關(guān)于直埋蒸汽管道設(shè)計(jì)施工及運(yùn)行管理的探討
摘要：蒸汽管道直埋敷設(shè)在我國(guó)尚屬探索階段，本文根據(jù)我公司近五年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)就直埋蒸汽管道在設(shè)計(jì)及運(yùn)行方面的問題進(jìn)行分析及探討。
熱水管道(T<150℃)直埋技術(shù)在國(guó)內(nèi)已有二十多年的歷史，該項(xiàng)技術(shù)已較成熟。而高溫蒸汽管道 由于介質(zhì)溫度遠(yuǎn)比熱水管道高，這就構(gòu)成了高溫蒸汽管道在直埋敷設(shè)時(shí)的特殊技術(shù)特性，使其直埋敷設(shè)難度較大，盡管我國(guó)蒸汽管道直埋技術(shù)在研究、設(shè)計(jì)、制造、施工等環(huán)節(jié)上存在 著諸多問題，這方面的基礎(chǔ)理論尚不完善，但在全國(guó)各地已進(jìn)行了大量的工程實(shí)踐與調(diào)查研究工作，基本上形成了具有我國(guó)特色的先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的高溫蒸汽管道直埋技術(shù)。目前全國(guó)直埋蒸汽管道已達(dá)數(shù)百公里，最大管徑為DN700mm。
我公司從1995年迄今已建成的直埋蒸汽管道約10公里，最大管徑DN500mm。在實(shí)踐中我 們不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，形成了一套比較完善的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理方法。這里就將我們的 一些做法介紹給大家，供同仁們參考，以促進(jìn)我國(guó)高溫蒸汽管道直埋技術(shù)的發(fā)展。
一、選擇合適的蒸汽操作壓力
我們采用的是高壓輸送低壓使用的方式，其優(yōu)點(diǎn)是高壓下蒸汽體積小，可減小管道口徑 及管道散熱量，減少了保溫材料，另外高壓下蒸汽干度高，品質(zhì)好，而低壓蒸汽中有更大比 例的潛熱能，可減小凝水的顯熱能，同時(shí)低壓使用可降低設(shè)備的費(fèi)用。
二、準(zhǔn)確地掌握蒸汽負(fù)荷
工藝設(shè)計(jì)中選定管徑時(shí)要準(zhǔn)確地落實(shí)用戶和用量，同時(shí)考慮用汽高峰和低峰的差別，若 運(yùn)行負(fù)荷遠(yuǎn)低于安全運(yùn)行負(fù)荷時(shí)，可考慮敷設(shè)雙管方案，否則按過熱蒸汽設(shè)計(jì)的管道在飽和 蒸汽下運(yùn)行，出現(xiàn)管道疏水困難，管道振動(dòng)大和汽水沖擊造成波紋管補(bǔ)償器損壞等問題。例 如我公司為煙臺(tái)大宇重工有限公司等用戶設(shè)置的蒸汽管道設(shè)計(jì)用汽量為100T/H，而實(shí)際用汽 量只有5T/H，再加上沿途部分熱用戶為斷續(xù)用汽，運(yùn)行兩年后，管網(wǎng)上就有五個(gè)波紋管補(bǔ)償 器損壞，使管網(wǎng)處于病態(tài)運(yùn)行。
波紋管補(bǔ)償器損壞的原因：
第一、地下水沿補(bǔ)償器的活動(dòng)端 進(jìn)入到外護(hù)套與波紋節(jié)之間，由于波紋節(jié)外表面溫度很高，使水汽化，長(zhǎng)時(shí)間汽化便在此范 圍內(nèi)結(jié)垢，水垢填充了波谷，使波紋管失去了補(bǔ)償作用。
第二、由于用汽量波動(dòng)，地下水中 氯離子濃縮，結(jié)果在波節(jié)上形成死點(diǎn)，波紋管局部被腐蝕透。第三、由于運(yùn)行負(fù)荷遠(yuǎn)小于設(shè) 計(jì)負(fù)荷，凝水量大，造成疏水不通暢，水擊現(xiàn)象嚴(yán)重，將導(dǎo)流筒沖擊變形。第四、選用的波 紋管補(bǔ)償量大(300mm)，波節(jié)多，第五、波紋管的設(shè)計(jì)不符合蒸汽運(yùn)行參數(shù)的要求，如波紋 管的層數(shù)少，導(dǎo)流筒薄，波節(jié)間的法蘭無防失穩(wěn)措施等。九八年我們又為該管線敷設(shè)了另一 DN250的蒸汽管道，使之成為雙路，并在設(shè)計(jì)中克服了原有管道中的不足之處，補(bǔ)償器改用 套筒式，到目前為止該管道運(yùn)行狀況良好。
三、合理的布置與敷設(shè)管道
1.由于土壤是一種很好的保溫材料，管道埋深越大外殼溫度及土壤溫度場(chǎng)就越高，所以 ，蒸汽管道直埋以淺埋為有利。
2.為保證補(bǔ)償環(huán)節(jié)的可靠性，設(shè)計(jì)跨度不宜大于100m，補(bǔ)償量不宜大于200mm，但設(shè)計(jì) 的跨度也不宜太小，以免增大管道投資，況且，固定支架及補(bǔ)償器處是薄弱環(huán)節(jié)，處理不好 會(huì)影響整個(gè)管網(wǎng)的使用壽命。另外，變徑及管壁厚度變化處，應(yīng)設(shè)補(bǔ)償器或固定支架，固定 支架應(yīng)設(shè)在管壁厚度較大的一側(cè)。
3.分支管的設(shè)計(jì)時(shí)，宜靠近干管固定支架，且最好從管頂引出，并在支管上設(shè)固定支架 、補(bǔ)償器或采用自然補(bǔ)償。
4.管網(wǎng)中的控制閥門及分段閥門當(dāng)管徑大于150mm時(shí)，應(yīng)設(shè)旁通閥，旁通管管徑按設(shè)計(jì) 流量的30％考慮，以便于控制調(diào)節(jié)。
5.疏水裝置應(yīng)設(shè)置啟動(dòng)疏水及永久疏水兩套。啟動(dòng)疏水裝置采用截止閥組，初運(yùn)行時(shí)手 動(dòng)疏水用。永久疏水裝置設(shè)置間距不應(yīng)大于150米。疏水器采用斯派沙克工程有限公司生產(chǎn) 的熱動(dòng)力式疏水器，并將凝水引至附近的雨、污水井。
四、補(bǔ)償器的選用：
選用波紋管補(bǔ)償器時(shí)，應(yīng)注意：(1)補(bǔ)償量不大于200mm，(2)應(yīng)要求波紋管生產(chǎn)廠家根 據(jù)蒸汽參數(shù)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，確定波高、波數(shù)、波板的層數(shù)及波紋管的材料。
由于目前波紋管補(bǔ)償器多采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料制成，在運(yùn)行中拉壓應(yīng)力和波紋節(jié) 成型過程中形成的內(nèi)在應(yīng)力聯(lián)合作用下，如管道內(nèi)、外部環(huán)境中有氯、硫離子，極易受到穿 晶應(yīng)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。
我們認(rèn)為沿海地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先選用套筒補(bǔ)償器，因?yàn)樗透g、抗汽水沖擊的能力強(qiáng)，價(jià) 格相對(duì)較低，壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是要定期注密封填料。目前國(guó)內(nèi)已有改進(jìn)產(chǎn)品，可以幾年注一次 填料。
五、保溫材料及保溫結(jié)構(gòu)的選擇
直埋蒸汽管道保溫技術(shù)已較成熟，目前國(guó)內(nèi)直埋蒸汽管道保溫多數(shù)采用內(nèi)滑動(dòng)復(fù)合型結(jié) 構(gòu)，同時(shí)也在不斷發(fā)展新型保溫結(jié)構(gòu)，如內(nèi)支撐鋼套鋼結(jié)構(gòu)等。保溫材料也有多種，如隔熱 層材料有泡沫玻璃、微孔硅酸鈣、超細(xì)玻璃棉等；保溫層一般采用聚氨酯(耐溫150℃)；保 護(hù)層則采用高密度聚乙烯套管、樹脂玻璃鋼、鋼管等，我們公司在煙臺(tái)大宇重工業(yè)工程中采 用的是內(nèi)滑動(dòng)式復(fù)合型結(jié)構(gòu)，隔熱層為微孔硅酸鈣，保溫層為聚氨酯，保護(hù)層為T0樹脂。98 年8月5日，我們對(duì)正在運(yùn)行的直埋蒸汽管道的保溫情況進(jìn)行了測(cè)試。
管道狀況：DN300管道，微孔硅酸鈣隔熱層厚90mm，聚氨酯保溫層厚30mm，管道已運(yùn)行 兩年。
測(cè)試時(shí)氣溫：27℃，使用儀表為DM801C數(shù)字式測(cè)溫表。由保護(hù)層經(jīng)保溫層、隔熱層到管 壁，每隔1cm測(cè)試一次溫度。測(cè)試結(jié)果如下：
可見 ，保護(hù)層外表面溫度低于40℃，隔熱層與保溫層交界面處的溫度為98℃，低于聚 氨酯的耐溫能力，保溫效果較好。
六、施工及運(yùn)行管理
1.直埋蒸汽管道的施工質(zhì)量極為重要，必須嚴(yán)格控制每道生產(chǎn)工序，嚴(yán)格檢查質(zhì)量，按 設(shè)計(jì)要求實(shí)施，尤其是接頭保溫施工，必須嚴(yán)格控制，逐個(gè)檢查，確保施工質(zhì)量；
2.雨季施工要采取必要措施，防止水淹、浮管發(fā)生。一旦保溫材料進(jìn)水，將很難全部排 除，這樣會(huì)大大降低保溫效果，增大熱損失，并有可能導(dǎo)致保溫管的損壞、破裂；
3.為保證施工質(zhì)量，焊口應(yīng)采用氬弧焊打底，并對(duì)主干線進(jìn)行100％探傷；
4.管道試運(yùn)行前，一定要對(duì)管溝進(jìn)行回填，保證保溫層外殼與土壤形成足夠的摩擦力， 防止保溫層隨內(nèi)鋼管一起進(jìn)行伸縮而引起保溫層的破壞；
5.嚴(yán)格初運(yùn)行程序。運(yùn)行時(shí)一定保證暖管時(shí)間，因?yàn)檎羝麥囟雀撸艿郎郎匾欢ㄒ徛?nbsp;，以保證管道與隔熱層順利脫離，避免保溫層損壞。由于隔熱層潮濕，緩慢加熱才能使隔熱 層中的水分均勻的通過排氣管排出，以免保溫層發(fā)生爆管現(xiàn)象，待排氣管基本無氣體排出時(shí) ，可增大送汽量，并逐漸達(dá)到運(yùn)行負(fù)荷值。圖為我公司的暖管升溫、恒溫曲線圖：
另外，通汽前必須將蒸汽管網(wǎng)中的凝結(jié)水放凈，運(yùn)行中盡量減少熱負(fù)荷的波動(dòng)幅度和頻 率；經(jīng)常檢查疏水裝置，確保凝水暢通疏出，避免水擊現(xiàn)象的發(fā)生；因?yàn)樗畵舨粌H易破壞補(bǔ) 償器，而且由于強(qiáng)烈的振動(dòng)，造成保溫結(jié)構(gòu)破壞。這是由于當(dāng)熱負(fù)荷變化幅度和頻率較大時(shí) ，熱位移經(jīng)常變化，若采用復(fù)合保溫管時(shí)，將增加工作管與內(nèi)保溫材料的摩擦系數(shù)，據(jù)有關(guān) 資料介紹，按熱網(wǎng)壽命16年計(jì)算，則工作管與內(nèi)保溫層摩擦最小達(dá)15000—20000次，一般硬 質(zhì)保溫材料很難經(jīng)受這樣多次的磨損，特別由于管道自重作用，下部摩擦更為嚴(yán)重，如果處理不當(dāng)，必定會(huì)破壞保溫結(jié)構(gòu)的保溫性能，降低保溫管壽命。
