直埋蒸汽管道設(shè)計(jì)與施工分析

在工程中針對(duì)不同的地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)條件采用了多種結(jié)構(gòu)型式的直埋蒸汽管道，并在工程建設(shè)中總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。

1 管道保溫結(jié)構(gòu)的選擇

目前直埋蒸汽管道根據(jù)其保溫結(jié)構(gòu)的不同可分為以下4類：

①工作鋼管+軟質(zhì)保溫層+外護(hù)鋼管+防腐層；

②工作鋼管+軟質(zhì)絕熱層+外護(hù)鋼管+聚氨酯保溫層+纏繞玻璃鋼夾克；

③工作鋼管+軟質(zhì)保溫層+真空層+外護(hù)鋼管+防腐層；

④工作鋼管+硬質(zhì)絕熱層+聚氨酯保溫層+纏繞玻璃鋼夾克。

保溫結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件、地下水位條件，考慮管網(wǎng)安全性和工程造價(jià)，其中管網(wǎng)的安全性應(yīng)作為首要條件給予足夠的重視，特別是在選用外護(hù)鋼管直埋蒸汽管道時(shí)。為保證安全性應(yīng)考慮在固定節(jié)處將外護(hù)鋼管隔斷，以確保在管道及節(jié)點(diǎn)(如補(bǔ)償器)處出現(xiàn)泄漏的情況下保溫層受到的破壞只是局部的。由于各個(gè)地區(qū)地下水位情況不一，土壤酸堿度和熱導(dǎo)率也不樣，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的保溫結(jié)構(gòu)。地下水位高的地區(qū)可考慮選用外護(hù)鋼管結(jié)構(gòu)，地下水位低的地區(qū)可與慮選用玻璃鋼外殼結(jié)構(gòu)，二者單位成本相差較大。以DN 400 mm管道為例，工作鋼管+軟質(zhì)保溫層+外護(hù)鋼管+防腐層和工作鋼管+軟質(zhì)絕熱層+外護(hù)鋼管+聚氨酯保溫層+纏繞玻璃鋼夾克兩種保溫結(jié)構(gòu)的直埋蒸汽管道平均造價(jià)(含固定節(jié)、固定墩、補(bǔ)償器、疏水器及保溫補(bǔ)口等)為2233元/m，而工作鋼管+硬質(zhì)絕熱層+聚氨酯保溫層+纏繞玻璃鋼夾克保溫結(jié)構(gòu)的直埋蒸汽管道平均造價(jià)為1500元/m。工作鋼管+軟質(zhì)保溫層+真空層+外護(hù)鋼管+防腐層保溫結(jié)構(gòu)的直埋蒸汽管道由于結(jié)構(gòu)及施工工藝較為復(fù)雜，其平均造價(jià)在前3種直埋蒸汽管之上。 

2 管道節(jié)點(diǎn)的處理

2. 1 排潮管

近幾年，城市道路改造頻繁，排潮管(用于排出保溫層中的潮氣)若直接引出地面，人為毀壞嚴(yán)重，從而給管網(wǎng)安全造成極大隱患。因此，排潮管以接入小井室為宜，且應(yīng)增加閥門，做法見(jiàn)圖1。小井室中的閥門在管道定期排潮時(shí)打開(kāi)，待潮氣排完后及時(shí)關(guān)閉，以防止排潮井中進(jìn)水形成倒灌。

2．2 疏水井

通常的疏水裝置將啟動(dòng)疏水器和經(jīng)常疏水器安裝在同一個(gè)疏水井中，由于排出的凝結(jié)水溫度較高，凝結(jié)水排至井中后迅速汽化，操作維修人員無(wú)法下到井室內(nèi)，不利于后期的運(yùn)行管理和維修。將疏水裝置設(shè)在操作井內(nèi)，將啟動(dòng)疏水器和經(jīng)常疏水器排水口設(shè)在附井內(nèi)，以便運(yùn)行管理和維修，風(fēng)圖2。根據(jù)近年的經(jīng)驗(yàn)，疏水管公稱管徑宜大于等于50 mm，以防管網(wǎng)初運(yùn)行時(shí)堵塞。

2. 3 固定墩及密封隔斷環(huán)板

固定墩的設(shè)計(jì)與區(qū)間閥門井的設(shè)計(jì)宜統(tǒng)一考慮，可減少固定墩體積，降低造價(jià)。對(duì)于采用外護(hù)鋼管的直埋蒸汽管道，應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢?如在每個(gè)固定節(jié)處或間隔一個(gè)固定節(jié)處)增加密封隔斷環(huán)板，以防止某個(gè)隔斷區(qū)間內(nèi)發(fā)生蒸汽泄漏、保溫層進(jìn)水時(shí)對(duì)其他隔斷區(qū)間的影響，較大限度降低事故對(duì)整個(gè)管網(wǎng)保溫層的破壞。近年的工程實(shí)踐表明，由于增加密封隔斷環(huán)板而引起的熱橋效應(yīng)與管網(wǎng)的安全性相比是非常次要的。

3 管道焊接

工作鋼管的焊縫應(yīng)進(jìn)行100％的X光探傷?？紤]外護(hù)鋼管在不利工況下(如保溫材料進(jìn)水、潮濕或運(yùn)行中工作鋼管發(fā)生泄漏等)，其工作狀況已接近直埋熱水管的工況，此時(shí)的外護(hù)鋼管將受到較大的應(yīng)力。若采用搭接焊方式焊接，接頭部位將受到較大的剪切應(yīng)力，極易導(dǎo)致接頭部位破壞。因此，為保證安全性，接頭部位應(yīng)嚴(yán)禁搭接焊，而應(yīng)采用對(duì)接焊。

4 管道材料的選擇

4．1 工作鋼管

對(duì)于DN 250mm及以上的工作鋼管，宜采用輸送流體雙面埋弧焊接鋼管，材質(zhì)為Q235B。DN 250mm以下管道宜采用輸送流體無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20號(hào)鋼。雙面埋弧焊接鋼管每根管焊縫應(yīng)進(jìn)行100％的X光在線探傷，或執(zhí)行GB/T 9711．1-1997《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第1部分：A級(jí)鋼管》標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于要求涂刷高溫防腐漆的工作鋼管，應(yīng)明確要求管道出廠時(shí)不做防腐處理，因?yàn)楦鶕?jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，若采購(gòu)方不做要求，所有出廠管道都要做瀝青防腐，這會(huì)給工作鋼管做高溫防腐帶來(lái)很大麻煩，增加很多不必要的費(fèi)用。

4．2 保溫材料

目前直埋蒸汽管道主要采用超細(xì)玻璃棉與微孔硅酸鈣制品作保溫材料。由于在工程中不能完全保證保溫層不進(jìn)水，因此保溫材料進(jìn)水浸泡再被蒸汽蒸干后其物理性能能否達(dá)到或接近原始的物理性能，是選擇保溫材料的首要條件。鑒于目前主要采用的這兩種保溫材料能否達(dá)到上述要求有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)，根據(jù)近幾年的工程實(shí)踐我們認(rèn)為應(yīng)盡可能采用微孔硅酸鈣制品作保溫材料。

4．3 補(bǔ)償器

直埋蒸汽管道大多采用外壓型波紋管補(bǔ)償器，這是因?yàn)閮?nèi)壓型波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償量一般較小，難以滿足直埋蒸汽管道較長(zhǎng)距離的補(bǔ)償要求，而外壓型波紋管補(bǔ)償器可以滿足直埋蒸汽管道較長(zhǎng)距離的補(bǔ)償要求。由于城市道路地下還情況復(fù)雜，出于施工方便及補(bǔ)償器使用壽命的考慮，建議在定制補(bǔ)償器時(shí)將補(bǔ)償量在理論值的基礎(chǔ)上增加10％～20％。應(yīng)要求廠家提出補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)參數(shù)(如波高、波距、層數(shù)、波數(shù)等)，對(duì)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行校核。對(duì)于直埋管道所用的波紋管補(bǔ)償器還應(yīng)特別注意其方向性。通常，補(bǔ)償器的導(dǎo)流筒在補(bǔ)償器的固定端，與介質(zhì)流向一致，介質(zhì)流向由固定端指向活動(dòng)端。

對(duì)于補(bǔ)償器B1、B2，一般情況下若根據(jù)B1補(bǔ)償器上所標(biāo)注的介質(zhì)流向進(jìn)行安裝，則B1補(bǔ)償器與固定墩相連的一端為活動(dòng)端，這對(duì)于補(bǔ)償器保溫后的管道結(jié)構(gòu)以及管道運(yùn)行是不合適的(此時(shí)，B1補(bǔ)償器整體與管道一起運(yùn)動(dòng))。因此，B1補(bǔ)償器導(dǎo)流筒的方向在定貨時(shí)應(yīng)特殊要求，導(dǎo)流筒應(yīng)與補(bǔ)償器的活動(dòng)端連接。通常把諸如B1位置上的補(bǔ)償器稱作反向補(bǔ)償器，在補(bǔ)償器的定貨中應(yīng)特別注意。

5 結(jié)語(yǔ)

直埋蒸汽管道敷設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都可能導(dǎo)致整個(gè)工程難以彌補(bǔ)的損失。因此，無(wú)論從設(shè)計(jì)、設(shè)備材料的采購(gòu)、施工乃至運(yùn)行都必須認(rèn)真對(duì)待。隨著工程實(shí)踐的日益增多，諸多問(wèn)題必將得到圓滿解決，直埋蒸汽管道將得到更為廣泛的應(yīng)用。