直埋蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)形式的分析

方立秀

摘 要：目前，我國部分大中型城市應(yīng)用了直埋蒸汽管道技術(shù)，實踐證明，該項技術(shù)比傳統(tǒng)蒸汽技術(shù)更經(jīng)濟、實用。因此，直埋蒸汽管道有著廣闊的市場前景。為了跟上市場發(fā)展需求，我國加大了對該技術(shù)研究、開發(fā)的力度，許多廠商和科研人員都為此投入了畢生心血，以期促進該技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：直埋蒸汽管道；保溫結(jié)構(gòu)；蒸汽；塑套鋼

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.108

直埋蒸汽管道保溫技術(shù)是一項系統(tǒng)工程，涉及巖土力學(xué)、熱力學(xué)和電化學(xué)等眾多學(xué)科。在投入生產(chǎn)后，管道長期處于運行狀態(tài)，與直埋敷設(shè)熱水管道的技術(shù)相比，該技術(shù)更加復(fù)雜。直埋管道可向周圍土壤換熱，通常情況下，保溫結(jié)構(gòu)包括土壤，其設(shè)計將受周圍土壤阻熱的影響。此外，因其介質(zhì)溫度較高，保溫保護層材料的性能需根據(jù)實際情況選擇。同時，還需考慮管道長期運行下的溫度場對周圍環(huán)境的影響及其介質(zhì)形成的固定墩等。由于保溫管在加工環(huán)節(jié)易吸入潮氣和水分，進而在投入生產(chǎn)后產(chǎn)生大量蒸汽，如果未能及時排出這些蒸汽，則會導(dǎo)致保溫結(jié)構(gòu)被破壞。因此，必須設(shè)計軸向和徑向的排潮通道。

1 直埋蒸汽管道的發(fā)展前景

隨著環(huán)保節(jié)能政策的提出和市容規(guī)劃要求的不斷提高，誕生了新型的地下直埋技術(shù)。該技術(shù)促使高溫管道敷設(shè)的傳統(tǒng)架空和溝敷設(shè)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。直埋蒸汽管道與傳統(tǒng)管道敷設(shè)相比優(yōu)勢較多，比如占地面積較小、施工方便、成本低、不會對市容和城市規(guī)劃造成不良影響等。隨著我國對該技術(shù)的不斷開發(fā)、研究和應(yīng)用，其工程規(guī)模越來越大，出現(xiàn)了各式各樣可供選用的材料和保溫結(jié)構(gòu)形式，這在國際上是極為少見的。目前，國外公司最大可采用的管徑為φ500 mm，而我國河北、陜西等地采用的管徑很多都已達到φ900 mm。直埋蒸汽管道的保溫結(jié)構(gòu)形式有內(nèi)、外滑動兩種，可供選擇的耐高溫材料包括熱壓珍珠巖、復(fù)合硅酸鹽等。雖然直埋蒸汽管道技術(shù)在我國發(fā)展較快，但該技術(shù)在理論、管理等多方面仍存在一些問題，并未真正完善。由于對該技術(shù)的開發(fā)遠遠超出了對其基礎(chǔ)理論的研究，導(dǎo)致設(shè)計時的計算不精準，產(chǎn)品和施工過程遠遠達不到預(yù)期標準，進而在直埋蒸汽管道投入使用不久后便出現(xiàn)跑、冒、漏、傷等現(xiàn)象。因此，為了確保其具有更好的保溫效能，就需要分析、研究以往的實踐經(jīng)驗，并加大對該技術(shù)的研究力度。

2 直埋蒸汽管道的保溫結(jié)構(gòu)形式

2.1 復(fù)合式

由于直埋蒸汽管道的介質(zhì)溫度會超過200 ℃，因此，如果僅設(shè)計一層聚氨酯保溫層，則無法達到保溫效果，需要采用復(fù)合式保溫結(jié)構(gòu)。復(fù)合式保溫結(jié)構(gòu)主要有以下2種。

2.1.1 塑套鋼

該結(jié)構(gòu)包含工作芯管、潤滑層、復(fù)合保溫層和高密度聚乙烯外保護層。潤滑層可使隔熱層與工作芯管相互滑動，從而避免工作芯管因不同的熱膨脹系數(shù)而拉扯損壞。復(fù)合保溫層是指無機憎水保溫材料與聚氨酯泡沫保溫層的結(jié)合。通?？蛇x擇無機潤滑劑或無機減阻層作為潤滑層的材料。同時，可將鋁箔反射層加設(shè)在無機保溫層外，起到阻擋輻射、減少熱損失的效果。溫度為220 ℃的低溫蒸汽輸送中，可使用此種直埋蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)。雖然該結(jié)構(gòu)的成本較低，但其使用壽命較短、安全性較低。

2.1.2 鋼套鋼

該結(jié)構(gòu)包含工作芯管、潤滑層、復(fù)合保溫層、鋼外護管。這種結(jié)構(gòu)的使用壽命長，具有較高的安全系數(shù)，具有耐高溫、抗高壓的特點。當蒸汽破壞無機和碳化聚氨酸泡沫保溫層、高密度聚乙烯外套管時，選用鋼套鋼復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)能防止蒸汽傷人。通常以兩布三油、三層PE和環(huán)氧粉末噴涂等形式作為鋼外護管的防腐措施。

2.2 滑動式

該形式多為鋼套鋼復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)，由工作芯管、滑動或滾動導(dǎo)向支架、玻璃棉層、空氣隔熱層和鋼外護管組成。該結(jié)構(gòu)投入生產(chǎn)后，蒸汽溫度近似于芯管溫度，且鋼外護管溫度可達40 ℃。受溫度影響，其伸長量有較大差異，但如果內(nèi)外鋼管的間距為0、應(yīng)力過高，則其破壞性極大。因此，該形式下鋼外護管中的工作芯管必須呈自由滑動狀態(tài)才不會出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，從而減小固定支架的承受力、提高安全系數(shù)。此外，可在玻璃棉層加設(shè)鋁箔反射層，起到防輻射、散熱的效果，或選用玻璃棉管殼中帶有鋁箔反射層的材料也可實現(xiàn)此效果。同時，為了進一步降低成本，還可以將玻璃棉和空氣層中的空氣抽出，減小和縮小管道導(dǎo)熱系數(shù)和鋼外護管的外徑。通過此設(shè)計，鋼外護管可將管附件等密封在其管腔內(nèi)，構(gòu)成完整的保溫結(jié)構(gòu)形式。此外，該形式還可以將兩種保溫結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，但二合一的形式成本較高，技術(shù)也更復(fù)雜。

2.3 固定式

該形式有內(nèi)固定節(jié)、外固定節(jié)和全固定節(jié)三種。其中，內(nèi)固定節(jié)形式是指在外保護管上以相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式固定內(nèi)管，其外保護管的強度極大，能與土壤產(chǎn)生摩擦力，從而固定管道并降低施工成本；全固定節(jié)、外固定節(jié)形式極為相似，皆是同時連接外保護管與工作芯管形成整體，并使用鋼筋混凝土墩將其固定在土壤中，以確保管道的穩(wěn)定性，不同之處在于外固定節(jié)形式不需要接觸內(nèi)管，只需穩(wěn)定外管即可。

3 結(jié)束語

通過對直埋蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)形式的研究可發(fā)現(xiàn)，其技術(shù)相當復(fù)雜，且存在尚未解決的問題。由于上述3種直埋蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)勢，因此，在選用時要根據(jù)實際情況，了解地質(zhì)條件、介質(zhì)溫度、管徑等因素和建筑方面、熱動力方面的相關(guān)知識，從而促使這3種形式有效發(fā)揮其作用。然而，根據(jù)實際應(yīng)用調(diào)查發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用最廣泛的是外固定節(jié)形式和鋼套鋼復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)，且后者更是被廣泛應(yīng)用于地下水位較高的地區(qū)。因此，隨著直埋蒸汽管道市場需求的增加，需要加大研究力度，以促進其發(fā)展。

〔編輯：張思楠〕