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滄州盛邦管道集團(tuán)有限公司
主營(yíng)產(chǎn)品: 鋼套鋼保溫管,鋼套鋼直埋保溫管,聚氨酯保溫管,預(yù)制直埋保溫管 |
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公司信息
鋼套鋼保溫鋼管
2019-12-7 閱讀(453)
鋼套鋼保溫鋼管
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高,熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱因其效率高、環(huán)境污染 小而得到廣泛應(yīng)用。供熱管道的直埋敷設(shè)又由于其占地面積小、不影響市容景觀和城市規(guī)劃、 建材用量和土建費(fèi)用少、熱損耗低等優(yōu)點(diǎn),在集中供熱領(lǐng)域引起各規(guī)劃、建設(shè)部門和工程界 的廣泛重視和應(yīng)用。熱水管道的直埋敷設(shè)技術(shù)在我國(guó)已得到廣泛應(yīng)用;但是高溫(>150 ℃) 蒸汽管道的直埋敷設(shè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于起步探索階段。
1 管道安裝方式的選用
直埋敷設(shè)的供熱管道根據(jù)管系是否安裝補(bǔ)償器,可分為有補(bǔ)償安裝和無補(bǔ)償安裝,選擇 時(shí)主要根據(jù)管道中熱媒溫度的高低。由于蒸汽管道溫度大多超過 150 ℃,熱伸長(zhǎng)量、熱脹 應(yīng)力、盲板力較大,采用無補(bǔ)償安裝方式,已不能滿足管系的熱膨脹性能及管材應(yīng)力的安全 性要求。按照《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 81-98)的要求,直埋熱力管道的 直管段的當(dāng)量應(yīng)力變化范圍應(yīng)滿足式(1): δj=(1-ν)δt -αE(t2-t1)≤3[δ](1) 式中δj——當(dāng)量應(yīng)力變化范圍,MPa
ν——鋼材的泊松系數(shù)
α——鋼材的線性膨脹系數(shù),m/m·℃
E——鋼材的彈性模量
t1——管道工作循環(huán)較高溫度,℃
t2——管道工作循環(huán)較低溫度,℃
δt——管道內(nèi)壓引起的環(huán)向應(yīng)力,MPa
[δ]——鋼材的基本許用應(yīng)力,MPa
按照式(1),若循環(huán)較低溫度按停運(yùn)時(shí)的 10 ℃計(jì)算,則管道工作循環(huán)較高溫度 t 1 允許 達(dá)到 150 ℃,而大多直埋蒸汽管道的溫度大于 150 ℃,如河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的 正定熱網(wǎng)工程的設(shè)計(jì)參數(shù)為:設(shè)計(jì)壓力 1.27 MPa,設(shè)計(jì)溫度 350 ℃,其直埋不能像直埋熱 水管道一樣允許有錨固段的存在,其設(shè)計(jì)中必須考慮整個(gè)管系熱應(yīng)力釋放措施,即采用分離 式的保溫結(jié)構(gòu)和在管系上安裝補(bǔ)償器,允許管道產(chǎn)生熱位移。
國(guó)內(nèi)多例工程蒸汽直埋敷設(shè)都采用了有補(bǔ)償?shù)陌惭b方式,投產(chǎn)后運(yùn)行狀況良好,如:河 南開封經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)供熱工程(設(shè)計(jì)壓力 0.6 MPa,設(shè)計(jì)溫度 265 ℃);石家莊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū) 蒸汽管道直埋集中供熱工程(設(shè)計(jì)壓力 0.98 MPa,設(shè)計(jì)溫度 280 ℃);武漢東湖開發(fā)區(qū)熱電公 司集中供熱工程(設(shè)計(jì)壓力 1.6 MPa,設(shè)計(jì)溫度 320 ℃),臨沂市集中供熱工程(部分區(qū)段) (設(shè)計(jì)壓力 1.0 MPa,設(shè)計(jì)溫度 300 ℃),灤南熱網(wǎng)工程(設(shè)計(jì)壓力 1.27 MPa,設(shè)計(jì)溫度 300 ℃)。因此,在實(shí)際高溫蒸汽直埋工程中應(yīng)采用有補(bǔ)償?shù)陌惭b方式,以確保管系的安全和穩(wěn) 定運(yùn)行。
2 保溫層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1 保溫材料的選用
鋼套鋼保溫鋼管的直埋敷設(shè)對(duì)保溫材料及結(jié)構(gòu)都提出了較高要求。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中, 應(yīng)根據(jù)不同條件(如介質(zhì)溫度、運(yùn)行工況、地下水位、土壤特性等)進(jìn)行認(rèn)真比較。據(jù)了解, 高溫直埋敷設(shè)蒸汽管道事故起因多是保溫問題。如果保溫材料不耐水煮沸,進(jìn)入保溫層的水 在被蒸汽加熱到沸騰狀態(tài)后,將沿管道迅速蔓延,造成無機(jī)保溫層材料熱軟化和有機(jī)保溫層 材料聚氨酯破孔軟化,從而引起大范圍保溫材料破壞,導(dǎo)熱系數(shù)急劇增大,嚴(yán)重時(shí)地面會(huì)出 現(xiàn)冒汽現(xiàn)象。由此可見,保溫材料的耐煮沸及防水性能對(duì)高溫蒸汽管道直埋敷設(shè)的安全性和 可靠性有很大影響,是保證蒸汽管道安全工作的關(guān)鍵問題之一。直埋敷設(shè)的熱水管道常用的 保溫材料聚氨酯(使用溫度 t≤120 ℃)和脲酸脂(使用溫度 t≤150 ℃)及瀝青珍珠巖等 材料都不能直接使用在直埋蒸汽管道上。實(shí)踐證明,普通的直埋保溫材料(如硅酸鋁纖維氈、 巖棉、膨脹珍珠巖、普通的微孔硅酸鈣制品等)是不耐熱水及沸水的,有的遇水板結(jié),有的 浸水松散。另外,聚氨酯泡沫塑料在 55 ℃左右的熱水中即破孔軟化,減少或失去保溫能力。 所以,在蒸汽管道直埋工程的保溫材料選擇時(shí)應(yīng)注意選擇耐煮沸及防水性能好的材料。關(guān)于 此類材料目前國(guó)內(nèi)有多種產(chǎn)品,如采用新工藝生產(chǎn)的防水型硅酸鈣瓦和高密度無堿玻璃棉, 再如河南某公司的耐煮沸不吸水硅酸鎂機(jī)制品,而耐煮沸不吸水改性的聚氨酯泡沫塑料在多 個(gè)工程的應(yīng)用效果也都比較理想。其每 km 溫降在 10%左右,管溝地表溫度接近環(huán)境溫度, 地面作物、植物生長(zhǎng)正常。
2.2 保溫層結(jié)構(gòu)
由于高溫鋼套鋼保溫管直埋敷設(shè)的蒸汽管道所產(chǎn)生的熱伸長(zhǎng)量大,保溫材料(如耐高溫的聚氨酯) 無法承受,所以管道熱脹冷縮保溫結(jié)構(gòu)在土壤壓力下固定不動(dòng)時(shí),管道應(yīng)能在保溫層內(nèi)自由 移動(dòng),以釋放熱應(yīng)力,保證管系的安全性,即工作鋼管與保溫材料外殼不像熱水直埋管道一 樣是一個(gè)整體,而形成脫開式的管中管結(jié)構(gòu),一般在無機(jī)隔熱層與鋼管之間也要鋪設(shè)一層耐 高溫潤(rùn)滑劑,以減少摩擦力。 為了保證高溫蒸汽直埋管道的安全運(yùn)行,其保溫結(jié)構(gòu)通常采用保溫復(fù)合結(jié)構(gòu)。內(nèi)滑動(dòng)的 保溫復(fù)合結(jié)構(gòu)從里到外依次為:工作鋼管、高溫防銹層、無機(jī)潤(rùn)滑層、空氣層、無機(jī)隔熱層、 高溫金屬反射層、有機(jī)保溫層、防水防腐外護(hù)層,在這種復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)中,耐高溫的無機(jī)隔 熱層將其表面溫度限制在外層有機(jī)保溫材料允許的安全溫度以下(<150 ℃),無機(jī)潤(rùn)滑層 和空氣層減少了鋼管在熱脹冷縮時(shí)的摩擦力,防水防腐的外護(hù)層通常是耐腐蝕、耐壓強(qiáng)度高 的玻璃鋼或鋼套管。圖 1 為外滑動(dòng)式的保溫結(jié)構(gòu),從里到外依次為:工作鋼管、高溫防銹層、 無機(jī)保溫層、空氣層、防水防腐外護(hù)層。防水防腐的外護(hù)層通常是鋼套管。
2.3 保溫層的排潮管設(shè)計(jì)
高溫蒸汽直埋管道復(fù)合保溫層結(jié)構(gòu)的排潮管設(shè)計(jì)好壞,直接影響到保溫層內(nèi)潮氣的排出, 進(jìn)而影響保溫效果。高溫蒸汽直埋管道復(fù)合保溫層的制做應(yīng)在工廠內(nèi)完成,現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行接頭 的處理。盡管在制做過程中,對(duì)保溫材料等要進(jìn)行烘干,但是由于在制做、運(yùn)輸、堆放等過 程中,都可能造成外部水分進(jìn)入保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)部,因此合理的設(shè)置排潮管,在暖管排潮期間保 證內(nèi)保溫層中的潮汽迅速排盡是直埋管道可靠運(yùn)行的一個(gè)必要措施。排潮管的直徑范圍通常 為 20~50 mm,可視工作的管徑和排潮管設(shè)置的間距(通常在 30~50 mm 左右)確定。排 潮管在工作管道上的位置應(yīng)設(shè)置在管道位移較小處(固定支架附近),否則應(yīng)采取有效措施 防止其熱位移時(shí)破壞保溫層結(jié)構(gòu),排潮管的引出位置可引至專設(shè)的小井內(nèi)或地面上。引至地 面上時(shí)應(yīng)防止影響交通或潮汽燙傷行人,同時(shí)還應(yīng)考慮排潮管的防灌(雨)水措施。 排潮管與工作管的相對(duì)關(guān)系有 3 種:在圖 2(a)中排潮管末端和工作鋼管直接焊接,較為 簡(jiǎn)潔;圖 2(b)中排潮管繞工作鋼管一圈焊接,其效果較好;圖 2(c)中排潮管沿工作鋼管伸一 定的長(zhǎng)度焊接。3 種關(guān)系的共同點(diǎn)是在保溫層內(nèi)部的排潮管壁上均勻開孔,讓潮汽排出。
3 種外護(hù)層的比較
目前,在國(guó)內(nèi)高溫蒸汽直埋敷設(shè)管道上應(yīng)用的外護(hù)層主要有 3 種形式:鋼套管外護(hù)、玻 璃鋼外護(hù)及高密度聚氯乙烯管外護(hù)。由于高密度聚氯乙烯管耐溫度較低,對(duì)溫度十分敏感, 其強(qiáng)度隨溫度變化較大,線性膨脹系數(shù)也大,隨溫度變化會(huì)造成自身開裂,使整個(gè)保溫層防 水失效,因此,不宜應(yīng)用在鋼套鋼保溫管直埋敷設(shè)管道上,但在熱水直埋供熱管道上應(yīng)用較為普 遍。 在高溫蒸汽直埋敷設(shè)管道上應(yīng)用較多的外護(hù)層為鋼套管外護(hù)和玻璃鋼外護(hù)。二者的主 要區(qū)別在于前者在外滑動(dòng)的保溫結(jié)構(gòu)(保溫層與工作鋼管一起相對(duì)于外護(hù)鋼管做同步位移, 工作鋼管承受的摩擦力基本上不受土壤壓力的影響)應(yīng)用較多;后者在內(nèi)滑動(dòng)保溫結(jié)構(gòu)(工 作鋼管相對(duì)于保護(hù)層和保溫材料發(fā)生位移,工作鋼管承受的摩擦力要受到土壤壓力的影響) 中應(yīng)用較多。
鋼套管外護(hù)層存在的問題有:
a. 防腐問題。通常鋼套管外護(hù)層采用環(huán)氧煤瀝青刷漆,由于與土壤之間反復(fù)摩擦,不 久就會(huì)失去防腐能力,造成外護(hù)鋼管的腐蝕。
b. 管系中所有的管件(彎頭、三通、補(bǔ)償器等)及固定支架全部裝在鋼套管中,并與 工作鋼管焊接在一起,同時(shí)外護(hù)管也存在大量焊口需要焊接,由于是雙層鋼管結(jié)構(gòu),無法順 利進(jìn)行 X 射線探傷檢查。c. 鋼套管外護(hù)層每 2~4 m 做一夾環(huán)支撐,支撐處保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)將明顯高于其它地 方,這樣,沿著管道就會(huì)形成數(shù)量很大的熱橋泄漏點(diǎn),同時(shí)大量熱量傳到外鋼管上,也加劇 其腐蝕速度,減少管系的使用壽命。
d. 鋼套管外護(hù)層本身存在熱補(bǔ)償和溫度應(yīng)力問題,同時(shí)鋼外套在其溫度變化過程中將 加大管系中固定支架的受力。
e. 鋼套管外護(hù)層結(jié)構(gòu)及其防腐措施將提高工程造價(jià)。 相反,玻璃鋼外護(hù)層型結(jié)構(gòu)就不存在上述問題。但是由于玻璃鋼外護(hù)層沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 一些生產(chǎn)廠家粗制濫造。建設(shè)部已組織有關(guān)部門制定玻璃鋼外護(hù)管標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后,將能 夠規(guī)范廠家,提高產(chǎn)品質(zhì)量。另外,采用玻璃鋼外護(hù)層還有現(xiàn)場(chǎng)接口條件差、質(zhì)量難以保證 的問題。 因此,可根據(jù)工程的實(shí)際需要,選擇適當(dāng)?shù)谋貙咏Y(jié)構(gòu);但在防腐措施未過關(guān)的情況下, 建議優(yōu)先選用玻璃鋼外護(hù)層型結(jié)構(gòu)。
4 各節(jié)點(diǎn)端面的保溫防水設(shè)計(jì)
根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),直埋管道保溫大多是從各節(jié)點(diǎn)端面開始出現(xiàn)問題的,所以各節(jié)點(diǎn)端面 的保溫防水設(shè)計(jì)在保溫設(shè)計(jì)中占有突出的位置。常說的節(jié)點(diǎn)端面包括工作鋼管與工作鋼管、 工作鋼管與各管件(三通、彎頭、大小頭)、工作鋼管與補(bǔ)償器的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接及排潮管的連接 等。高溫蒸汽直埋敷設(shè)管道的保溫結(jié)構(gòu)無論采用何種型式,都應(yīng)在工廠中制做完成。在管道 兩端留有 200~300 mm 的不保溫管段,管道焊接之后接頭在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理,其處理方法與 熱水直埋管道現(xiàn)場(chǎng)接頭相同,主要有:保溫接頭套管法、熱收縮套管法、袋形套管法、接口 模塑發(fā)泡法等。具體制做及技術(shù)要求可參考熱水直埋管道的一些規(guī)程規(guī)定,但是其保溫層結(jié) 構(gòu)和材料必須同工作鋼管一致。
5 蒸汽直埋敷設(shè)管道的報(bào)警系統(tǒng) 蒸汽直埋管道敷設(shè)在地下,在實(shí)際工作中很難了解管道及其保溫層結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀況。為 了及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,防止問題的擴(kuò)大,在保溫結(jié)構(gòu)中設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)是必要的,圖 3 是一種常用 的溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的工作原理是:若系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生管道泄漏、保溫層被破壞等事故,保溫層的 溫度將變化,傳感器會(huì)及時(shí)將保溫層溫度的變化情況經(jīng)光纖電纜傳到溫度檢測(cè)儀及微機(jī)系 統(tǒng),使運(yùn)行檢修人員可及時(shí)找到準(zhǔn)確位置并進(jìn)行搶修。
6 結(jié)束語
在選用鋼套鋼保溫管的保溫材料時(shí),應(yīng)考慮到材料的耐煮沸性,外護(hù)層應(yīng)考慮到其 耐高溫(120 ℃)性,在保溫結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮層層防水的要求,一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,不至 于迅速蔓延到全線管道,為工程的維修帶來方便。