直埋蒸汽管道

  1 蒸汽管道直埋技术发展概况

        早在20世纪30年代，国外已经开始对供热管道直埋技术进行研究，并将其应用于生产、生活中。早期由于受技术和材料的限制，该技术仅适用于地下水位低、土质干燥、无腐蚀等地区。后来，随着高分子有机合成材料技术的发展，北欧等地区的发达国家采用聚氨酯塑料发泡作为保温材料，并以高密度聚乙烯管作为外护壳，研制出预制直埋保温管，使供热管道直埋技术有了重大的突破。20世纪80年代初，我国在一些城市的热网工程中*采用了从北欧国家引进的直埋保温管，对供热管道进行直埋敷设。经过30多年的发展，我国目前在改建、扩建和新建等热水管网工程中大多采用直埋敷设方式，经济效益明显得到了提升。

        蒸汽管道由于输送介质温度较高、管道热位移大、热应变受力情况复杂，普通供热管道直埋技术已经无法满足蒸汽直埋管道的结构要求。从20世纪90年代初，我国就开始研制适合高温蒸汽管道直埋敷设的保温材料和保温结构形式，并将其运用到施工中。由于缺乏理论依据和实践经验，且蒸汽管道直埋技术较为复杂，再加上我国该项技术起步晚、发展慢，保温结构形式在实践中有许多问题有待改进和完善。

        2 保温结构形式

        目前蒸汽管道直埋敷设的保温结构形式一般可归纳为三种，即内滑动外固定、内滑动内固定和外滑动内固定。

        2.1 内滑动外固定

        所谓“内滑动”就是工作钢管与保温结构是分离的，工作钢管受蒸汽高温影响，产生热膨胀并发生位移，而保温结构层与外套管成为一体，不产生运动。钢管外表面有4～7 mm的润滑层，保温结构内层为耐高温硬质微孔硅酸钙或硅酸镁瓦块隔热层，外层用聚氨酯泡沫塑料作为保温层，外保护层根据保温层外径大小采用不同规格的成品焊接钢管作为外套管，也可以采用钢板卷焊钢管，卷焊的外套钢管焊缝需进行100%的射线探伤。

        该结构的固定基础一般采用钢筋混凝土制作，不设导向架。一般固定支座采用鞍式（三通）支座，支座焊接在土建预埋件上。保温层应设置排潮管，排潮管上钻有排潮孔，钻孔部位需插入保温结构并接触工作钢管。排潮管伸出地面高度应≥500 mm，并设置回弯，设置的位置应尽量靠近混凝土固定墩。

   直埋蒸汽管道

     2.2 内滑动内固定

        内固定就是在固定端处将工作钢管固定在外套管上，无需用钢筋混凝土固定。固定端应有足够的强度来满足管道产生的水平推力，同时还需采取隔热措施来减少热桥效应。外套管采用的钢管壁厚和强度应满足焊接固定支架时承受的水平推力要求。固定支架外加强环两侧均设置排潮管。内滑动内固定防腐保温结构主要由工作钢管、耐高温防锈底漆、润滑层、硬质隔热层、铝箔反射膜、聚胺酯保温层、外套管和外防腐层组成。

        2.3 外滑动内固定

        外滑动就是保温材料与工作钢管精密结合，捆绑成一个整体，在高温工况下，保温结构和工作钢管在热膨胀时同时运动。外套管与保温层之间留有10～20 mm的间隙，可以起到进一步的保温作用，又为排潮提供良好的通道，同时也起到信号管的作用，使排潮管的设置不受管线位置的限制。工作钢管与外套管之间每隔一段距离设置一组隔热导向支架，以减少管道位移时的摩擦力。导向支架可采用滑动导向架，大管径的导向支架也采用滚动支架。排潮管应按外套管防腐要求进行安装。安装时，可根据现场实际情况确定安装位置，排潮口处应有安全提示牌。排潮管直径DN一般为25～50 mm。

        上述三种蒸汽管道直埋保温结构形式，各有其优点和局限性。在设计选用时，应综合考虑投资效益、工期长短、使用地区土质情况、地下水位高低和使用寿命等因素。内滑动外固定工程造价低，但外护层密封性差、施工周期长，适合地下水位较低、土质干燥的地区；内滑动内固定同样工程造价较低，但外护层密封性能好、施工周期较短，使用地区较为广泛；外滑动内固定工程造价较高，但密封性好、施工周期短，适用于地下水位较高的地区，但是支架产生的热较多，因此影响外套管的防腐质量，一旦出现质量问题应及时维修。

        3 蒸汽直埋管道的热补偿

蒸汽直埋管道在温度作用下，热胀冷缩，产生应力，容易危及安全，必须进行补偿。一般补偿方式有四种，即管道预热拉伸、一次性补偿、自然补偿和采用补偿器。国内外许多设计都优先考虑自然补偿方式，实践也证明此方式安全、可靠。蒸汽直埋管道正是在温度变化时，弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。

        蒸汽直埋管道的热补偿形式和架空管道的热补偿形式基本相同，直埋管道的平面布置和走向首先应充分考虑管道本身的自然补偿。对蒸汽直埋管道进行热力分析，如果管系或局部柔性不足，产生的热应力过大，对固定支座的推力超过推力演算允许值时，首先应考虑增强管系的自然补偿能力。只有当自然补偿不能满足要求时，才考虑采用补偿器补偿。蒸汽管道与其他管道相比温度较高，管道热伸长量大，因此，选用的补偿器应具有足够大的补偿量和较小的刚度，同时也要保证补偿器的制造质量，确保蒸汽直埋管道的安全运行。蒸汽直埋管道一般选用波形补偿器或专门为蒸汽直埋管道设计的补偿器，不得使用有填料函的套筒式补偿器。补偿器和工作钢管一样，外套管全封闭。全直埋式波形补偿器不需要另加外套管。当外套管表面温度超过50 ℃，且直管段较长，外套管具有一定的热伸长量时，也应采取补偿措施。外滑动内固定和内滑动外固定蒸汽直埋管固定支架的推力计算方法与架空管道固定支架的计算方法基本相同。

        4 结束语

        以上对蒸汽管道直埋技术的发展概况、三种结构形式和防腐保温结构、蒸汽直埋管道的热补偿等进行了探讨，旨在进一步确立蒸汽管道直埋技术的相关要求，有助于更好地完善从设计到施工各环节的协同，在实践中因地制宜地做出蒸汽管道直埋的实用精品工程，进而不断提高我国蒸汽管道直埋技术水平。