邵志光,王 帥（南京蘇夏工程設(shè)計有限公司,南京 210036）

對蒸汽管道直埋技術(shù)的分析探討

邵志光,王 帥
（南京蘇夏工程設(shè)計有限公司,南京 210036）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技水平的不斷提升，新建熱電廠與部分火電廠改為熱電廠等工程也越來越多，蒸汽管網(wǎng)傳統(tǒng)的架空、管溝等敷設(shè)方法已無法適應(yīng)當(dāng)下的工程發(fā)展需求。直埋蒸汽管道由于具有占地面積小、耗費(fèi)能源少、敷設(shè)便利和防水性能好等優(yōu)勢，在各類工程當(dāng)中受到了廣泛的應(yīng)用。合理應(yīng)用蒸汽管道直埋技術(shù)對于工程的順利開展具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文將對直埋蒸汽管道的技術(shù)做出淺要的分析。

蒸汽管道；直埋技術(shù)；結(jié)構(gòu)；分析

1 直埋蒸汽管道的概述

直埋蒸汽管道主要由工質(zhì)管、內(nèi)層、保溫層、有機(jī)保溫層和外鋼管共同構(gòu)成。其中工質(zhì)管即為工作鋼管，主要用來輸送介質(zhì)；內(nèi)層是為減少工質(zhì)管伸縮時的摩擦阻力和對保溫層的破壞而包裹在工質(zhì)管外的5mm-8mm軟質(zhì)保溫材料減阻層，由于其具有一定的延伸和回彈性，因此能夠有效地減少路面振動給工質(zhì)管帶來的影響；保溫層是為了支撐結(jié)構(gòu)在內(nèi)層外用硬質(zhì)保溫瓦塊制作而成的；有機(jī)保溫層是固定與結(jié)合主保溫、外鋼管的聚氨酯發(fā)泡層，通常采用的是厚度≤40mm且耐溫＞150℃的聚氨酯；外鋼管主要具有承壓、防腐、防護(hù)的功能，有效地減少了直埋設(shè)計當(dāng)中復(fù)土壓力所產(chǎn)生的內(nèi)鋼管摩擦力。目前蒸汽直埋管道的結(jié)構(gòu)主要分為內(nèi)滑動型和外滑動型，其結(jié)構(gòu)組成與特點(diǎn)如表1所示。

表1

2 蒸汽管道直埋技術(shù)的分析

蒸汽直埋管道，特別是t≥250℃且P≥1.0MPa的高溫蒸汽直埋管道具有一定的高壓、高溫和高危險性，其技術(shù)含量要比t≤150℃且p≤1.3MPa的熱水直埋管道高很多，因此在進(jìn)行蒸汽管道直埋時必須通過準(zhǔn)確的計算和設(shè)計來確保工程的質(zhì)量。

2.1 保溫和熱力計算

（1）保溫層厚度的計算。直埋蒸汽保溫管道可通過無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)一維圓筒導(dǎo)熱的相關(guān)原理來做出計算，依據(jù)能量守恒定律將保溫層上任意半徑為r的位置所對應(yīng)的溫度用微分表達(dá)式表示為:。在工程的計算當(dāng)中一般先對保溫管道保溫外表面溫度tw進(jìn)行確定，在無法確定其外表面溫度時可以根據(jù)公式tw=33.4+0.028（t1-50）（其中t1表示工作鋼管半徑rt所對應(yīng)的溫度）來進(jìn)行計算，從而確定邊界條件，而后通過積分和傅里葉定律推導(dǎo)出熱流量Q的計算公式，并通過對相關(guān)表達(dá)式的聯(lián)解計算出保溫層的厚度，由于聯(lián)解過程的計算相對復(fù)雜，相關(guān)專業(yè)設(shè)計人員可以把相應(yīng)的公式編為計算機(jī)應(yīng)用程序來方便計算，并借助對保溫管道外表面溫度的調(diào)整來做到對保溫厚度的進(jìn)一步調(diào)整，根據(jù)如下公式來對散熱損失進(jìn)行有效的控制：（其中q表示散熱損失，W/m）

（2）管道的溫降。對于輸送距離短的蒸汽管道可在已知流量的基礎(chǔ)上選擇合適的流速（如表2所示）并依據(jù)蒸汽管道的管徑線算圖在不考慮沿途管道壓力損失、溫降的情況下來對輸送管道的管徑進(jìn)行確定。

表2

在對一些大型蒸汽管網(wǎng)的壓力損失時，必須在重視其密度變化因素的前提下來確定其蒸汽平均密度，從而進(jìn)一步計算出管道的熱損失、溫降以及實際蒸汽平均密度。管段熱損失的計算公式與蒸汽溫度降分別為：Q=3.6q（t1-tr）Lzα，△t=Q/（1000GCp）（其中Lz表示計算管段直線長度；α表示熱損失的附加系數(shù)，通常為1.05-1.2；△t表示蒸汽的溫度降，℃；G表示計算管段的蒸汽流量，t/h；Cp表示計算管段平均定壓比熱容，KJ/Kg.℃）。

2.2 管道的敷設(shè)

（1）工作鋼管設(shè)計。鋼套鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中的工作鋼管、保溫層中間往往會設(shè)置一層耐磨減阻層，以確保熱膨脹狀態(tài)下的工作鋼管可以在較小的摩擦阻力下自由延伸，并且在兩個鋼管間設(shè)置相應(yīng)的導(dǎo)向支架來保證工作鋼管、保護(hù)鋼管同心。在直管段可以根據(jù)相關(guān)推力公式來計算出固定節(jié)G的推力，從而進(jìn)一步計算出工作鋼管的整體強(qiáng)度；在彎管段的設(shè)計當(dāng)中應(yīng)當(dāng)于離彎頭不遠(yuǎn)處設(shè)置相應(yīng)的固定節(jié)，并同樣利用推力合成方法來計算出固定節(jié)的推力。在對設(shè)計壓力下所產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力做出強(qiáng)度驗算時，需確保管道最不利點(diǎn)的合成應(yīng)力不大于計算溫度下的管材基本許用應(yīng)力。

（2）保護(hù)鋼管設(shè)計。由于保護(hù)鋼管和土壤有著直接的接觸，因此需利用特加強(qiáng)級環(huán)氧煤瀝青等來對其做好防腐處理，通常在設(shè)計、施工中會在管道周圍填上150mm的沙來確保不刮壞防腐層的同時使管道、土壤間具有準(zhǔn)確的摩擦系數(shù)，以便于計算管道的摩擦力，并且應(yīng)當(dāng)在保護(hù)鋼管上設(shè)置鋼筋混凝土固定墩來對其進(jìn)行固定。另外，考慮到保護(hù)鋼管具有38℃-50℃的溫度，因此必須合理利用無補(bǔ)償、有補(bǔ)償、一次性補(bǔ)償方法來對保護(hù)鋼管進(jìn)行熱補(bǔ)償。

3 總結(jié)

近年來熱力管道直埋敷設(shè)因其獨(dú)特的優(yōu)勢在工程當(dāng)中受到了廣泛的應(yīng)用，隨著我國《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》的頒布與實施，給管徑在DN500以下的熱水管道敷設(shè)提供了施工標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)依據(jù)，然而目前我國對于蒸汽管道直埋敷設(shè)技術(shù)還缺乏相應(yīng)的規(guī)范或技術(shù)規(guī)程。要想確保直埋蒸汽管道的工程質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)人員必須結(jié)合實際情況來合理地設(shè)計保溫結(jié)構(gòu)，從而保證工程的可靠運(yùn)行。

[1]周善植.高溫蒸汽管道地下直埋敷設(shè)的若干問題分析[J].科技傳播,2013（23）:71-72.