直埋蒸汽管道技術(shù)應(yīng)用瑣談
[內(nèi)容摘要] 本文簡略介紹了目前國內(nèi)蒸汽直埋管道部分保溫結(jié)構(gòu)形式并分析了各自的特點(diǎn)，擬提供選擇應(yīng)用參考。
[關(guān) 鍵 詞] 保溫結(jié)構(gòu)、性價(jià)比、地質(zhì)、鋼套鋼、鋼塑復(fù)合、內(nèi)滑動(dòng)、空氣夾層、真空絕熱，外滑動(dòng)。
一、
蒸汽直埋管道技術(shù)，在我國應(yīng)用發(fā)展了十多年，眼下我們欣喜的看到，“蒸汽直埋管道技術(shù)”這塊園地已是“百花盛開，爭奇斗艷”呈現(xiàn)一派欣欣向榮的景象。
“百花盛開”——我國蒸汽直埋管道敷設(shè)里程之長，規(guī)模管徑之大，花色品種之多令世界矚目！
“爭奇斗艷”——我國蒸汽直埋管道技術(shù)含量之高，品質(zhì)之高，“專利”、“金獎(jiǎng)”、“銀獎(jiǎng)”、“外國獎(jiǎng)”之多令國人自豪。
我們可以理直氣壯地說：“在蒸汽直埋管道開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域我們是發(fā)達(dá)國家”。
二、
這些年來，“蒸汽直埋管道技術(shù)”市場，相繼推出了許許多多不同結(jié)構(gòu)、性能各異的直埋管道產(chǎn)品，可說是“百花盛開”。
塑套鋼、鋼套鋼、鋼塑復(fù)合
內(nèi)固定、外固定、內(nèi)外固定
內(nèi)滑動(dòng)、外滑動(dòng)、導(dǎo)管滑動(dòng)
上疏水、下疏水、混合疏水
玻璃鋼、高厚膜、復(fù)合防腐
HD、三PE、聯(lián)合保護(hù)
單一保溫、復(fù)合保溫、多屏反射
空氣夾層、真空絕熱……
如此琳瑯滿目的直埋管道品種是我國廣大工程技術(shù)人員付出了艱辛勞動(dòng)，從直埋蒸汽管道的基礎(chǔ)理論和基本構(gòu)造研究、實(shí)踐開發(fā)出來的。
由于蒸汽管道介質(zhì)溫度高，保溫結(jié)構(gòu)不可能像熱水直埋管道那樣做成“三位一體”的整體膨脹型，而必須做成工作鋼管或外護(hù)層與保溫層脫開的“脫開式”，使管道中任一截面的熱位移能產(chǎn)生相對移動(dòng)而將熱應(yīng)力釋放掉。從中得知，蒸汽直埋管道是由工作鋼管——保溫層——外護(hù)層三大基本元素組成的脫開式管道。
（一）為何脫開？
先期采用的是“內(nèi)滑動(dòng)”——工作鋼管（無縫鋼管）上涂刷無機(jī)潤滑劑，或是在工作鋼管（螺旋鋼管）上貼敷硅酸鋁纖維氈形成減阻層，減少磨擦阻力，使工作鋼管受熱膨脹后在保溫層內(nèi)自由伸縮。保溫層與外護(hù)層緊密結(jié)合，在管溝內(nèi)受土壤壓力形成一個(gè)管溝。這種內(nèi)滑動(dòng)結(jié)構(gòu)一直沿用至今仍被不少工程采用。
后來出現(xiàn)了“外滑動(dòng)”——工作鋼管上緊緊包扎保溫材料形成一個(gè)固定的整體，工作鋼管受熱膨脹后，連同保溫材料一齊，通過固定其上的絕熱滑動(dòng)支架（支撐件），在外護(hù)鋼管的內(nèi)壁上自由伸縮。這種外滑動(dòng)結(jié)構(gòu)不僅減少了磨擦阻力，還可以減小軸向推力，縮小固定墩尺寸，更有意義的是由于可以設(shè)立“空氣空腔”又引出了“空氣夾層”、“真空絕熱”的保溫結(jié)構(gòu)。
（二）保溫結(jié)構(gòu)（保溫層）：
保溫結(jié)構(gòu)是直埋蒸汽管道的精髓所在。保溫效果是直埋管的主要指標(biāo)。而其保溫效果最終取決于保溫結(jié)構(gòu)。
單一保溫結(jié)構(gòu)是早期應(yīng)用的技術(shù)，由于當(dāng)時(shí)的保溫材料品種少，適于直埋的更缺。后來保溫材料品種逐漸增多，保溫結(jié)構(gòu)就勢趨向了多元化。先是“復(fù)合保溫”——將兩種以上的保溫材料復(fù)合使用，盡其各自的優(yōu)點(diǎn)，提高保溫效果。比如：將微孔硅酸鈣與聚氨酯泡沫塑料復(fù)合——微孔硅酸鈣（無機(jī)材料）耐溫高（600℃），但導(dǎo)熱系數(shù)稍高（0.06w/m.k）,單層保溫時(shí)，厚度太大不理想；聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)低（0.03w/m.k）,但不耐溫(<150℃),不適于蒸汽直埋。當(dāng)將二者復(fù)合使用,就比較妥貼,將耐高溫的微孔硅酸鈣先貼敷在高溫工作管上,再在其上澆注一定厚度的聚氨酯泡沫,這樣高溫蒸汽經(jīng)硅鈣瓦隔熱降低到聚氨酯能承受的溫度(<150℃),再經(jīng)聚氨酯隔熱溫度降到了60℃以下,滿足了直埋要求。
也有微孔硅酸鈣與超細(xì)離心玻璃棉，聚氨酯三種材料的復(fù)合保溫。其原理是離心玻璃棉可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)形成排潮通道，以便及時(shí)順暢地排出結(jié)構(gòu)內(nèi)的潮氣，保護(hù)結(jié)構(gòu)安全。
后來，又出現(xiàn)了更多的復(fù)合形式——如多屏反射，將金屬反射材料——鋁箔有機(jī)的復(fù)合進(jìn)保溫結(jié)構(gòu)，使熱量經(jīng)多屏反射作用，減小熱損失進(jìn)一步提高保溫效果。
由于“外滑動(dòng)”結(jié)構(gòu)中可以留有“空氣空腔”（通道）造就了“空氣夾層”保溫的出現(xiàn)。因?yàn)榭諝鈱?dǎo)熱系數(shù)低（0.024w/m.k），只要空腔的厚度合適，不造成空氣的對流散熱，保溫的效果十分明顯。這就是鋼塑復(fù)合鋼套鋼外滑動(dòng)結(jié)構(gòu)。
另外可將“空氣空腔”，用真空設(shè)備將空腔抽成并保持一定的真空度，那不僅保溫效果更好并且可以有效地排除結(jié)構(gòu)內(nèi)的潮濕氣體，保持干燥狀態(tài)有利于防腐。這種結(jié)構(gòu)就是“真空絕熱”，但運(yùn)行時(shí)比較麻煩，運(yùn)行成本高。
（三）保護(hù)結(jié)構(gòu)（外防水防腐層）：
外防水防腐層的好壞主要是硬度問題，沒有硬度談不上效果。前期的外保護(hù)層多采用“塑套鋼”型，采用高密度聚乙烯管（HDPE）做外套管。工程實(shí)踐表明，這種外套管防水防腐性能好便于施工；但致命弱點(diǎn)是耐溫能力太差。補(bǔ)口問題解決不了，容易從接點(diǎn)處進(jìn)水，當(dāng)管內(nèi)局部熱流外泄，很容易被熱熔、蠕變而破壞，不適用直埋蒸汽管道。
在此期間，也有采用玻璃鋼管“纖維增強(qiáng)塑料”（玻璃鋼）做外護(hù)，耐溫能力大大高于HDPE，防水防腐性能好，強(qiáng)度高，便于施工，是外護(hù)層的理想材料。但玻璃鋼的制作工藝不同，差異很大，做出的玻璃鋼質(zhì)量懸殊太大，一定要采用玻璃纖維機(jī)械纏繞工藝。后來，在吸收消化國外新技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國也出現(xiàn)了鋼套鋼結(jié)構(gòu)直埋蒸汽管。
鋼套鋼結(jié)構(gòu)亦即“鋼地溝”。外護(hù)層采用鋼管，強(qiáng)度大大增加，長期運(yùn)行安全可靠性大，密封防水性能好，潛在隱患少。因其密封性好，無滲漏，保溫效果更好。外滑動(dòng)型鋼套鋼結(jié)構(gòu)還可以配合使用“空氣夾層”和“真空絕熱”技術(shù)。目前，鋼套鋼結(jié)構(gòu)是我國普遍采用的直埋管道結(jié)構(gòu)。
鋼套鋼也有不足之處：外套鋼管的防腐難度大，要化重金解決防腐問題；而且標(biāo)準(zhǔn)鋼管的單價(jià)也高，總的是鋼套鋼造價(jià)偏高。
為解決鋼套鋼的防腐難和造價(jià)高的問題，最近幾年企業(yè)的工程技術(shù)人員研發(fā)出一種鋼塑復(fù)合鋼套鋼（內(nèi)滑動(dòng)、外滑動(dòng)）結(jié)構(gòu)保溫管，一面市就受到業(yè)界的關(guān)注。
鋼塑復(fù)合，實(shí)質(zhì)上也是鋼套鋼。它是為解決外套鋼管防腐問題，而將外套鋼管上復(fù)合纏繞一層1.5~3mm厚的機(jī)械纏繞玻璃鋼，提高防腐能力，延長使用壽命，為降低鋼套鋼的造價(jià)，外套鋼管根據(jù)設(shè)計(jì)的保溫厚度，采用非標(biāo)準(zhǔn)管徑的薄壁鋼管。這樣的鋼塑復(fù)合鋼套鋼的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量品質(zhì)高于鋼套鋼；價(jià)格低于鋼套鋼，肯定會(huì)被廣泛推廣應(yīng)用。
上面就直埋蒸汽管道的基本結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況作一簡單介紹。其他的如直埋管的固定方式，防腐結(jié)構(gòu)等就不贅述了。
三、
確實(shí)，面對為此琳瑯滿目的保溫管道品種問題是：到底哪種最好？應(yīng)該為何選擇呢？筆者認(rèn)為目前還不能肯定的講哪種結(jié)構(gòu)形式最好，還需要時(shí)間繼續(xù)“研究、實(shí)踐、總結(jié)” 。
我國幅緣遼闊，地理、氣候、水文、地質(zhì)情況各異、差別懸殊。南方、北方、沿海城市，三北地區(qū)對直埋蒸汽管道都有不同的要求，不能采用一個(gè)模式，要因地制宜。
比如，南方地區(qū)水位高，直埋敷設(shè)主要是防水問題，防水解決了保溫迎刃而解。沿海地區(qū)不僅水位高，而且土壤中的鹽堿度大，氯硫離子含量高，所以不僅要防水，更要防腐。而西部地區(qū)，突出的問題是土壤熱阻高，干旱多、水位低，是如何保溫的問題，防水防腐倒是第二位的。拿鋼套鋼作比：沿海地區(qū)采用這種形式，防腐的問題解決困難，而不如采用鋼塑復(fù)合多屏反射結(jié)構(gòu)，防腐防水層既能防水又能防腐，造價(jià)也較低。
除了“因地制宜”的問題，還要提到“性價(jià)比”問題。一般講剔除欺詐因素“一分價(jià)錢，一分貨”這個(gè)理是真的，毫不例外，直埋管的價(jià)格也因?yàn)槠湫阅艿膬?yōu)勢而差別懸殊。比方說：鋼套鋼的價(jià)格要比玻套鋼高出25~30%。“真空絕熱”的價(jià)格要比“空氣夾層”高出30%以上。因?yàn)?ldquo;鋼套鋼”比“玻套鋼”結(jié)構(gòu)性能好，但防腐的成本高，所以比“玻套鋼”價(jià)格高。“真空絕熱”的保溫與防腐性能優(yōu)于“空氣夾層”，但其增加了真空設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，所以價(jià)格比“空氣夾層”高不少。“鋼塑復(fù)合鋼套鋼外滑動(dòng)”的性能與“鋼套鋼外滑動(dòng)相仿，但價(jià)格卻比它低25~30%！這是因?yàn)橥庾o(hù)鋼管采用薄壁鋼管復(fù)合一層機(jī)械纏繞玻璃鋼防腐層，不僅解決了防水防腐問題而且減少了鋼管重量，降低了成本。
采用內(nèi)固定形式，充分利用管系力的自平衡，可以減少固定墩數(shù)量，節(jié)約投資，這比外固定、內(nèi)外固定的形式好，但只適用于長直管段。
所以，選用哪種結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)該根據(jù)工程所在地的地理、氣象、水文地質(zhì)等情況，以及建設(shè)單位自身的經(jīng)濟(jì)承受能力，經(jīng)過慎重的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較來選定。且不可人云亦云，造成決策錯(cuò)誤，遺患于后。
在直埋蒸汽管道技術(shù)發(fā)展的這十多年，尤其是最近幾年，直埋保溫管生產(chǎn)廠商在全國各地蜂涌而起（有的一個(gè)市就有十幾家），但良莠不齊。沒有技術(shù)裝備、沒有技術(shù)人員、沒有施工資質(zhì)的“三無”廠家也能擠身于市場招攬工程。一時(shí)間，直埋管道技術(shù)的各種各樣的“專利”、“金獎(jiǎng)”之類的宣傳滿天飛，令人眼花繚亂，但經(jīng)過實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)不乏“嘩眾取寵”之作，應(yīng)引起警惕。
同樣一個(gè)優(yōu)秀的保溫結(jié)構(gòu)，讓兩個(gè)不同的制造廠商制作與施工，但竣工后的最終效果并不相同。這是建設(shè)單位必須考慮到的問題。
一個(gè)熱網(wǎng)工程最好從施工圖設(shè)計(jì)開始，讓保溫管生產(chǎn)廠介入與設(shè)計(jì)部門協(xié)作，做好施工圖設(shè)計(jì)。這樣，管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)處理、分段長度的確定，防水防腐的問題，排潮疏水的問題……就可以在施工圖上一次敲定，避免在施工現(xiàn)場更改設(shè)計(jì)，造成返工損失。還可以在保溫結(jié)構(gòu)選擇，管網(wǎng)竣工驗(yàn)收、試運(yùn)行等環(huán)節(jié)給建設(shè)單位和設(shè)計(jì)部門提供幫助。
四、
有句廣告詞說：“沒有最好，只有更好”。我想我國蒸汽直埋管道技術(shù)也應(yīng)了這句話了“沒有最好，只有更好”。盡管目前我國直埋管道產(chǎn)品品種繁多，技術(shù)進(jìn)步很快，但是畢竟應(yīng)用的時(shí)間不長，有不少問題尚需時(shí)間考驗(yàn)，取得第一手資料，以待改進(jìn)和提高。
隨著我國建設(shè)的騰飛，集中供熱和冷、熱、電三聯(lián)供事業(yè)的飛速發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，可以肯定的看到，蒸汽直埋管道技術(shù)一定會(huì)日新月異，蓬勃發(fā)展。筆者愿意于大家共同研討，以精益求精。
