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直埋高溫蒸汽管道附件設計要點工學論文
摘要：對直埋高溫蒸汽管道做了簡要介紹，并結合實際工程總結了固定支架、補償器、疏水裝置和排潮管等管道附件的設計要點。
關鍵詞：直埋蒸汽管道；固定支架；補償器；排潮管；疏水點
1“鋼套鋼”蒸汽管道簡介
“鋼套鋼”蒸汽管道就是在內部的工作鋼管外再加一個鋼套管。工作鋼管主要用來輸送高溫高壓蒸汽；外部鋼套管既是工作鋼管的保護管，也是保溫管的保護管，更重要的還是整個蒸汽管道伸、縮固定的主要受力件。內、外管之間是保溫材料和空氣層。
“鋼套鋼“直埋式預制蒸汽管道一般適用于輸送溫度在150～300℃之間，壓力小于1.6MPa的蒸汽。該產品在國外實施的比較早，例如德國在1979年就開始使用【1】。在我國興起于20世紀90年代。
該產品在技術上解決了埋地管道在防水、防腐、熱橋、疏水等方面關鍵性問題，使蒸汽管道全線處于全密封狀態下運行，經過工程實踐證明是安全、可靠。并且具有節約占地面積、減少管網占用地下空間位置的特點。
2工程應用概況
前年中原某鋼廠蒸汽管網工程中，采用了直埋“鋼套鋼”預制蒸汽管道形式。其接市政蒸汽管道的主干線管徑為273×7/660×6.4，兩個支管分別為219×6/580×5.6和108×4/325×4.8，，分別供冬季采暖和食堂做飯使用。除過河采用架空外，其他均采用“鋼套鋼”直埋敷設。本項目凝結水不再回收。
蒸汽管道設計供汽參數為：P=1.1MPa，t=260℃，工程管道總長為350m。
該鋼廠“鋼套鋼”蒸汽管網運行兩年來，未發生任何問題，運行正常。
3管道附件設計要點
“鋼套鋼”蒸汽管道附件的設計質量非常重要，它直接影響到蒸汽管道的施工，因此，關鍵關節必須嚴格按照規范和規程進行計算和設計。
3.1補償器的選擇
一般在直埋蒸汽管道中，采用波紋管補償器，但選用時應注意以下兩點。
①補償量不應大于200mm。②要求波紋管補償器生產廠家根據蒸汽參數進行應力計算，確定波高、波數、波板的層數及波紋管的材料。
目前，波紋管補償器多采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料制成。在運行中受拉應力、壓應力及各種內應力聯合作用下，如果管道內、外部環境中有氯、硫離子，極易受到穿晶應力腐蝕破壞，溫度越高，氯、硫離子濃度越大，這種腐蝕破壞速度越快。故補償器的材質應選用抗氯離子腐蝕材料SUS316L不銹鋼【2】。
在沿海地區、防腐條件惡劣環境下，也可考慮選擇用直埋式套筒補償器，因為它耐腐蝕、抗汽水沖擊的能力強，價格相對較低，壽命長。目前，國內已經開發出很成熟的直埋式套筒補償器，具有不需設置檢查井、易安裝、占地面積小、無泄漏、補償量大等特點，彌補了傳統套筒補償器的自身不足，顯示出明顯的優勢。
另外波紋管補償器最好在固定支架左右對稱設置，以平衡固定支架受力，同時便于設置疏放水裝置。
3.2固定支架的設計
對固定支架的推力計算，除應考慮固定支架兩側管道補償器的彈性反力、內壓不平衡力及管道與滑動層的摩擦力外，對鋼外套的復合保溫管還應計算鋼外套對固定支架的推力，如按外表面溫度最高50℃計算，當工作鋼管直徑為DN250時，外保護套的直徑為DN650時，采用鋼外套管的固定支架推力在運行初期可達15000N左右。雖然，采用在鋼外套管上設補償器可減少對固定支架的推力，但由于外套管補償器的防腐問題目前沒有十分可靠的解決辦法，從而不能保證管網的壽命。為解決上述問題，對固定支架的設計可采用相對固定的概念。
所謂相對固定，即是內工作鋼管固定在外套管上，外套管對于工作鋼管視為固定參照物，其內固定帶的固定強度結構只計算內鋼管的推力Fn即可。對外鋼管來說Fn為它的內平衡力，復合保溫管的整體穩定性由土壤作用在外套管上的被動土壓力來平衡。這樣，既解決了因地形復雜無法做固定支架的難題，又縮短了施工周期。
3.3疏水點的設計
由于蒸汽管網運行負荷不穩定，甚至經常有間隙運行工況，在這一段時間內管道內會有凝結水，如不及時排出就會發生水擊，嚴重時會對管網造成破壞。因此，合理設置疏水點是管系安全運行的保障。在疏水點的設計上應注意以下幾點：
①盡量沿管網氣流方向并根據管系的路由高程將管系做成有坡度設計，即順流疏水。②如遇到地下障礙多時，管道敷設呈起伏狀時，采用多低點疏水。當逆汽流方向疏水時，應加大管道的坡度。③疏水點的形式由于管系運行時存在反復的熱膨脹和收縮，會對疏水管根部焊口產生剪應力，產生疲勞，容易破壞。為避免這種情況發生，疏水點應盡量設在固定墩附近，或疏水點與固定墩作為一體。
3.4三通、閥門、大小頭設計
三通、閥門、大小頭等管件在整個管系中是應力集中點，在工程設計中應通過分析管子的應力分布狀況，盡量把這些管件布置在軸向、徑向位移量相對較小的地方，即應靠近固定支架。
在選擇閥門時，要考慮閥門承受內壓及軸向力的能力，不選擇鑄鐵閥門。總之，在管道附件設計中，固定墩采用內固定支架替代外固定支墩，既減少了由于外固定支墩需要做龐大的混凝土工作量問題，又很好解決了外固定支墩的防腐問題。疏水點、三通、閥門、大小頭、排潮管等管道附件都應盡量靠近固定墩。
3.5排潮管的設計
排潮管是直埋蒸汽管道不可缺少的重要組成部分，因為保溫管在工廠生產、運輸及安裝過程中不可避免地含有或者會吸收一些潮氣甚至少量水分，若不及時排除出去，開啟暖線時很容易發生爆管事故。排潮管在每段封閉的管段之間宜設一至二個，排潮管不但有排潮的功能，還可以通過觀察其排出的汽量來確定管段的滲泄情況。排潮管應引到地面上，行人車輛不易碰到的地方。排潮管管口要向下彎，以免雨雪由排潮管口進入管道保溫層。
4結語
高溫直埋蒸汽管道工程是相關多專業的一項系統工程，但高溫直埋蒸汽管網中管件的選擇與設計至關重要，更是工程成敗的關鍵。高溫直埋蒸汽管道的補償器、固定支架、疏水點、排潮管等管件應有設計院統一設計，然后由專業生產廠家預制，既保證質量、又簡化施工。高溫直埋蒸汽管道敷設技術雖然在我國推行10多年，積累了一定得經驗，但還有諸多問題尚未解決，需要深入研究和實踐。
參考文獻：
[1]動力管道設計手冊.動力管道設計手冊[M].北京:機械工業出版社,2006.
[2]石美峰.淺論直埋蒸汽管道技術與施工[J].建筑工程,2008,(2).
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