的整体在热膨胀时运动同步。留10-20mm的间隙在保温层和外套管之间，既是良好的信号管和排潮通道又可保温。隔热导向支架设置在外套管和工作钢管之间时应有距离间隔，选择滑动导向架为导向支架，滚动支架为大管径导向支架，参照外套管防腐要求安装排潮管。
二、固定支座与补偿器
1.蒸汽直埋管道宜采用外压式波纹补偿器，补偿器应考虑15%-20%的膨胀余量。补偿器的导流筒应选用3mm以上的碳钢，为防止氯离子对不锈钢的腐蚀，补偿器的材料应尽量选用超低碳不锈钢或高锰不锈钢。为便于维修，在布置的补偿器尽量设置直埋式补偿器井。
2.蒸汽直埋管道在温度作用下，热胀冷缩，产生应力，容易危及安全，必须进行补偿。一般补偿方式有四种，即管道预热拉伸、一次性补偿、自然补偿和采用补偿器。国内外许多设计都优先考虑自然补偿方式，实践也证明此方式最安全、最可靠。蒸汽直埋管道正是在温度变化时，弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。蒸汽直埋管道的热补偿形式和架空管道的热补偿形式基本相同，直埋管道的平面布置和走向首先应充分考虑管道本身的自然补偿。对蒸汽直埋管道进行热力分析，如果管系或局部柔性不足，产生的热应力过大，对固定支座的推力超过推力演算允许值时，首先应考虑增强管系的自然补偿能力。只有当自然补偿不能满足要求时，才考虑采用补偿器补偿。蒸汽直埋管道一般选用波形补偿器或专门为蒸汽直埋管道设计的补偿器，不得使用有填料函的套筒式补偿器。补偿器和工作钢管一样，外套管全封闭。全直埋式波形补偿器不需要另加外套管。当外套管表面温度超过50 ℃，且直管段较长，外套管具有一定的热伸长量时，也应采取补偿措施。外滑动内固定和内滑动外固定蒸汽直埋管固定支架的推力计算方法与架空管道固定支架的计算方法基本相同。
三、疏水装置与排潮管
1.在蒸汽直埋管道的低点，应设置运行和启动疏水装置。疏水装置应设有疏水罐、疏水总阀、隔断阀、疏水器和放水阀，疏水器应选用热动力式疏水器。疏水装置应设置在固定支座处，疏水管一般由疏水罐侧面引出至疏水井（副井），也可采用上疏水（疏水管从蒸汽管上穿出），用疏水器直接将凝结水引至地面。
2.排潮管设在固定支座附近，应有可靠的保温防腐措施，排潮管一端应插入无机保温材料或空气层中，另一端接至地面以上，弯口向下，排潮管应有可靠的防雨、防灌水及堵塞措施。
3.井室。蒸汽直埋管道井室应采用钢筋混凝土浇注，并采取有效的防水措施，应采用法兰密封，井室应对应布置两个井口，井深超过4米应采用双层井室设计，两层井口错开布置，远方操作布置在上层。一般疏水井宜采用主副井布置方式，阀门、疏水器布置在主井，排水接至副井，副井与主井可相邻布置，也可分开布置。必要时，直埋蒸汽管道设置补偿器井，补偿器井应做成直埋式，只在补偿器故障时使用。
四、施工过程
1.施工前，应对开槽范围内的地上地下障碍物进行现场核查，逐项查清障碍物构造情况，以及与工程的相对位置关系。土方施工中，对开槽范围内各种障碍物应采取必要的保护措施。同时，必须按有关规定设置沟槽边护栏、夜间照明灯及指示红灯设施，并按需要设置临时道路或桥梁。在施工安装过程中，管道焊接后，补口以外管道应先行回填土，回填土应为原土，不得回填建筑垃圾、石块等硬物，以免破坏管道的防腐层。管道焊接应严格执行《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》及《城市供热管网工程施工及验收规范》中“焊接及检验”的规定。工作管的现场接口焊缝应全部做100%X射线探伤，合格标准为Ⅲ级。外护钢管接口应按0.6MPa 压力等级焊接，用超声波做全部焊缝探伤，合格等级为Ⅲ级。
2.接口处保温结构应与主管相同。保温补口应在工作管接口焊缝探伤合格且在沟下无积水、非雨天的条件下干式作业。应先进行硅酸钙保温包敷，达到嵌缝严密。再焊接外护套管，然后进行聚氨酯浇注发泡。钢外护管补口段应与两端套管搭接角焊，焊接不少于两遍。焊接合格后，补口段做4布6油环氧煤沥青防腐层，厚度不小于1m。直埋管道检验合格后应进行全线管道蒸汽吹洗。吹洗压力为0.6-0.8MPa，流速不应低于30 m/s。吹洗过程中要注意固定墩、补偿器、疏水阀、排潮管等处是否有异常现象。管道在吹洗前应暖管、烘管，逐渐排尽冷凝水及套管保温层内水蒸汽，温度应升至200℃且恒温4 h后进行吹洗。管道试运行时间为连续72h，发现问题应及时处理。
直埋蒸汽管道若能在管材选用、设计、施工、运行这几个环节采取有效的技术措施，并在应用中严格执行，就一定能得到好的应用结果，这已经在实践中得到了证明。
参考文献：
[1]杨秀芹. 汽轮机使用说明书[M]. 杭州： 哈尔滨工业大学出版社， 2011： 9-13.
[2]郑勇. 关于工业蒸汽管道的吹扫[J]. 化学工业与工程技术， 2011.
[3]工业金属管道工程施工及验收规范[S].北京： 中国计划出版社， 2010： 32-33.