新型架空蒸汽管道及其附件的應(yīng)用

文_王春光 中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司

集中供熱由于存在熱能長距離輸送的問題，供熱管網(wǎng)的散熱損失是其能源損耗的重要來源，而相較于居民采暖熱水供熱管網(wǎng)的散熱損失，工業(yè)用戶所采用的蒸汽供熱管網(wǎng)散熱損失更大。因此，減少工業(yè)用戶蒸汽供熱管道的散熱損失，對節(jié)約能源，提高管道輸送效率，減少熱源能耗具有積極作用。

本文基于供熱工程實(shí)踐，就預(yù)制架空蒸汽管道和新型隔熱管托在工程中的合理結(jié)合使用，以降低蒸汽管道在輸送過程中的散熱損失進(jìn)行研究探討，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)應(yīng)用提供一些參考與借鑒。

1 傳統(tǒng)架空蒸汽管道存在的弊端

1.1 管托與管道之間易形成熱橋效應(yīng)

傳統(tǒng)的架空蒸汽管道由于在管道與管托之間沒有采用隔熱措施，導(dǎo)致管道中的熱量通過工作管直接傳遞至管托，再由管托傳遞至外部空間散失，也就是形成了所謂的熱橋效應(yīng)。由于架空蒸汽管道支架較為密集，因此，由管托形成的熱橋效應(yīng)所造成的熱量散失損耗在整個(gè)供熱管道輸送系統(tǒng)熱損耗中的占比較大。

1.2 傳統(tǒng)管道保溫結(jié)構(gòu)問題

傳統(tǒng)的管道保溫結(jié)構(gòu)采用的是高溫玻璃棉現(xiàn)場保溫，即在管道安裝完成后，由工人現(xiàn)場對管道進(jìn)行保溫作業(yè)。這種傳統(tǒng)的管道保溫結(jié)構(gòu)，主要存在兩方面的問題，一是這種采用高溫玻璃棉現(xiàn)場保溫的形式，保溫結(jié)構(gòu)會隨著管道運(yùn)行時(shí)間的增加而出現(xiàn)松散、脫落等現(xiàn)象，導(dǎo)致保溫效果衰減嚴(yán)重，一般經(jīng)過3～5年就需要重新進(jìn)行保溫；二是這種現(xiàn)場人工保溫作業(yè)的方式，保溫效果會在很大程度上受到工人作業(yè)質(zhì)量的影響，一旦工人作業(yè)質(zhì)量不合格或是現(xiàn)場管理跟不上，就可能造成保溫效果不理想以及保溫結(jié)構(gòu)壽命縮短等問題。

2 新型架空蒸汽管道結(jié)構(gòu)

2.1 隔熱型滑動(導(dǎo)向)管托

隔熱型滑動（導(dǎo)向）管托主要體現(xiàn)在管托與工作鋼管間采取隔熱措施，以減小或者完全消除熱橋效應(yīng)。常用的隔熱型滑動（導(dǎo)向）管托有兩種形式，一種為管托與管道保溫層接觸（以下統(tǒng)稱為a型管托），詳見圖1；一種為管托與工作管接觸（以下統(tǒng)稱為b型管托），詳見圖2。

圖1 a型管托

圖2 b型管托

a型管托的優(yōu)點(diǎn)在于無需破壞保溫管道既有保溫結(jié)構(gòu)，安裝簡便。缺點(diǎn)在于該種管托與管道安裝完成后，其與管道間受力關(guān)系相對比較復(fù)雜，且與管道保溫材料的選擇及工廠預(yù)制的工藝有關(guān)。因此在選用該種管托前應(yīng)充分考慮預(yù)制管道的保溫層結(jié)構(gòu)及相應(yīng)材料的物理性能。

b型管托的優(yōu)點(diǎn)在于受力相對簡單，僅需承受管道的水平、垂直荷載。其缺點(diǎn)在于管托與工作管間的硅酸瓦塊在運(yùn)輸與安裝過程中容易脫落，且其是與管道直接接觸，需撥開預(yù)制管道的保溫結(jié)構(gòu)。

2.2 隔熱型固定支座

隔熱型固定支座雖然無法像隔熱型滑動（導(dǎo)向）管托那樣有效的減少熱損失，但是也較傳統(tǒng)固定支座很大程度上減少了散熱損失。目前常用的隔熱型固定支座有兩種形式，一種為環(huán)形肋板固定支座（以下統(tǒng)稱為c型固定支座），詳見圖3；一種為肋板剪力釘固定支座（以下統(tǒng)稱為d型固定支座），詳見圖4。

圖3 環(huán)形肋板固定支座（c型固定支座）

圖4 肋板剪力釘固定支座（d型固定支座平面）

c型固定支座的優(yōu)點(diǎn)在于熱損失小。環(huán)形斜肋板與傳統(tǒng)的肋板相比，肋板的長度更長，熱傳導(dǎo)長度更大，因此熱損失更小。但是其缺點(diǎn)也很明顯，即它最大可承受1000kN左右的推力。因此該種形式的固定支座只能用于小管徑蒸汽管道或者推力較小的次固定支架。

d型固定支座的優(yōu)點(diǎn)在于焊接強(qiáng)度高、受力條件好、穩(wěn)定性好以及承受推力大，該種結(jié)構(gòu)能夠承受高達(dá)6000kN的推力。因此該種形式的固定支座適用于大口徑蒸汽管道或者推力較大的主固定支架。其缺點(diǎn)在于雖然其相較傳統(tǒng)固定支架散熱損失減小，但是與c型固定支架相比其散熱損失較大。

2.3 預(yù)制保溫架空蒸汽管道

預(yù)制保溫架空蒸汽管道采用復(fù)合保溫材料，其保溫結(jié)構(gòu)從里往外的結(jié)構(gòu)為：工作鋼管—防腐層—保溫層（微孔硅酸鈣瓦）—反射層（鋁箔玻纖布）—外層保溫層（內(nèi)層聚氨酯泡沫）—防護(hù)層（鋁合金、鎂鋼、玻璃鋼）。硅酸鈣固定需要使用0.2mm不銹鋼帶捆扎，捆扎間距不大于600mm，硅酸鈣安裝需要錯(cuò)縫、填縫。

該種保溫結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)保溫結(jié)構(gòu)主要有以下5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①較傳統(tǒng)保溫形式保溫效果更好；②為工廠預(yù)制免去現(xiàn)場保溫過程中的人為缺陷；③大大縮短了施工周期，減少了現(xiàn)場保溫人員的工作量；④使用年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)保溫結(jié)構(gòu)，且隨著使用年限的增加不會出現(xiàn)保溫結(jié)構(gòu)物理性能衰減嚴(yán)重的情況；⑤保溫結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較大，可配合a型管托的使用。

3 預(yù)制保溫架空蒸汽管道與隔熱管托的應(yīng)用

以北方某市工業(yè)園區(qū)架空蒸汽管網(wǎng)為例。該項(xiàng)目的管徑為DN700，設(shè)計(jì)參數(shù)為溫度350℃、壓力1.6MPa，最遠(yuǎn)輸送距離為11km。在可研階段對傳統(tǒng)保溫管道與預(yù)制保溫管道保溫性能做性能對比計(jì)算，結(jié)論為在同等保溫厚度的前提下，預(yù)制保溫管道相比傳統(tǒng)保溫管道的散熱損失減小約25%，因此選用了預(yù)制保溫管道。

同樣，固定支架采用了新型隔熱支架，但是根據(jù)支架受力分為兩種類型，一種為次固定支架，其所需承受水平推力較小，因此采用了c型固定支架；另一種為主固定支架，其所需承受水平推力較大，因此采用了d型固定支架。在滑動（導(dǎo)向）管托的比選中也采用了新型的隔熱滑動（導(dǎo)向）管托。

但是新型隔熱滑動（導(dǎo)向）管托又分為a型與b型兩種形式，最后基于以下2個(gè)原因選擇了a型管托：

①經(jīng)濟(jì)性。a型管托與b型管托的形式基本相同，從其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上來說主要的不同點(diǎn)在于a型管托較b型管托少了一層硅酸瓦塊保溫層，因此a型管托較b型管托成本更低。

②適用性。在該工程施工圖設(shè)計(jì)過程中，考慮管道的注水打壓，經(jīng)計(jì)算DN700架空蒸汽管道的支架間距≯14.5m。為了降低工程投資，因此將常規(guī)支架間距（鄰近補(bǔ)償器的支架間距根據(jù)補(bǔ)償器的類型不同，支架間距略有不同，但都小于14m）定為14m。國內(nèi)供熱管道的單根長度為12m，b型管托需要直接與工作鋼管接觸，如采用b型管托需撥開預(yù)制保溫架空管道，而a型管托只需直接卡在保溫層外側(cè)。

該工程在運(yùn)行初期，實(shí)際供熱負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷的75%，經(jīng)儀表監(jiān)測該項(xiàng)目的溫降為3.5℃/km，與傳統(tǒng)工藝對比每千米溫降降低2℃左右，節(jié)能約為36.4%。

4 結(jié)語

預(yù)制保溫架空蒸汽管道的應(yīng)用可大大縮短施工工期，降低工程施工費(fèi)用。預(yù)制保溫架空蒸汽管道及隔熱支架的合理應(yīng)用，可以最大限度地降低散熱損失，節(jié)約能源。預(yù)制保溫架空蒸汽管道在后期的維護(hù)工作上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)保溫工藝，大大降低企業(yè)后期的運(yùn)行維護(hù)成本。