高温蒸汽直埋敷设管道

高温蒸汽直埋敷设管道

摘要:文章分析了高温蒸汽直埋敷设管道应采用有补偿安装方式的原因，重点介绍了保温材料的选择及保温层结构设计的相关内容，供工程设计参考。

关键词：高温；直埋；保温

随着国民经济的发展和环保要求的不断提高，热电联产集中供热因其效率高、环境污染小而得到广泛应用。供热管道的直埋敷设又由于其占地面积小、不影响市容景观和城市规划、建材用量和土建费用少、热损耗低等优点，在集中供热领域引起各规划、建设部门和工程界的广泛重视和应用。热水管道的直埋敷设技术在我国已得到广泛应用；但是高温（>150℃）蒸汽管道的直埋敷设技术在国内还处于起步探索阶段。

1管道安装方式的选用

直埋敷设的供热管道根据管系是否安装补偿器，可分为有补偿安装和无补偿安装，选择时主要根据管道中热媒温度的高低。由于蒸汽管道温度大多超过150℃，热伸长量、热胀应力、盲板力较大，采用无补偿安装方式，已不能满足管系的热膨胀性能及管材应力的安全性要求。按照《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）的要求，直埋热力管道的直管段的当量应力变化范围应满足式(1)：

δj=(1-ν)δt-αE(t2-t1)≤3［δ］(1)

式中δj——当量应力变化范围，MPa

ν——钢材的泊松系数

α——钢材的线性膨胀系数，m/m·℃

E——钢材的弹性模量

t1——管道工作循环最高温度，℃

t2——管道工作循环最低温度，℃

δt——管道内压引起的环向应力，MPa

［δ］——钢材的基本许用应力，MPa

按照式(1)，若循环最低温度按停运时的10℃计算，则管道工作循环最高温度t 1允许达到150℃,而大多直埋蒸汽管道的温度大于150℃,如河北省电力勘测设计研究院设计的正定热网工程的设计参数为：设计压力 1.27MPa，设计温度350℃，其直埋不能像直埋热水管道一样允许有锚固段的存在，其设计中必须考虑整个管系热应力释放措施，即采用分离式的保温结构和在管系上安装补偿器，允许管道产生热位移。

国内多例工程蒸汽直埋敷设都采用了有补偿的安装方式，投产后运行状况良好，如：河南开封经济开发区供热工程(设计压力0.6MPa，设计温度265℃）;石家庄经济技术开发区蒸汽管道直埋集中供热工程(设计压力0.98MPa，设计温度280℃）;武汉东湖开发区热电公司集中供热工程(设计压力1.6MPa，设计温度320℃），临沂市集中供热工程（部分区段）(设计压力1.0 MPa，设计温度300℃），滦南热网工程(设计压力1.27MPa，设计温度300℃）。因此，在实际高温蒸汽直埋工程中应采用有补偿的安装方式，以确保管系的安全和稳定运行。

2保温层结构的设计

2．1保温材料的选用

高温蒸汽管道的直埋敷设对保温材料及结构都。提出了较高要求。在实际工程设计中，应根据不同条件（如介质温度、运行工况、地下水位、土壤特性等）进行认真比较。据了解，高温直埋敷设蒸汽管道事故起因多是保温问题。如果保温材料不耐水煮沸，进入保温层的水在被蒸汽加热到沸腾状态后，将沿管道迅速蔓延，造成无机保温层材料热软化和有机保温层材料聚氨酯破孔软化，从而引起大范围保温材料破坏，导热系数急剧增大，严重时地面会出现冒汽现象。由此可见，保温材料的耐煮沸及防水性能对高温蒸汽管道直埋敷设的安全性和可靠性有很大影响，是保证蒸汽管道安全工作的关键问题之一。直埋敷设的热水管道常用的保温材料聚氨酯（使用温度t≤120℃）和脲酸脂（使用温度t≤150℃）及沥青珍珠岩等材料都不能直接使用在直埋蒸汽管道上。实践证明，普通的直埋保温材料（如硅酸铝纤维毡、岩棉、膨胀珍珠岩、普通的微孔硅酸钙制品等）是不耐热水及沸水的，有的遇水板结，有的浸水松散。另外，聚氨酯泡沫塑料在55℃左右的热水中即破孔软化，减少或失去保温能力。所以，在蒸汽管道直埋工程的保温材料选择时应注意选择耐煮沸及防水性能好的材料。关于此类材料目前国内有多种产品，如采用新工艺生产的防水型硅酸钙瓦和高密度无碱玻璃棉，再如河南某公司的耐煮沸不吸水硅酸镁机制品，而耐煮沸不吸水改性的聚氨酯泡沫塑料在多个工程的应用效果也都比较理想。其每km温降在10%左右，管沟地表温度接近环境温度，地面作物、植物生长正常。

2．2保温层结构

由于高温直埋敷设的蒸汽管道所产生的热伸长量大，保温材料（如耐高温的聚氨酯）无法承受，所以管道热胀冷缩保温结构在土壤压力下固定不动时，管道应能在保温层内自由移动，以释放热应力，保证管系的安全性，即工作钢管与保温材料外壳不像热水直埋管道一

样是一个整体，而形成脱开式的管中管结构，一般在无机隔热层与钢管之间也要铺设一层耐高温润滑剂，以减少摩擦力。

为了保证高温蒸汽直埋管道的安全运行，其保温结构通常采用保温复合结构。内滑动的保温复合结构从里到外依次为：工作钢管、高温防锈层、无机润滑层、空气层、无机隔热层、高温金属反射层、有机保温层、防水防腐外护层，在这种复合保温结构中，耐高温的无机隔热层将其表面温度限制在外层有机保温材料允许的安全温度以下（<150℃），无机润滑层和空气层减少了钢管在热胀冷缩时的摩擦力，防水防腐的外护层通常是耐腐蚀、耐压强度高的玻璃钢或钢套管。图1为外滑动式的保温结构，从里到外依次为：工作钢管、高温防锈层、无机保温层、空气层、防水防腐外护层。防水防腐的外护层通常是钢套管。

2.3保温层的排潮管设计

高温蒸汽直埋管道复合保温层结构的排潮管设计好坏，直接影响到保温层内潮气的排出，进而影响保温效果。高温蒸汽直埋管道复合保温层的制做应在工厂内完成，现场只进行接头的处理。尽管在制做过程中，对保温材料等要进行烘干，但是由于在制做、运输、堆放等过程中，都可能造成外部水分进入保温结构内部，因此合理的设置排潮管，在暖管排潮期间保证内保温层中的潮汽迅速排尽是直埋管道可靠运行的一个必要措施。排潮管的直径范围通常为20～50mm，可视工作的管径和排潮管设置的间距（通常在30～50mm左右）确定。排潮管在工作管道上的位置应设置在管道位移最小处（固定支架附近），否则应采取有效措施防止其热位移时破坏保温层结构，排潮管的引出位置可引至专设的小井内或地面上。引至地面上时应防止影响交通或潮汽烫伤行人，同时还应考虑排潮管的防灌（雨）水措施。

排潮管与工作管的相对关系有3种：在图2(a)中排潮管末端和工作钢管直接焊接，较为简洁；图2(b)中排潮管绕工作钢管一圈焊接，其效果较好；图2(c)中排潮管沿工作钢管伸一定的长度焊接。3种关系的共同点是在保温层内部的排潮管壁上均匀开孔，让潮汽排出。

33种外护层的比较

目前，在国内高温蒸汽直埋敷设管道上应用的外护层主要有3种形式：钢套管外护、玻