直埋蒸汽管道的設(shè)計要點(diǎn)探討

朱彥

中國航空工業(yè)成都飛機(jī)公司 四川成都 610091

隨著我國深入推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，生態(tài)文明建設(shè)工作日益凸顯，企業(yè)也逐步重視對廠區(qū)環(huán)境的治理。為了打造公園式綠色工廠，某些企業(yè)逐步對原有架空蒸汽管道實(shí)行了下地改造。針對蒸汽管道直埋技術(shù)我國進(jìn)行了深入研究，并且取得了一定成效，而我們通過分析蒸汽管道直埋技術(shù)方法，則可以將其中一些科學(xué)依據(jù)提供給我國蒸汽管道節(jié)能技術(shù)的發(fā)展中[1]。

1 直埋蒸汽管道的概述

在直埋蒸汽管道中，主要由保溫層、工質(zhì)管、內(nèi)層、外鋼管、有機(jī)保溫層等部門組成。其中，在內(nèi)層方面主要是針對工質(zhì)管伸縮運(yùn)行時對保溫層產(chǎn)生的摩擦作用進(jìn)行處理，具有一定延伸性、回彈性，可以包括在外層，可以在路面振動方面對工質(zhì)管造成的影響予以降低。而工質(zhì)管則是用于工作的鋼管，主要是傳輸各種介質(zhì)。保溫層結(jié)構(gòu)的制作材料是質(zhì)地較硬的保溫瓦塊，在內(nèi)層之外發(fā)揮支撐作用。有機(jī)保溫層則是針對主保溫和外鋼管之間利用聚氨酯發(fā)泡層進(jìn)行固定和結(jié)合，通常采用40毫米以下的厚度，這種聚氨酯材料通?？梢阅褪?50攝氏度以上的高溫。而外鋼管則主要發(fā)揮防護(hù)、負(fù)載、防腐等作用，有效降低內(nèi)鋼管產(chǎn)生的摩擦力。在現(xiàn)階段對蒸汽直埋管道的應(yīng)用中，主要采用了內(nèi)滑動型和外滑動型兩種結(jié)構(gòu)類型。

1.1 內(nèi)滑動型

在內(nèi)滑動型結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中，通常是采用無機(jī)類保溫材料包裹在工作鋼管外層，通過這種方式可以顯著提升保溫管道的耐溫性，并且這種材料自身可以承受極高的溫度，可以有效降低外壁溫度，保證將溫度控制在聚氨酯材料可以承受的溫度范圍內(nèi)，選擇聚氨酯發(fā)泡包裹在其外部，并利用外管套包裹進(jìn)一步提升防水性，在這一保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計中，將聚氨酯材料的保溫性能優(yōu)勢充分發(fā)揮了出來，并對其粘結(jié)力強(qiáng)、抗壓能力強(qiáng)等特點(diǎn)加以利用，形成了復(fù)合保溫管道[2]。

1.2 外滑動型

在應(yīng)用外滑動型管道過程中，管溝防水性能容易受到影響，因此采用支架設(shè)置在了外管內(nèi)部，讓外部的鋼外管套與工作鋼管、相應(yīng)保溫材料之間產(chǎn)生滑動，這種外滑動現(xiàn)象也就構(gòu)成了鋼管溝構(gòu)造。

2 蒸汽管道直埋技術(shù)

在蒸汽直埋管道應(yīng)用中，危險性較高，針對溫度高于250攝氏度、壓力高于1.0MPa的管道尤為顯著，具有高溫性、高壓性，遠(yuǎn)超過熱水管道，在熱水管道中溫度通常不會超過150攝氏度，而壓力更是低于1.3MPa。因此，針對蒸汽管道直埋工程質(zhì)量信息，需要采用設(shè)計和計算的方式進(jìn)行獲取。

2.1 保溫和熱力計算

首先，計算保溫層厚度，針對直埋蒸汽管道，需要按照相關(guān)原理進(jìn)行實(shí)際的計算，通常需要對無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)一維圓筒導(dǎo)熱方面相關(guān)原理加以運(yùn)用，將能量守恒定律作為原則，表述出保溫層中任意半徑位置對應(yīng)的溫度數(shù)值，通常利用微積分表達(dá)式進(jìn)行表示。在實(shí)際工程計算過程中通常會對管道外表面溫度tw進(jìn)行確定，利用t1表示工作鋼管半徑rt的對應(yīng)溫度，公式為tw=33.4+0.028（t1-50），利用這個公式可以對外表面溫度進(jìn)行計算，從而對邊界條件予以確定。之后，使用傅里葉定律、積分等方式推導(dǎo)熱流量，結(jié)合相關(guān)公式對保溫層的溫度進(jìn)行聯(lián)合計算。這個過程中涉及到了十分復(fù)雜的計算。針對相應(yīng)的公式，相關(guān)工作人員對一定應(yīng)用程序進(jìn)行編寫用于解答這些公式，便于后續(xù)計算工作，之后借助保溫管道適當(dāng)調(diào)整表面溫度，并對保溫層厚度進(jìn)行調(diào)整，并結(jié)合相關(guān)公式有效控制散熱損失。

其次，管道降溫，部分蒸汽管道只負(fù)責(zé)較短的輸送距離，在流速選擇過程中通常也清楚掌握了流量數(shù)值。并且，在實(shí)際計算過程中并不需要對溫降、管道沿途壓力損失等予以考慮，計算過程中只需要將蒸汽管道直徑作為依據(jù)。在針對蒸汽管道壓力損失進(jìn)行計算時，需要對其密度變化予以考慮并對其蒸汽平均密度進(jìn)行確定，對熱損失、溫降、平均密度等予以進(jìn)一步計算[3]。

2.2 管道敷設(shè)

首先，工作鋼管的設(shè)計，在鋼套結(jié)構(gòu)中工作鋼管位于保溫層中間位置，通常為了保證工作鋼管可以自由延伸會設(shè)置一層耐磨減阻層，保證在一定膨脹狀態(tài)小阻力也在可以承受范圍內(nèi)，從而可以穩(wěn)定運(yùn)行。同時，在兩個鋼管之間可以借助導(dǎo)向支架保持鋼管同心，保證工作鋼管運(yùn)行狀態(tài)維持正常。針對直管段的推力可以采用相關(guān)公式進(jìn)行計算，計算出的推力屬于固定節(jié)，之后就可以實(shí)現(xiàn)對工作鋼管整體強(qiáng)度的計算了。在對彎管進(jìn)行設(shè)計時需要進(jìn)行固定節(jié)的設(shè)置，選擇距離彎頭較近的位置作為固定節(jié)設(shè)置位置，同時，可以采用同一公式對固定節(jié)推力進(jìn)行計算。在驗(yàn)算強(qiáng)度過程中需要對壓力產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行計算設(shè)計，在這一過程中需要保證在管道不利點(diǎn)中，合成應(yīng)力低于許用應(yīng)力，并在一定溫度下計算出許用應(yīng)力。鋼管的保護(hù)設(shè)計，保護(hù)鋼管與土壤之間緊密貼合在一起，具有一定保護(hù)作用。因此需要對防腐措施、防護(hù)處理等方面予以加強(qiáng)，在實(shí)際設(shè)計過程中可以向管道周圍添加150mm的沙，從而保證實(shí)現(xiàn)具有持久防護(hù)性能的防腐層，并且不容易破損。同時，針對土壤、管道之間，對一定摩擦系數(shù)予以保證，從而便于后續(xù)計算管道的摩擦力。另外，在保護(hù)鋼管上方還需要設(shè)置鋼筋混凝土，從而實(shí)現(xiàn)良好的固定作用。還有，需要對溫度因素予以考慮，就是指保護(hù)鋼管的溫度，通常包括28攝氏度和50攝氏度。所以，需要對其進(jìn)行充分的利用，對鋼管進(jìn)行熱補(bǔ)償，采取一次性補(bǔ)償，無補(bǔ)償?shù)确绞教幚韀4]。

3 結(jié)語

在當(dāng)前工程使用中逐漸廣泛應(yīng)用了直埋敷設(shè)熱力管道，發(fā)揮了較為顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。在我國工程技術(shù)發(fā)展過程中逐漸頒布和實(shí)施了相關(guān)技術(shù)規(guī)程，將相關(guān)技術(shù)體系規(guī)程、規(guī)范等提供給了蒸汽管道直埋敷設(shè)技術(shù)。如果要對工程質(zhì)量予以保證并實(shí)現(xiàn)直埋蒸汽管道敷設(shè)質(zhì)量的提升，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而提高工程運(yùn)行的可靠性。