蒸汽長輸管道設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及建議

郭瑞

摘 要：本文主要從蒸汽長輸管道散熱量數(shù)值的確定和疏水器的選型出發(fā)，提出了蒸汽管道高程增加時(shí)宜采用 “臺階式”而高程減少時(shí)宜保持一定坡度連續(xù)減少的建議。同時(shí)也對比了國內(nèi)和國外知名設(shè)計(jì)院蒸汽管道支架設(shè)置不同，可為類似蒸汽長輸管線項(xiàng)目提供參照。

關(guān)鍵詞：蒸汽長輸管道；設(shè)計(jì)難點(diǎn)；建議

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.094

近年來受國內(nèi)環(huán)保、節(jié)能、減排等政策的影響，供熱熱源呈現(xiàn)大型化、集中化的趨勢。在這個(gè)趨勢下，連接熱源和熱用戶的蒸汽長輸管線項(xiàng)目也逐漸增多。和普通管線相比，蒸汽長輸管線的設(shè)計(jì)存在著散熱量控制及疏水；管道具體路徑的確定；管道熱膨脹及管支架設(shè)置等問題。妥善的解決這些問題，才能使蒸汽長輸管線運(yùn)行安全、造價(jià)低、效益高。本文對散熱量控制及疏水器選型、蒸汽管線具體路徑的確定進(jìn)行了分析并提出了自己的見解；在管道支架設(shè)置方面對比了國外設(shè)計(jì)院的設(shè)置方法和國內(nèi)的常規(guī)做法；可為以后蒸汽長輸管道的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 散熱量控制及疏水器選型

蒸汽管道散熱量和工作溫度、環(huán)境溫度、保溫厚度及保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)等有關(guān)。管道工作溫度和環(huán)境溫度差值越大，保溫厚度越小，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)越大；管道散熱量就越大。管道工作溫度受蒸汽用戶用汽工況限制，在設(shè)計(jì)蒸汽長輸管線時(shí)已經(jīng)明確且無法改變。為達(dá)到較小的管道散熱量，就需要減小保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)及增加保溫厚度。保溫材料選定后，導(dǎo)熱系數(shù)也是既定數(shù)值。而增加保溫厚度則會增加管道保溫成本。把管道散熱量、保溫成本控制在合理的范圍就變得十分困難。

圖集98R418還給出室外安裝管道不同工作溫度下管道外表面的散熱量；如下：

設(shè)計(jì)人員可依照給出的數(shù)值參照選用。圖集98R418給出環(huán)境溫度：冬季運(yùn)行工況室外安裝，環(huán)境溫度取-14.2℃（內(nèi)蒙海拉爾冬季平均溫度），全年運(yùn)行工況室外安裝，環(huán)境溫度取-4.1℃（青?，敹嗳昶骄鶞囟龋?。在選定管道外表面散熱量和環(huán)境溫度后，可根據(jù)圖集98R418給出了公式計(jì)算保溫層厚度[1]，如下：

其中：

Di：管道外徑，m；

δt：管道保溫層厚度，m；

T0：管道工作溫度，即管道介質(zhì)溫度，℃；

Ta：環(huán)境溫度，℃；

[Q]：管道外表面散熱量，W/m2；

k：管道外表面散熱量系數(shù)；

αs ：保溫層外表面放熱系數(shù)，對室外安裝管道，取23.26W/（m2·℃）；

當(dāng)確定好管道散熱量和保溫層厚度之后，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)下式估算管段某一長度的疏水量：

其中：

L：管段長度，m；

hs：蒸汽焓值；

hw：相應(yīng)壓力下飽和水的焓值；

n：安全系數(shù)，>1。

安全系數(shù)的選取帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性；需考慮蒸汽本身是否帶水，管段上閥門、管托等的影響；通常建議取n=2～3。疏水器應(yīng)設(shè)置在管段上升段的起始點(diǎn)（低點(diǎn)）。對于水平敷設(shè)或持續(xù)傾斜敷設(shè)的管道可按照一定間距設(shè)置。疏水器常設(shè)置在固定支架附近。間距的選取也帶有很大經(jīng)驗(yàn)性，建議取60～100m。

2 蒸汽管線具體路徑的確定

在考慮蒸汽具體路徑時(shí)，蒸汽管道的終點(diǎn)已經(jīng)明確。蒸汽管線路徑的選取需考慮所經(jīng)過場地的地形地貌，管道宜平行于建筑物或道路；盡可能的減少穿越公路、鐵路、河谷。當(dāng)?shù)拇_需要穿越時(shí)，蒸汽管線需以一個(gè)較大的角度穿過。

蒸汽管線具體路徑及高程的確定需考慮疏水的方便。蒸汽管道水平布置時(shí)，按照選取的間距設(shè)置疏水器即可。對于高程增加的蒸汽管線，為了疏水方便減少水錘；宜采用臺階式逐步達(dá)到所需高程。臺階下部管道低點(diǎn)需設(shè)置疏水器。對于高程減小的蒸汽管線；宜采用連續(xù)坡度緩慢降低管道高程，不宜采用臺階式迅速降低高程。在保持連續(xù)坡度的管段，可按選取的間距設(shè)置疏水器。

3 管道熱膨脹及管支架設(shè)置

和其它管道相比，蒸汽管道還有熱膨脹問題。在處理蒸汽管道熱膨脹問題之前，需用固定支架將蒸汽管道“分段”。固定支架設(shè)置和蒸汽管道“分段”需盡可能利用管道走向自然形成的“L”型和“Z”型來形成自然補(bǔ)償。除“L”型段和“Z”型段外，蒸汽管道應(yīng)盡可能使用方形型補(bǔ)償器；方形型補(bǔ)償器需盡可能的水平設(shè)置或和蒸汽管道保持相同坡度設(shè)置，盡量不要采用向上或向下的臺階式設(shè)置。在條件不允許的情況下，才考慮設(shè)置套筒補(bǔ)償器、波紋補(bǔ)償器和球形補(bǔ)償器等。因?yàn)榉叫涡脱a(bǔ)償器由彎頭組成，有著和直管段相近的強(qiáng)度，不容易泄露。而其它類型補(bǔ)償器往往強(qiáng)度不夠，容易發(fā)生泄露。

國內(nèi)通常在離方形補(bǔ)償器兩端約40倍公稱直徑處設(shè)置導(dǎo)向支架[2]，在兩端設(shè)置2～3個(gè)導(dǎo)向支架后便設(shè)置無任何管道徑向位移限制的滑動(dòng)支架。而一國際知名設(shè)計(jì)院則建議在方形補(bǔ)償器外盡可能短的位置上設(shè)置導(dǎo)向支架，以減少作用在導(dǎo)向支架上的力矩。整個(gè)管段長度上除固定支架外其它所有支架均設(shè)置帶有對管道徑向位移限制的導(dǎo)向支架。各限位所預(yù)留的間隙根據(jù)距固定支架距離的長短、熱位移方向預(yù)估并園整至特定的幾個(gè)數(shù)值，如10mm、30mm、50mm、70mm等；左右限位預(yù)留間隙也可以不相同。這樣既可以不限制管道由于溫度升高而引起的熱位移，同時(shí)也可以消除管道的風(fēng)荷載、地震荷載、管道振動(dòng)等可以造成管道徑向位移。對于利用自然補(bǔ)償?shù)腪型或L型補(bǔ)償器，該設(shè)計(jì)院建議在長臂靠近彎頭處設(shè)置支架，以減小力矩；長臂靠近彎頭處的支架限位間隙大一些，向固定支架靠近時(shí)支架限位間隙逐漸減小。

4 結(jié)束語

把長輸蒸汽管道散熱量和保溫成本都控制在一個(gè)合理的范圍十分難以平衡的問題，設(shè)計(jì)人員可以參照相關(guān)圖集并結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)、業(yè)主對保溫成本的控制做出相應(yīng)的決定。確定管道散熱量后便可確定蒸汽管道疏水量，進(jìn)行疏水器選型。管道具體路徑需結(jié)合現(xiàn)有的地形地貌、建筑物分布及現(xiàn)有道路來決定。當(dāng)管道具體路徑大致確定之后，便可進(jìn)行管道支架和補(bǔ)償器設(shè)置。當(dāng)補(bǔ)償器設(shè)置困難而現(xiàn)場條件允許時(shí)，也可具體調(diào)整管道路徑；使補(bǔ)償器設(shè)置方便。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃輝，王為等.管道及設(shè)備保溫[M].北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所，2002：2-40.

[2]《動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊》編寫組.動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：446.