當前直埋蒸汽管道在國內(nèi)很多工程設(shè)計中已有較多的應(yīng)用，這主要是因為直埋蒸汽管道技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用市場的廣泛和它與傳統(tǒng)的架空敷設(shè)或地溝敷設(shè)相比具有多方面的社會與經(jīng)濟優(yōu)勢。下面就直埋蒸汽管道設(shè)計談一點體會：
1、直埋蒸汽管道的設(shè)計與計算
1.1 直埋蒸汽管道結(jié)構(gòu)的選擇
目前，直埋管道的結(jié)構(gòu)形式有很多，其中主要有以下幾種:
① 工作鋼管+軟質(zhì)保溫層+外護鋼管+防腐層；
② 工作鋼管+軟質(zhì)保溫層+外護鋼管+聚氨酯保溫層+纏繞玻璃鋼夾克；
③ 工作鋼管+軟質(zhì)保溫層+鋁箔反射層+空氣隔熱層+外護鋼管+防腐層；
�、� 工作鋼管+硬質(zhì)保溫層+聚氨酯保溫層+纏繞玻璃鋼夾克。
直埋管道結(jié)構(gòu)形式的選擇主要依據(jù)輸送介質(zhì)的設(shè)計參數(shù)和當?shù)氐膶嶋H條件,如:土壤條件、地下水位條件等，對管網(wǎng)的安全運行和工程造價也必須給予足夠的重視。在兗礦甲醇項目廠前區(qū)部分直埋蒸汽管道的設(shè)計中，我們采用了外護鋼管的結(jié)構(gòu)形式，這主要考慮到輸送的蒸汽溫度較高，非外護鋼管形式不能滿足設(shè)計要求。我們采用的外護鋼管直埋蒸汽管道的結(jié)構(gòu)形式是：工作鋼管+軟質(zhì)保溫層十鋁箔反射層+空氣隔熱層+外護鋼管+防腐層。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點為鋼外殼具有整體連續(xù)性，強度高，密封性能好，一般不需要混凝土固定墩，施工周期短，占地面積小，適于淺埋。缺點為外護鋼管防腐要求較高，接口施工工藝較復(fù)雜。
1.2 管道及附件的布置
蒸汽直埋管道是由內(nèi)固定節(jié)或全固定節(jié)分割成段，每兩個固定節(jié)之間的管段為一膨脹單元，其長度由應(yīng)力計算及補償器最大補償能力確定，每一膨脹單元設(shè)一個內(nèi)補償器，用以吸收膨脹量。
(1)全固定節(jié)或外固定節(jié)：一般設(shè)置在管道起點、終點及限制內(nèi)外管或外管彎頭變形處，與彎頭的距離應(yīng)依據(jù)彎頭應(yīng)力計算確定，需設(shè)混凝土固定墩使其固定。
(2)加強型內(nèi)固定節(jié)：承受推力較大，一般設(shè)置在限制內(nèi)管彎頭變形處，與彎頭的距離應(yīng)依據(jù)彎頭應(yīng)力計算確定，一般設(shè)置在彎頭附近較好。
(3)普通型內(nèi)固定節(jié)：承受推力較小，為分割內(nèi)管控制熱伸長用，一般設(shè)置在內(nèi)管兩補償器中間推力可以相互抵消處。
(4)內(nèi)補償器：為吸收內(nèi)管熱伸長用，一般設(shè)置在加強型內(nèi)固定節(jié)一側(cè)或普通型內(nèi)固定節(jié)兩側(cè)，設(shè)置數(shù)量或間距與工作鋼管工作參數(shù)有關(guān)，應(yīng)依據(jù)管道應(yīng)力計算及補償器最大補償能力確定。
(5)外補償器：為吸收外護鋼管熱伸長用，根據(jù)設(shè)計需要可設(shè)置也可不設(shè)，如果采用一般是設(shè)置在全固定節(jié)或外固定節(jié)處。因外護鋼管溫度變化較小，設(shè)置數(shù)量很少。本工程不設(shè)外補償器。
(6)疏水節(jié)：管道變坡低點及上下翻低點，收集凝結(jié)水用。需另設(shè)疏水閥，疏水閥井設(shè)置在管道附近,排出口引至附近排水溝等處。
(7)排潮管：排潮管是用于排出保溫層中的潮氣,由廠家預(yù)制生產(chǎn)，公稱管徑50 mm，一般約200m 設(shè)一個，地下水位較高時適當縮短距離，并應(yīng)保證波紋補償器、固定節(jié)排氣暢通,排潮口引至地面以上隱蔽處并弧形下翻。
1.3 外護鋼管
外護鋼管與熱水直埋管道同屬于低溫管道，其工作原理是一樣的，也就是說直埋蒸汽管道外護鋼管的設(shè)計完全可以采用低溫熱水直埋管道的設(shè)計理論，低溫熱水直埋管道采用的各種安裝方式完全可以用于蒸汽直埋管道外護鋼管。但外套鋼管因兩者的用途不同，工作條件不同，它們兩個仍存在著較大的差別，主要有：
(1) 熱水熱容量高，溫度便于控制，設(shè)計溫度在運行時容易得到保證：蒸汽熱容量小，外套鋼管運行時的溫度不僅取決于熱源溫度，也取決于管道保溫情況及熱負荷的波動情況，因此比較難于控制。
(2) 熱水管道承受熱水壓力，而蒸汽外護鋼管不直接與工作介質(zhì)接觸，無內(nèi)壓，但采用內(nèi)固定節(jié)時會有較小的因內(nèi)固定節(jié)推力產(chǎn)生的應(yīng)力。
(3) 保溫層進水時，熱水管道會導(dǎo)致外護層局部破壞和工作管腐蝕加快：而對蒸汽管道來說，會導(dǎo)致煮管而產(chǎn)生大量的蒸汽，乃致長距離
超溫。
(4) 與熱水直埋管道相比，蒸汽直埋外鋼套管直徑大，壁厚薄，容易發(fā)生局部屈曲�？v上所述，直埋蒸汽外護鋼管雖然設(shè)計溫度往往低于熱水直埋管道，但其實際工作溫度引起的應(yīng)力很容易超過鋼材的屈服極限，因此要保證在制造、運輸、安裝、運行過程中管道不受潮不進水，尤其多雨季節(jié)施工、地下水位較高的地區(qū)施工要做好防潮、防雨等防護工作。
2 管道節(jié)點的處理
2.1 排潮管
排潮管是用于排出保溫層中的潮氣一般做法是直接引出地面，這樣勢必容易造成人為毀壞從而給管網(wǎng)安全造成極大隱患。因此，排潮管以接入小井室為宜，且應(yīng)增加閥門，小井室中的閥門在管道定期排潮時打開，待潮氣排完后及時關(guān)閉，以防止排潮井中進水形成倒灌。
2.2 疏水井
通常的疏水裝置將啟動疏水器和經(jīng)常疏水器安裝在同一個疏水井中，由于排出的凝結(jié)水溫度較高，凝結(jié)水排至井中后迅速汽化，操作維修人員無法下到井室內(nèi)，不利于后期的運行管理和維修。如果將疏水裝置設(shè)在操作井內(nèi)，將啟動疏水器和經(jīng)常疏水器排水口設(shè)在附井內(nèi)，或?qū)⑴潘谝赂浇潘疁蟽?nèi)便可解決這一問題。根據(jù)近年的經(jīng)驗，啟動疏水管公稱管徑宜大于等于40mm，以防管網(wǎng)初運行時堵塞。
2.3 全固定節(jié)及密封隔斷環(huán)板
全固定節(jié)的設(shè)計與區(qū)間閥門井的設(shè)計宜統(tǒng)一考慮，可減少全固定節(jié)體積，降低造價。對于采用外護鋼管的直埋蒸汽管道，應(yīng)在適當?shù)奈恢?如在每個固定節(jié)處或間隔一個固定節(jié)處)增加密封隔斷環(huán)板，以防止某個隔斷區(qū)間內(nèi)發(fā)生蒸汽泄漏、保溫層進水時對其他隔斷區(qū)間的影響，最大限度降低事故對整個管網(wǎng)保溫層的破壞。近年的工程實踐表明，由于增加密封隔斷環(huán)板而引起的熱橋效應(yīng)與管網(wǎng)的安全性相比是非常次要的。
3 設(shè)計要點分析
3.1 在設(shè)計中外護鋼管比較工作鋼管的受力情況要復(fù)雜得多因此對外護鋼管的設(shè)計應(yīng)有高度的重視。
3.2 直埋蒸汽管道中，工作鋼管彎頭套在外護鋼管內(nèi)，其伸縮受到約束，不適合自然補償。采取局部加大彎管自然補償能力的做法不節(jié)省投資，且容易破壞彎頭處保溫。因此在實際工程設(shè)計中應(yīng)盡量不利用彎管自然補償，即在靠近彎頭處加內(nèi)固定節(jié)，由于內(nèi)固定節(jié)推力很小，結(jié)構(gòu)很小，所以投資小，而且運行更安全可靠。
3.3 內(nèi)固定節(jié)焊接在外護鋼管上，外護鋼管對工作鋼管起到固定作用，同時外護鋼管也受到多個內(nèi)固定節(jié)的約束。外護鋼管還受土壤摩擦力約束，工作狀態(tài)與直埋熱水管道相似。由于其溫度低 (一般在50℃以下)，溫升小，因此熱伸長不會太大，部分熱變形受阻將會轉(zhuǎn)化為熱應(yīng)力存留下來，而且熱應(yīng)力較小，所以外固定節(jié)及外補償器可以不設(shè)。
3.4 由內(nèi)固定節(jié)推力計算可知，由于管道及介質(zhì)自重很小，使得工作鋼管受到的摩擦力很小，因此在設(shè)計時應(yīng)盡量選用補償能力大的補償器，以增大膨脹單元的長度，減少補償器的數(shù)量，減少事故點。
3.5 對地耐力較差、地下水位較高的地區(qū)，根據(jù)有關(guān)資料介紹，可采取在鋼外護鋼管下設(shè)置混凝土基礎(chǔ)的做法。
4 結(jié)語
直埋蒸汽管的出現(xiàn)使高溫供熱管道直埋得以實現(xiàn)，尤其是外護鋼管直埋蒸汽管由于可以不設(shè)外部土建構(gòu)筑物，解決了位置狹窄及施工周期短問題，并可以實現(xiàn)淺埋。工作鋼管應(yīng)力很小，運行更加安全、可靠。由于鋼外護管直接埋于土中，易被腐蝕，其壽命直接決定著管道的整體壽命，因此，外護鋼管的防腐設(shè)計及施工質(zhì)量應(yīng)引起高度重視。
