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旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器直埋鋼套鋼蒸汽管道中的應(yīng)用

一、概述
1、蒸汽管道直埋技術(shù)
蒸汽管道主要用于輸送工業(yè)蒸汽和滿足部分采暖需求。近年來，隨著集中供熱事業(yè)的蓬勃發(fā)展和城市現(xiàn)代化建設(shè)要求的逐步提升，原有架空形式雖有諸多優(yōu)勢，但其在城市內(nèi)實(shí)施存在著較大的局限性，因而，蒸汽管道直埋技術(shù)得以迅速發(fā)展和完善。
在此期間，科技人員、生產(chǎn)廠家在直埋蒸汽管道技術(shù)的研究、開發(fā)、應(yīng)用等方面，付出了大量心血，選用了幾乎所有適用的材料，也取得了長足進(jìn)步，出現(xiàn)了大量的管道設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)形式，較好地解決了力系分解與固定形式、合理的補(bǔ)償方式、保溫結(jié)構(gòu)與熱橋處理、施工工藝及運(yùn)行工藝等。
目前，得到業(yè)內(nèi)人士較為認(rèn)可和推廣率較多的直埋蒸汽管道形式為：鋼套鋼直埋。其固定方式一般選用鋼套鋼內(nèi)固定支架，補(bǔ)償器常規(guī)選用無約束軸向型直埋補(bǔ)償器，保溫選用內(nèi)滑動（或滾動），好一點(diǎn)的對補(bǔ)償和固定等節(jié)點(diǎn)處防熱橋處理。這種結(jié)構(gòu)形式，我們半島供熱公司應(yīng)用了近10年，但實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)存在較多問題，主要有：
①軸向型波紋補(bǔ)償器因其結(jié)構(gòu)特性不耐水擊，帶來管道安全性較差。長年穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行管道略好，負(fù)荷變動大經(jīng)常啟停管道尤其嚴(yán)重，出現(xiàn)問題較多。
②軸向型波紋補(bǔ)償器補(bǔ)償量相對較小，補(bǔ)償管段短，同一管系補(bǔ)償器數(shù)量應(yīng)用多，并很難做到與管道同壽命，因其質(zhì)量問題和實(shí)際使用工況條件變化，達(dá)到15年以上的很少，部分不足10年已先后出現(xiàn)問題，因而管系二次建設(shè)更換費(fèi)用較高。
③工作溫度變化對補(bǔ)償量、剛度和工作壓力均需要修正，因而其實(shí)際工況運(yùn)行中出現(xiàn)問題幾率較大。、管系設(shè)置及工藝 1、設(shè)計原則及注意事項：
①著重于管系合理分解，優(yōu)選穩(wěn)定組合形式。補(bǔ)償裝置設(shè)置點(diǎn)優(yōu)選地上設(shè)置，確實(shí)無法地上時，應(yīng)詳盡考慮設(shè)施的防水性能和管系的疏水設(shè)置。
②長直敷設(shè)宜設(shè)置成半地上“Ω組合”形式；有Z型折向管段可采用半地上的“∏型組合”，也可采用全地下的倒“∏型組合”；L拐點(diǎn)管段宜設(shè)置成單側(cè)“∏型組合”。
③采用“△”型內(nèi)滾動支架，主要起平衡同心支撐作用，但同時也起到導(dǎo)向做用，限定了其工作管的側(cè)向位移，應(yīng)用“∏型組合”時，關(guān)鍵點(diǎn)是需著力規(guī)避離心擺動值Y的影響。
④補(bǔ)償管段長度建議略小于常規(guī)架空管長。選取一合適結(jié)合點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)長距離補(bǔ)償，又保證安全運(yùn)行。
旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器直埋鋼套鋼蒸汽管道中的應(yīng)用

2、管系形式及各自控制點(diǎn)。 （1）“Ω組合”形式：
①鑒于地埋鋼套鋼管外套與支架限制工作管側(cè)向位移的局限性，建議直埋優(yōu)選此種形式，因其不存在徑向位移，且補(bǔ)償管段長度基本不受影響。
②布置方式：補(bǔ)償器組合兩側(cè)鋼套鋼支架內(nèi)滾動支架盡可能距旋轉(zhuǎn)臂近一些，蒸汽流向的前端設(shè)置疏水器，該側(cè)支架距外套管端長度L＞單側(cè)伸縮長度△+800mm，另一側(cè)支架距外套管端長度L＞單側(cè)伸縮長度△+300mm。既起到支撐作用，同時又做為導(dǎo)向支架，增加自由管系運(yùn)動時的穩(wěn)定性。兩支架間不設(shè)支柱，但選用熱壓彎頭，并加高一級壓力等級。
③使用該組合進(jìn)行直埋管設(shè)計時，建議采用半地上形式，如采用全地下方式，由于旋轉(zhuǎn)臂向下，一方面，相當(dāng)于管系中的沉淀池，易沉積吹掃不凈雜物、停運(yùn)腐蝕物和凝水，對補(bǔ)償器正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成如文登鋪頭熱電廠至西區(qū)φ377主管道原設(shè)計280℃，施工后運(yùn)行參數(shù)調(diào)整為320℃，此時如選擇軸向型補(bǔ)償器，肯定無法運(yùn)行（溫度提升后，相應(yīng)剛度減小、補(bǔ)償量增大、當(dāng)量工作壓力增大）。

④施工同心度要求嚴(yán)格，在同一補(bǔ)償管段內(nèi)如超出偏差量，則易發(fā)生波紋損壞而致泄漏。 ⑤保溫結(jié)構(gòu)的不完善，特別是外防腐層出現(xiàn)泄漏（地下腐蝕嚴(yán)重）等問題帶來的管系失穩(wěn)。 基于此，我們針對實(shí)際情況，做了大量實(shí)踐研究，力求尋找更加合理的補(bǔ)償裝置進(jìn)行替代舊有模式。
2、旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的應(yīng)用
旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器是近年發(fā)展起來的一種新型的管道補(bǔ)償器，并在具體的制造和實(shí)踐過程中逐漸成熟。其工作原理簡言之，就是利用空間杠桿轉(zhuǎn)動原理進(jìn)行旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)理吸收管道熱位移。因其具有補(bǔ)償量大（常規(guī)200——500m）、無內(nèi)壓推力（固定支架?。踩院茫ú皇芄芫W(wǎng)壓力和溫度變化而導(dǎo)致的補(bǔ)償極限破壞）、設(shè)計簡單補(bǔ)償設(shè)置靈活多樣、密封性能好（無類似波紋等薄弱部件）、與管道同壽命、綜合投資少等優(yōu)點(diǎn)，而逐步得到業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可和應(yīng)用，發(fā)展較快。
我公司在良好了解旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器性能的基礎(chǔ)上，結(jié)合原有直埋工藝，對將旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器應(yīng)用于蒸汽直埋方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究和實(shí)踐，并對相關(guān)作法小有歸納，現(xiàn)總結(jié)部分粗淺認(rèn)識，以供參考。

二、管系設(shè)置及工藝 1、設(shè)計原則及注意事項：
①著重于管系合理分解，優(yōu)選穩(wěn)定組合形式。補(bǔ)償裝置設(shè)置點(diǎn)優(yōu)選地上設(shè)置，確實(shí)無法地上時，應(yīng)詳盡考慮設(shè)施的防水性能和管系的疏水設(shè)置。
②長直敷設(shè)宜設(shè)置成半地上“Ω組合”形式；有Z型折向管段可采用半地上的“∏型組合”，也可采用全地下的倒“∏型組合”；L拐點(diǎn)管段宜設(shè)置成單側(cè)“∏型組合”。
③采用“△”型內(nèi)滾動支架，主要起平衡同心支撐作用，但同時也起到導(dǎo)向做用，限定了其工作管的側(cè)向位移，應(yīng)用“∏型組合”時，關(guān)鍵點(diǎn)是需著力規(guī)避離心擺動值Y的影響。
④補(bǔ)償管段長度建議略小于常規(guī)架空管長。選取一合適結(jié)合點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)長距離補(bǔ)償，又保證安全運(yùn)行。
2、管系形式及各自控制點(diǎn)。 （1）“Ω組合”形式：
①鑒于地埋鋼套鋼管外套與支架限制工作管側(cè)向位移的局限性，建議直埋優(yōu)選此種形式，因其不存在徑向位移，且補(bǔ)償管段長度基本不受影響。
②布置方式：補(bǔ)償器組合兩側(cè)鋼套鋼支架內(nèi)滾動支架盡可能距旋轉(zhuǎn)臂近一些，蒸汽流向的前端設(shè)置疏水器，該側(cè)支架距外套管端長度L＞單側(cè)伸縮長度△+800mm，另一側(cè)支架距外套管端長度L＞單側(cè)伸縮長度△+300mm。既起到支撐作用，同時又做為導(dǎo)向支架，增加自由管系運(yùn)動時的穩(wěn)定性。兩支架間不設(shè)支柱，但選用熱壓彎頭，并加高一級壓力等級。
③使用該組合進(jìn)行直埋管設(shè)計時，建議采用半地上形式，如采用全地下方式，由于旋轉(zhuǎn)臂向下，一方面，相當(dāng)于管系中的沉淀池，易沉積吹掃不凈雜物、停運(yùn)腐蝕物和凝水，對補(bǔ)償器正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成
④補(bǔ)償裝置設(shè)置及與鋼套鋼外套管銜接。補(bǔ)償裝置因外形較大，并考慮與外套管連接防水問題，一般我們采用半地下鋼水箱形式，以焊接方式連接，地上采用類似于小型變電箱變的封閉形式。水箱外側(cè)采用玻璃鋼防腐。安裝時采用井點(diǎn)低位排水、整體預(yù)制（地下、地上兩件套）下裝模式，安裝后與外套連接并局部防腐。
（2）“∏型組合”：管系布置：加長中間旋轉(zhuǎn)臂L長度（一般要求L＞2.5Lmin，Lmin為架空許用小長度），小口徑管道在旋轉(zhuǎn)中軸設(shè)置支架，并將兩側(cè)鋼套鋼內(nèi)滾動支架盡量向外移位，兩支架單側(cè)展開長度為0.7倍的管道水平布置跨距；大口徑管道或L超過4米的旋轉(zhuǎn)臂在兩立臂旋轉(zhuǎn)軸分別設(shè)置兩處支架，支架至兩側(cè)滾動支架的間距以管線展開長度0.7倍的管道水平布置跨距為宜。
目的盡可能減少旋轉(zhuǎn)角θ，限制Y值過大，減少支架對鋼外套產(chǎn)生的附加扭矩。見圖一。
綜合考慮地質(zhì)可能局部沉降、管道內(nèi)滾動卡澀、旋轉(zhuǎn)角θ過大造成離心擺值過大產(chǎn)生較大扭矩、內(nèi)部位移量過大對保溫的破損影響等，尤其是針對該種形式地埋，其大跨距宜不超過架空固定間距的70——80%。推薦直埋固定支柱間大跨距

③采用該組合進(jìn)行直埋管設(shè)計時，可根據(jù)需要采用半地上或地下模式，因地下形式，其轉(zhuǎn)動軸并沒有轉(zhuǎn)動部件，因而只需在低位合理設(shè)置疏水裝置即可，該疏水裝置建議采用啟動疏水和經(jīng)常疏水并聯(lián)形式設(shè)置，并合理設(shè)置沉淀池和引出疏水管。

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影響；另一方面，埋深增加太大，維修及防水難于處理。
④補(bǔ)償裝置設(shè)置及與鋼套鋼外套管銜接。補(bǔ)償裝置因外形較大，并考慮與外套管連接防水問題，一般我們采用半地下鋼水箱形式，以焊接方式連接，地上采用類似于小型變電箱變的封閉形式。水箱外側(cè)采用玻璃鋼防腐。安裝時采用井點(diǎn)低位排水、整體預(yù)制（地下、地上兩件套）下裝模式，安裝后與外套連接并局部防腐。
（2）“∏型組合”：
①管系布置：加長中間旋轉(zhuǎn)臂L長度（一般要求L＞2.5Lmin，Lmin為架空許用小長度），小口徑管道在旋轉(zhuǎn)中軸設(shè)置支架，并將兩側(cè)鋼套鋼內(nèi)滾動支架盡量向外移位，兩支架單側(cè)展開長度為0.7倍的管道水平布置跨距；大口徑管道或L超過4米的旋轉(zhuǎn)臂在兩立臂旋轉(zhuǎn)軸分別設(shè)置兩處支架，支架至兩側(cè)滾動支架的間距以管線展開長度0.7倍的管道水平布置跨距為宜。
目的盡可能減少旋轉(zhuǎn)角θ，限制Y值過大，減少支架對鋼外套產(chǎn)生的附加扭矩。見圖一。
②綜合考慮地質(zhì)可能局部沉降、管道內(nèi)滾動卡澀、旋轉(zhuǎn)角θ過大造成離心擺值過大產(chǎn)生較大扭矩、內(nèi)部位移量過大對保溫的破損影響等，尤其是針對該種形式地埋，其大跨距宜不超過架空固定間距的70——80%。推薦直埋固定支柱間大跨距：
管道公稱直徑 ≤200 250、300、350 400、450、500、600 ≥700 直埋鋼套鋼（m）≤
200
240
280
320
③采用該組合進(jìn)行直埋管設(shè)計時，可根據(jù)需要采用半地上或地下模式，因地下形式，其轉(zhuǎn)動軸并沒有轉(zhuǎn)動部件，因而只需在低位合理設(shè)置疏水裝置即可，該疏水裝置建議采用啟動疏水和經(jīng)常疏水并聯(lián)形式設(shè)置，并合理設(shè)置沉淀池和引出疏水管。
④補(bǔ)償裝置設(shè)置及與鋼套鋼外套管銜接。

（3）固定支架及滾動結(jié)構(gòu)

①固定支架采用：采用防熱橋內(nèi)固定支架詳見圖二。

套管常規(guī)定尺12米，每根設(shè)置兩個支架，其距旋轉(zhuǎn)臂的個滾動支架的長度一般為3m，接近補(bǔ)償裝置的鋼管按設(shè)計要求預(yù)制，考慮管系穩(wěn)定性和施工穿管方便，一般要求滾輪與外套管之間每側(cè)留有4——6mm間隙。
（4）保溫結(jié)構(gòu)：
管道保溫結(jié)構(gòu)需具備如下性能：①因補(bǔ)償管段長、補(bǔ)償量較大，需要確保外套管內(nèi)腔保溫良好運(yùn)動。②從節(jié)約角度不能使外套管過大。③保溫結(jié)構(gòu)完整，能切實(shí)起到保溫作用。④為確保管系運(yùn)行良好，不能發(fā)生泄漏，外防腐需完整無損。
基于上述原則，通過多種材料的綜合研究，我們選定做法如下：

②外防腐部分：前述保溫結(jié)構(gòu)因需留有間隙而常規(guī)減小了保溫結(jié)構(gòu)層，因而外套管除銹后在外部采用聚氨酯噴涂工藝進(jìn)行增強(qiáng)保溫層10——20mm，再用玻璃鋼纏繞方式制作外防腐層。該工藝中聚氨酯噴涂層同時起到與外套管緊密結(jié)合作用。
（5）主要特點(diǎn)：
①管道補(bǔ)償管段長，地下易損件少，安全性好，補(bǔ)償裝置維修保養(yǎng)方便，另外，通過加強(qiáng)管道焊接工藝，幾乎做到運(yùn)行零隱患。
②保溫結(jié)構(gòu)完整，不但保溫效果可以得到保障，而且管道因防腐結(jié)構(gòu)處理較好，發(fā)生進(jìn)水造成管道運(yùn)行失穩(wěn)的情況也得到有效控制。
③因旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的特性，管系對于溫度、壓力變化的適應(yīng)性較好，管道更加安全可靠。 三、結(jié)論和擬進(jìn)一步研究的問題
通過上述管道與保溫工藝的互相銜接，較有效地使旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器良好應(yīng)用于直埋蒸汽管道。從07年、08年陸續(xù)施工的主蒸汽管道運(yùn)行情況看，我們選擇的結(jié)構(gòu)還是很合理的。