直埋蒸汽管道的幾個特點
摘要：對于直埋蒸汽管道做為供暖行業(yè)的新興材料，因具有施工進度快、保溫性能好、工程造價低、節(jié)約建筑材料等優(yōu)點而得到了越來越廣泛的應用。由于對于高溫蒸汽管道尚無設(shè)計規(guī)范，因而其保溫結(jié)構(gòu)及固定形式各廠家不相同。本文對市面上常見的幾種直埋蒸汽管道的特點進行論述。
關(guān)鍵詞：直埋蒸汽管道；直埋；外固定；內(nèi)固定
近年來，直埋蒸汽管道在北方城市做了不少的嘗試。在蒸汽管道穿越城市主干道以及涉及到美化環(huán)境的問題時，直埋的敷設(shè)方式能夠很好的解決上述問題，而且因其施工進度快、保溫性能好、工程造價低、節(jié)約建筑材料等特點得到了越來越廣泛的應用。由于蒸汽直埋管道是一種新興事物，目前國家建設(shè)部門并未制訂正式的標準對蒸汽直埋管道進行詳盡的規(guī)定�，F(xiàn)筆者根據(jù)近年來所從業(yè)的保溫管道生產(chǎn)及施工的經(jīng)驗來淺談一下直埋蒸汽管道的幾個特點。
保溫形式
蒸汽直埋管道的保溫形式各個廠家都不盡相同，現(xiàn)對于目前采用較多的保溫層結(jié)構(gòu)進行如下概述：
一、復合保溫形式
蒸汽直埋管道由于輸送的介質(zhì)溫度很高，一般超過200℃，所以不能象直埋熱水管那樣采用聚氨酯作為唯一的保溫層（因為聚氨酯的碳化溫度在142度左右）。因而不少廠家的蒸汽直埋管道采用了復合保溫的結(jié)構(gòu)，而復合保溫的結(jié)構(gòu)又可大致分為"塑套鋼"和"鋼套鋼"兩種結(jié)構(gòu)：
1、"塑（玻璃鋼）套鋼"結(jié)構(gòu)：
從里到外依次為工作芯管、潤滑層、復合保溫層、高密度聚乙烯（或玻璃鋼）外保護層。其中潤滑層的作用是使工作芯管與隔熱層之間能產(chǎn)生相對滑動，避免因管道的工作芯管和與其接觸的無機保溫層因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生相互牽拉的破壞作用。潤滑層材料一般為無機潤滑劑或無機減阻層，復合保溫層從內(nèi)到外一般為無機憎水保溫材料＋聚氨酯泡沫保溫層。為了能進一步減少因輻射所帶來的熱損失，有時還在無機保溫層外加設(shè)鋁箔反射層。這種管道一般應用于溫度在220℃以下的低溫蒸汽輸送中。雖然在安全性和使用壽命上不及下面將要介紹要的"鋼套鋼"結(jié)構(gòu)的復合保溫管道，但是由于價格相對低廉，因此適用于輸送蒸汽要求不高的工程。
2、"鋼套鋼"結(jié)構(gòu)：
結(jié)構(gòu)與"塑套鋼"大致相同，從里到外依次為工作芯管、潤滑層、復合保溫層（內(nèi)設(shè)鋁箔反射層）、鋼外護管。這種結(jié)構(gòu)無論從耐高溫、高壓的能力還是從使用壽命、安全系數(shù)來看，都比前者有較大的提高。由于外保護層為鋼管，因而對于工作內(nèi)管在運行當中出現(xiàn)泄漏的事故能起到一定的延緩破壞的作用，防止蒸汽溢出傷人。鋼外護管的防腐一般采用兩布三油、三層PE、玻璃鋼纏繞、聚脲噴涂以及環(huán)氧粉末噴涂等多種形式。
1、工作芯管 2、潤滑層 3、無機保溫層4、聚氨酯保溫層5、外護管（高密度聚乙烯、玻璃鋼或經(jīng)過防腐處理的鋼管）
二、滑（滾）動導向支架形式
滑（滾）動導向支架形式一般都為"鋼套鋼"，從里到外依次為工作芯管、滑（滾）動導向支架、玻璃棉層、空氣隔熱層、鋼外護管。由于運行時，芯管溫度近似為蒸汽的溫度，鋼外護管的溫度在40℃左右，兩者較大的溫差導致兩者的伸長量有較大的差異。如果內(nèi)外鋼管為一體的話，就會產(chǎn)生很大的內(nèi)應力，帶來極大的破壞性。采用了滑（滾）動支架，就可以使芯管在鋼外護管內(nèi)自由滑動，基本消除了內(nèi)應力。而且，因此也使固定支架所承受的推力大大減小，節(jié)省材料的同時，也增大了安全系數(shù)。同樣，為了能進一步減少輻射散熱，因此在玻璃棉層之外加設(shè)鋁箔反射層，或者直接采用帶有鋁箔反射層的玻璃棉管殼。如果將管腔內(nèi)部抽成真空，即抽去玻璃棉層及空氣層內(nèi)的空氣，還可以進一步的減小整個管道的導熱系數(shù)以及縮小外護鋼管的外徑，節(jié)省了成本。這樣一來，整個芯管、管件及附件都被外護鋼管包容在一個封閉的空腔內(nèi)，成為一個有機的整體。
1、工作鋼管 2、玻璃棉保溫層 3、鋼外護管 4、防腐材料 5、支架（滾動或滑動） 6、空氣層
除此之外，也有兩種保溫結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式：即工作芯管、滑（滾）動導向支架、玻璃棉保溫層、鋁箔反射層、空氣隔熱層、鋼外護管、聚氨酯保溫層、高密度聚乙烯（或玻璃鋼）外保護層。這種保溫方式結(jié)構(gòu)更為復雜，制作工藝更為繁瑣，成本更高。
在遇到工作芯管泄漏時，復合保溫結(jié)構(gòu)的管道因為本身結(jié)構(gòu)和保溫材料選用的原因，不但無機保溫層可能會被高壓的蒸汽沖碎，而且還無法將蒸汽所凝結(jié)的水分排出，而滑動支架形式的保溫管道因為工作芯管與鋼管外保護層之間形成的是一個通腔，因此可利用真空泵通過排潮管將管腔內(nèi)水分及潮氣都吸出。離心玻璃棉在水分被吸干后可繼續(xù)使用，基本不影響隔熱性能。
蒸汽直埋管道的固定形式
蒸汽直埋管道的固定形式有兩種即內(nèi)固定形式和外固定形式，外固定即工作芯管和外保護管同時固定，在每一段管道和補償器的兩端，都要設(shè)兩個很大的鋼筋混凝土支墩，才能保證管道的固定。"塑套鋼"和 "玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)必須采取這種固定形式。內(nèi)固定即內(nèi)外管間的固定，內(nèi)管通過一定的結(jié)構(gòu)形式固定在外保護管上，充分利用外保護管的強度和剛度以及外保護管與土壤之間的磨擦力來使內(nèi)管固定，可節(jié)省鋼筋混凝土支墩。只有以鋼管作為外保護管才可能采用內(nèi)固定形式。外固定因為必須設(shè)鋼筋混凝土支墩,所以施工占地大、投資多，工期長,而且支墩是管道的薄弱部位，該部位易產(chǎn)生"熱橋"，也易出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，管道運行不正常時，該部位也易出現(xiàn)事故。特別是對"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)，由于溫升引起的外鋼管熱應力特別大，鋼筋混凝土支墩的尺寸也特別大，該部位也更易出現(xiàn)事故。對"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)，采用內(nèi)固定結(jié)構(gòu)具有很大的優(yōu)越性。
蒸汽直埋管道幾種保溫結(jié)構(gòu)和固定形式的應用比較
蒸汽直埋管道的三種保溫結(jié)構(gòu)在實際中都有應用，從應用的時間看，蒸汽直埋管道應用的初期，"塑套鋼"、"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)和外固定形式應用的較多，而近年"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)和內(nèi)固定形式應用最多。特別是在地下水位高的地區(qū)，幾乎無一例外均采用"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)。"塑套鋼"、"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)初期應用多的主要原因是這兩種保溫結(jié)構(gòu)相對于"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)投資能節(jié)省一些，但這兩種保溫結(jié)構(gòu)均有一個致命的缺點，即外套管的接頭處不好處理，接頭處的強度和嚴密性得不到保證。特別是固定墩處的外套管與鋼管的連接一直找不到好的方法，尤其是玻璃鋼之間的連接受時間、天氣、施工條件等多方面條件的影響，連接質(zhì)量更是難以保證。
另外高密聚乙烯和玻璃鋼這兩種有機材料的耐溫性受到一定的限制，如超過一定的溫度，容易老化，大大地縮短使用壽命，而在一些節(jié)點連接處，由于"熱橋"作用，這部分管段的外表面極易產(chǎn)生超溫現(xiàn)象，因此這部分外保護管的壽命大大縮短。所以"塑套鋼"、"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)的使用壽命難以保證。特別在地下水位高的地區(qū)，如果外保護管局部密封不嚴，地下水滲到保溫層中，就會產(chǎn)生"開鍋"冒汽現(xiàn)象。
這樣的例子屢見不鮮。大連某熱電廠直埋蒸汽外網(wǎng)采用"塑套鋼"、"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)，95年11月正式投入運行，96年5月開始，這兩種管道就逐步開始冒汽，成為當時城市的一種特殊的景觀，到98年這部分管道不得不改為"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)。有了這個教訓，大連市后來的蒸汽直埋管道都采用"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)，再沒有發(fā)生上面那種情況。2000年全國直埋蒸汽管道技術(shù)研討會在大連召開，總結(jié)全國各地蒸汽直埋管道應用的經(jīng)驗及教訓,與會專家一致認為，"玻璃鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)不再提倡使用，"塑套鋼"保溫結(jié)構(gòu)只能應用在地下水位低、土壤干燥的地區(qū)。應大力提倡采用"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)及內(nèi)固定形式。因為"鋼套鋼" 保溫結(jié)構(gòu)外保護管的連接是采用焊接的，外鋼管是完全一體地連接在一起,沒有任何泄露點，且外鋼管局部過熱也不會影響使用壽命，同時采用"鋼套鋼"
保溫結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)固定，可將整段管道做成單元形式，各單元管道都可在工廠預制，因取消了鋼筋混凝土支墩，預制好的單元管道只要運到施工現(xiàn)場進行焊接連接即可完成，既節(jié)省了占地，又可大大縮短施工時間，也減少了事故點，特別是對施工條件受限制的地區(qū)施工，具有極大的便利，同時管道的綜合造價得到降低。對于南方一些地區(qū)的地下水位較高、土壤潮濕、鹽堿性大的情況，"鋼套鋼"保溫結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)固定的形式有更大的用武之地。經(jīng)過多年的實踐，"鋼套鋼"
保溫結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)固定在應用中從設(shè)計、制作和施工已有一整套成熟經(jīng)驗，并且實際應用效果良好，已成為蒸汽直埋管道應用的必然選擇。
隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，蒸汽供熱技術(shù)在不斷提高，實踐證明高溫蒸汽管道直埋技術(shù)是可行的，采用"鋼套鋼"復合保溫及滑（滾）動導向支架形式結(jié)構(gòu)，解決了管道熱膨脹和保溫密封防水問題，同時管道直埋的熱損失小，從理論上講比架空鋪設(shè)或者地溝敷設(shè)減少50%左右，節(jié)約了占地面積，美化了環(huán)境，并且由于不用開挖尺寸更大的管溝以及省去了砌筑地溝的工序，從而在很大程度上節(jié)省了施工的時間與費用，在城市供熱中具有極大的推廣前景。
