鋼套鋼蒸汽直埋保溫管廠

市熱網(wǎng)建設(shè)中大量采用直埋技術(shù)，蒸汽直埋管道在設(shè)計(jì)上要解決的主要問(wèn)題是：蒸汽管道的固定結(jié)構(gòu)形式選擇、蒸汽管道的保溫、疏水節(jié)點(diǎn)的處理、防腐措施及固定結(jié)構(gòu)形式等等。下面就簡(jiǎn)要談?wù)劰P者對(duì)蒸汽直埋管道設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會(huì)。1、蒸汽直埋管道的固定結(jié)構(gòu)形式目前蒸汽管道直埋敷設(shè)就其保溫結(jié)構(gòu)形式，基本可歸納為以下三種形式，即內(nèi)滑動(dòng)外固定、內(nèi)滑動(dòng)內(nèi)固定和外滑動(dòng)外固定。    （1）內(nèi)滑動(dòng)外固定：所謂內(nèi)滑動(dòng)就是工作鋼管與保溫結(jié)構(gòu)式脫開(kāi)的，工作鋼管受熱膨脹時(shí)，鋼管運(yùn)動(dòng)，發(fā)生位移，而保溫結(jié)構(gòu)層與外套鋼管成一整體結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。馬鞍形作固定支座，支座焊于土建預(yù)埋件上。優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低、固定點(diǎn)可外接鋼筋混凝土固定墩承受較大推力。缺點(diǎn)：排潮通道不暢、水擊后容易破壞保溫層和隔熱層、外固定肋會(huì)產(chǎn)生熱橋效應(yīng)。    （2）內(nèi)滑動(dòng)內(nèi)固定：所謂內(nèi)固定就是固定端處將工作鋼管固定在外套鋼管上，不用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)固定，其固定端應(yīng)有隔熱措施，以減少熱橋效應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低、固定點(diǎn)處可不采用外接固定墩。缺點(diǎn)：排潮通道不暢、水擊后容易破壞保溫層和隔熱層、固定點(diǎn)承受推力小。    （3）外滑動(dòng)內(nèi)固定：所謂外滑動(dòng)就是保溫材料和工作鋼管精密結(jié)合，捆綁成一體，保溫結(jié)構(gòu)和工作鋼管在管道熱膨脹時(shí)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，外套鋼管與保溫結(jié)構(gòu)之間有10mm間隙，既保溫隔熱又方便排潮。工作鋼管與外套管之間每隔一段距離采用隔熱導(dǎo)向環(huán)支撐。優(yōu)點(diǎn)：排潮通道暢通、固定點(diǎn)可外接鋼筋混凝土固定墩承受較大推力。缺點(diǎn)：造價(jià)高。     綜和以上優(yōu)缺點(diǎn)，目前我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)直管道一般采用內(nèi)滑動(dòng)內(nèi)固定，轉(zhuǎn)彎處采用內(nèi)滑動(dòng)外固定形式。     鋼套鋼蒸汽直埋保溫管廠

  2、蒸汽直埋管道的熱補(bǔ)償    蒸汽直埋管道的熱補(bǔ)償和架空管道的熱補(bǔ)償形式基本相同，直埋管道的走向及平面布置應(yīng)充分考慮管道本身的自然補(bǔ)償，當(dāng)自然補(bǔ)償不能滿(mǎn)足要求時(shí)，才考慮用補(bǔ)償器補(bǔ)償，由于蒸汽管道溫度較高，管道熱伸長(zhǎng)量也較大，因此補(bǔ)償器應(yīng)有較大的補(bǔ)償量和較小的剛度，同時(shí)應(yīng)保證補(bǔ)償器的制造質(zhì)量，以確保蒸汽直埋管道的安全運(yùn)行。3、蒸汽直埋管道的保溫蒸汽管道直埋敷設(shè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展已經(jīng)有十幾年，蒸汽直埋保溫管的目的概括性的解釋有兩個(gè)：一是保證蒸汽管道能在地下*穩(wěn)定運(yùn)行；二是保證保溫管能起到良好的保溫效果，不浪費(fèi)能源，不破壞園林綠化。在保溫結(jié)構(gòu)上由起初的“塑套鋼”保溫管，到玻璃鋼保護(hù)層保溫管，到現(xiàn)在使用zui廣泛的“鋼套鋼”保溫管。經(jīng)過(guò)多年對(duì)蒸汽管道直埋敷設(shè)技術(shù)的實(shí)踐摸索，并結(jié)合我們當(dāng)前的具體狀況，我們選用的保溫材料是硅酸鋁棉氈+硅酸鎂瓦塊+聚氨脂發(fā)泡。 

  直埋式預(yù)制保溫管道，特別是各式各樣的保溫結(jié)構(gòu)型式的城鎮(zhèn)集中供熱或“熱、電、冷”三聯(lián)供的蒸汽管道正在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用，方興未艾。直埋管道的熱補(bǔ)償是zui重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于設(shè)計(jì)、制作、施工或生產(chǎn)操作上的多種原因，曾發(fā)生多起嚴(yán)重事故，造成不應(yīng)有的人身傷亡和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)多年研究、工程實(shí)踐和文獻(xiàn)資料，就直埋式預(yù)制高溫保溫管道的熱補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)和存在問(wèn)題，做一專(zhuān)題分析。 2 熱補(bǔ)償方式    在國(guó)內(nèi)外直埋式預(yù)制高溫保溫管道應(yīng)用中，為克服因溫差(使用溫度和安裝溫度之差)造成的熱力管道脹縮和位移變化，設(shè)計(jì)上多采用以下4種方式進(jìn)行補(bǔ)償。    (1)管道（管件）的預(yù)熱（預(yù)拉伸）：國(guó)外一些大公司通常在直徑小于500 mm的管道中采用，但不廣泛；    (2)自然補(bǔ)償：設(shè)計(jì)柔性管件如彎頭、L型或之型彎管進(jìn)行熱補(bǔ)償，這是國(guó)內(nèi)外采用較多的方式之一；   (3)一次性補(bǔ)償：設(shè)一次性補(bǔ)償器，在安裝試運(yùn)行后，焊死，此法國(guó)內(nèi)外都有采用；   (4)設(shè)補(bǔ)償器：隨介質(zhì)溫度變化，管道脹縮、補(bǔ)償器對(duì)應(yīng)縮伸、吸收應(yīng)力和位移進(jìn)行熱補(bǔ)償。   補(bǔ)償器近年發(fā)展極快，在直埋式管道中應(yīng)用也，型式有波紋式（內(nèi)壓、外壓、單雙向、變推力的平衡式、半平衡式及鉸鏈?zhǔn)剑⑻淄彩剑幼畏?、雙密封、彈簧壓封及無(wú)推力式）以及老式∏型（方型）等。    由于波紋補(bǔ)償器設(shè)計(jì)采用zui多，暴露出的問(wèn)題也較充分，很需要我們研究、認(rèn)識(shí)和改進(jìn)。   本文僅就自然補(bǔ)償和補(bǔ)償器補(bǔ)償2種方式進(jìn)行討論。 3 熱伸長(zhǎng)量的計(jì)算和補(bǔ)償設(shè)計(jì)    為使直埋熱力管道在熱狀態(tài)下穩(wěn)定和安全操作，減小管道熱脹冷縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，防止管道*破壞和位移變化破壞保溫結(jié)構(gòu)，增大熱損失，必須進(jìn)行熱力管道熱伸長(zhǎng)量的計(jì)算及補(bǔ)償設(shè)計(jì)。 3.1 熱力管道熱伸長(zhǎng)量的計(jì)算 △L=α(t1-t2)L  式中 △L－管道熱伸長(zhǎng)量(m)；     α－管道在相應(yīng)溫度范圍內(nèi)的線(xiàn)脹系數(shù)［m／(m.℃)］；    L－計(jì)算管道長(zhǎng)度(m)；    t1－管道安裝溫度(℃)；     t1－管道設(shè)計(jì)使用（介質(zhì)）溫度（℃） 3.2 補(bǔ)償設(shè)計(jì)    (1)管道熱應(yīng)力、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)、計(jì)算；    (2)補(bǔ)償單元的設(shè)計(jì)、選擇（包括自然補(bǔ)償件或補(bǔ)償器）；   (3)保溫結(jié)構(gòu)的綜合分析和設(shè)計(jì)；    (4)引安全運(yùn)行壽命，特別是*震動(dòng)下的疲勞壽命問(wèn)題。    除(1)、(2)外，(3)、(4)2點(diǎn)對(duì)高溫蒸氣預(yù)制直埋管道尤為重要，不單要考慮熱損失、能耗問(wèn)題，對(duì)于剛性的內(nèi)外管結(jié)構(gòu)，還要考慮應(yīng)力和強(qiáng)度的影響。 4 自然補(bǔ)償    所謂自然補(bǔ)償，就是管道中發(fā)柔性彎曲管段0口彎頭，L型、Z型彎管）吸收管道熱伸長(zhǎng)變形。   此方式優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠；缺點(diǎn)：產(chǎn)生橫向位移，不單是在彎頭處，在直線(xiàn)段也發(fā)生相應(yīng)位移，其保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)做充分考慮、設(shè)計(jì)。    近年來(lái)的深入研究表明，直埋管道由于保溫結(jié)構(gòu)型不同，已不能*套用架空或地溝敷設(shè)管道自然補(bǔ)償力算，因?qū)嵺`表明若套用將出現(xiàn)*的偏差，已造成多處破壞、泄漏事故發(fā)生。   4.1 設(shè)計(jì)原則    (1)轉(zhuǎn)角不小于70°，否則將出現(xiàn)應(yīng)力急劇上升，易發(fā)生問(wèn)題；   (2)轉(zhuǎn)角大于150°，不起自然補(bǔ)償作用；   (3)L型長(zhǎng)臂不宜大于20～25 m。    (4)彎曲許用應(yīng)力σ(Q235材質(zhì))不大于78.5 MPa。 4.2 彎管長(zhǎng)度計(jì)算   (1)L型（見(jiàn)圖1a）     l＝1.1×（△LD／300）1/2 式中 l－彎管長(zhǎng)度(m)；     △L－長(zhǎng)臂L的伸長(zhǎng)量(mm)；    D－管道外徑(mm)。   (2)Z型（見(jiàn)圖1b）      式中 l－彎管長(zhǎng)度(m)；}     E－管道材料彈性模量(MPa)；    D－管道外徑(mm)；     〔σbw〕－管道彎曲許用應(yīng)力(MPa)；    k－L1/L2；     △t－設(shè)計(jì)計(jì)算的管道介質(zhì)溫度與安裝溫度差(℃)。 圖1 L型與Z型彎管示意    研究表明，90°彎頭zui大環(huán)向應(yīng)力出現(xiàn)在彎頭頂部，zui大軸向應(yīng)力出現(xiàn)在彎頭頂部稍靠彎頭凸面一側(cè)，與zui大環(huán)向應(yīng)力處相差15°～20°。由于彎頭處有焊口而綜合應(yīng)力又zui大，是L型自然補(bǔ)償?shù)膠ui薄弱環(huán)節(jié)、zui危險(xiǎn)的部位，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意這點(diǎn)。采用整管熱（冷）煨，減少焊口，并適當(dāng)增加管壁厚度及應(yīng)力消除處理，是一條有效途徑。    實(shí)驗(yàn)研究表明，隨著彎頭夾角變化在20°時(shí)出現(xiàn)zui大應(yīng)力峰值，隨角度增加應(yīng)力值迅速減小，這也正是設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免出現(xiàn)小于70°的夾角彎頭所在。    Z型自然補(bǔ)償研究表明，直埋時(shí)“Z”管段受力與采用地溝敷設(shè)時(shí)受力差別較大，即管溝、“Z”形管段zui危險(xiǎn)點(diǎn)在長(zhǎng)管L的兩頭；而直埋管受力zui危險(xiǎn)點(diǎn)是在管道強(qiáng)度zui薄弱部位，即彎頭同直管段的兩個(gè)焊口處（也是側(cè)向位移zui大處）。    對(duì)于內(nèi)滑動(dòng)保溫結(jié)構(gòu)，其保溫層對(duì)管道的摩擦，不僅與管道的軸向位移有關(guān)，還與其內(nèi)管道的橫向位移相關(guān)，在彎頭的中部存在著zui大的彎矩，因此保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到這點(diǎn)，并做有力的技術(shù)處理。某工程實(shí)踐，彎頭同兩直管段接頭口，其內(nèi)應(yīng)力是地溝時(shí)的幾倍，造成焊口處疲勞斷裂。 5 補(bǔ)償器補(bǔ)償  5.1 常用直埋補(bǔ)償器類(lèi)型和特點(diǎn)(見(jiàn)表1) 表1 我國(guó)常用的直埋補(bǔ)償器類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)      型式  波紋式  套筒式   內(nèi)壓 外壓 變推力 鉸鏈?zhǔn)?單密封 雙密封 無(wú)推力    結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 簡(jiǎn)單  復(fù)雜 復(fù)雜 復(fù)雜 簡(jiǎn)單  簡(jiǎn)單  復(fù)雜     可能會(huì)發(fā)生 軸向及徑向 失穩(wěn) 不會(huì)  出現(xiàn)軸向失 穩(wěn) 能降低  固定墩 推力， 節(jié)約投資 除軸  向外， 可適度 吸收橫向位移  補(bǔ)償量大， 但需高 井加注密封 補(bǔ)償量大，  可5年以上  加注1次  內(nèi)壓推力  自身平衡     造價(jià) 中 高 高 高 低 較低 高    安全性  一般 好 好 一般 一般 好 好