對蒸汽管道直埋技術的分析探討

邵志光,王 帥（南京蘇夏工程設計有限公司,南京 210036）

對蒸汽管道直埋技術的分析探討

邵志光,王 帥
（南京蘇夏工程設計有限公司,南京 210036）

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技水平的不斷提升，新建熱電廠與部分火電廠改為熱電廠等工程也越來越多，蒸汽管網(wǎng)傳統(tǒng)的架空、管溝等敷設方法已無法適應當下的工程發(fā)展需求。直埋蒸汽管道由于具有占地面積小、耗費能源少、敷設便利和防水性能好等優(yōu)勢，在各類工程當中受到了廣泛的應用。合理應用蒸汽管道直埋技術對于工程的順利開展具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文將對直埋蒸汽管道的技術做出淺要的分析。

蒸汽管道；直埋技術；結構；分析

1 直埋蒸汽管道的概述

直埋蒸汽管道主要由工質(zhì)管、內(nèi)層、保溫層、有機保溫層和外鋼管共同構成。其中工質(zhì)管即為工作鋼管，主要用來輸送介質(zhì)；內(nèi)層是為減少工質(zhì)管伸縮時的摩擦阻力和對保溫層的破壞而包裹在工質(zhì)管外的5mm-8mm軟質(zhì)保溫材料減阻層，由于其具有一定的延伸和回彈性，因此能夠有效地減少路面振動給工質(zhì)管帶來的影響；保溫層是為了支撐結構在內(nèi)層外用硬質(zhì)保溫瓦塊制作而成的；有機保溫層是固定與結合主保溫、外鋼管的聚氨酯發(fā)泡層，通常采用的是厚度≤40mm且耐溫＞150℃的聚氨酯；外鋼管主要具有承壓、防腐、防護的功能，有效地減少了直埋設計當中復土壓力所產(chǎn)生的內(nèi)鋼管摩擦力。目前蒸汽直埋管道的結構主要分為內(nèi)滑動型和外滑動型，其結構組成與特點如表1所示。

表1

2 蒸汽管道直埋技術的分析

蒸汽直埋管道，特別是t≥250℃且P≥1.0MPa的高溫蒸汽直埋管道具有一定的高壓、高溫和高危險性，其技術含量要比t≤150℃且p≤1.3MPa的熱水直埋管道高很多，因此在進行蒸汽管道直埋時必須通過準確的計算和設計來確保工程的質(zhì)量。

2.1 保溫和熱力計算

（1）保溫層厚度的計算。直埋蒸汽保溫管道可通過無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)一維圓筒導熱的相關原理來做出計算，依據(jù)能量守恒定律將保溫層上任意半徑為r的位置所對應的溫度用微分表達式表示為:。在工程的計算當中一般先對保溫管道保溫外表面溫度tw進行確定，在無法確定其外表面溫度時可以根據(jù)公式tw=33.4+0.028（t1-50）（其中t1表示工作鋼管半徑rt所對應的溫度）來進行計算，從而確定邊界條件，而后通過積分和傅里葉定律推導出熱流量Q的計算公式，并通過對相關表達式的聯(lián)解計算出保溫層的厚度，由于聯(lián)解過程的計算相對復雜，相關專業(yè)設計人員可以把相應的公式編為計算機應用程序來方便計算，并借助對保溫管道外表面溫度的調(diào)整來做到對保溫厚度的進一步調(diào)整，根據(jù)如下公式來對散熱損失進行有效的控制：（其中q表示散熱損失，W/m）

（2）管道的溫降。對于輸送距離短的蒸汽管道可在已知流量的基礎上選擇合適的流速（如表2所示）并依據(jù)蒸汽管道的管徑線算圖在不考慮沿途管道壓力損失、溫降的情況下來對輸送管道的管徑進行確定。

表2

在對一些大型蒸汽管網(wǎng)的壓力損失時，必須在重視其密度變化因素的前提下來確定其蒸汽平均密度，從而進一步計算出管道的熱損失、溫降以及實際蒸汽平均密度。管段熱損失的計算公式與蒸汽溫度降分別為：Q=3.6q（t1-tr）Lzα，△t=Q/（1000GCp）（其中Lz表示計算管段直線長度；α表示熱損失的附加系數(shù)，通常為1.05-1.2；△t表示蒸汽的溫度降，℃；G表示計算管段的蒸汽流量，t/h；Cp表示計算管段平均定壓比熱容，KJ/Kg.℃）。

2.2 管道的敷設

（1）工作鋼管設計。鋼套鋼結構當中的工作鋼管、保溫層中間往往會設置一層耐磨減阻層，以確保熱膨脹狀態(tài)下的工作鋼管可以在較小的摩擦阻力下自由延伸，并且在兩個鋼管間設置相應的導向支架來保證工作鋼管、保護鋼管同心。在直管段可以根據(jù)相關推力公式來計算出固定節(jié)G的推力，從而進一步計算出工作鋼管的整體強度；在彎管段的設計當中應當于離彎頭不遠處設置相應的固定節(jié)，并同樣利用推力合成方法來計算出固定節(jié)的推力。在對設計壓力下所產(chǎn)生的環(huán)向應力做出強度驗算時，需確保管道最不利點的合成應力不大于計算溫度下的管材基本許用應力。

（2）保護鋼管設計。由于保護鋼管和土壤有著直接的接觸，因此需利用特加強級環(huán)氧煤瀝青等來對其做好防腐處理，通常在設計、施工中會在管道周圍填上150mm的沙來確保不刮壞防腐層的同時使管道、土壤間具有準確的摩擦系數(shù)，以便于計算管道的摩擦力，并且應當在保護鋼管上設置鋼筋混凝土固定墩來對其進行固定。另外，考慮到保護鋼管具有38℃-50℃的溫度，因此必須合理利用無補償、有補償、一次性補償方法來對保護鋼管進行熱補償。

3 總結

近年來熱力管道直埋敷設因其獨特的優(yōu)勢在工程當中受到了廣泛的應用，隨著我國《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術規(guī)程》的頒布與實施，給管徑在DN500以下的熱水管道敷設提供了施工標準與技術依據(jù)，然而目前我國對于蒸汽管道直埋敷設技術還缺乏相應的規(guī)范或技術規(guī)程。要想確保直埋蒸汽管道的工程質(zhì)量，相關技術人員必須結合實際情況來合理地設計保溫結構，從而保證工程的可靠運行。

[1]周善植.高溫蒸汽管道地下直埋敷設的若干問題分析[J].科技傳播,2013（23）:71-72.