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直埋高溫蒸汽管道附件設(shè)計(jì)要點(diǎn)工學(xué)論文
摘要：對(duì)直埋高溫蒸汽管道做了簡(jiǎn)要介紹，并結(jié)合實(shí)際工程總結(jié)了固定支架、補(bǔ)償器、疏水裝置和排潮管等管道附件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：直埋蒸汽管道；固定支架；補(bǔ)償器；排潮管；疏水點(diǎn)
1“鋼套鋼”蒸汽管道簡(jiǎn)介
“鋼套鋼”蒸汽管道就是在內(nèi)部的工作鋼管外再加一個(gè)鋼套管。工作鋼管主要用來(lái)輸送高溫高壓蒸汽；外部鋼套管既是工作鋼管的保護(hù)管，也是保溫管的保護(hù)管，更重要的還是整個(gè)蒸汽管道伸、縮固定的主要受力件。內(nèi)、外管之間是保溫材料和空氣層。
“鋼套鋼“直埋式預(yù)制蒸汽管道一般適用于輸送溫度在150～300℃之間，壓力小于1.6MPa的蒸汽。該產(chǎn)品在國(guó)外實(shí)施的比較早，例如德國(guó)在1979年就開(kāi)始使用【1】。在我國(guó)興起于20世紀(jì)90年代。
該產(chǎn)品在技術(shù)上解決了埋地管道在防水、防腐、熱橋、疏水等方面關(guān)鍵性問(wèn)題，使蒸汽管道全線(xiàn)處于全密封狀態(tài)下運(yùn)行，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐證明是安全、可靠。并且具有節(jié)約占地面積、減少管網(wǎng)占用地下空間位置的特點(diǎn)。
2工程應(yīng)用概況
前年中原某鋼廠蒸汽管網(wǎng)工程中，采用了直埋“鋼套鋼”預(yù)制蒸汽管道形式。其接市政蒸汽管道的主干線(xiàn)管徑為273×7/660×6.4，兩個(gè)支管分別為219×6/580×5.6和108×4/325×4.8，，分別供冬季采暖和食堂做飯使用。除過(guò)河采用架空外，其他均采用“鋼套鋼”直埋敷設(shè)。本項(xiàng)目凝結(jié)水不再回收。
蒸汽管道設(shè)計(jì)供汽參數(shù)為：P=1.1MPa，t=260℃，工程管道總長(zhǎng)為350m。
該鋼廠“鋼套鋼”蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行兩年來(lái)，未發(fā)生任何問(wèn)題，運(yùn)行正常。
3管道附件設(shè)計(jì)要點(diǎn)
“鋼套鋼”蒸汽管道附件的設(shè)計(jì)質(zhì)量非常重要，它直接影響到蒸汽管道的施工，因此，關(guān)鍵關(guān)節(jié)必須嚴(yán)格按照規(guī)范和規(guī)程進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。
3.1補(bǔ)償器的選擇
一般在直埋蒸汽管道中，采用波紋管補(bǔ)償器，但選用時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。
①補(bǔ)償量不應(yīng)大于200mm。②要求波紋管補(bǔ)償器生產(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。
目前，波紋管補(bǔ)償器多采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料制成。在運(yùn)行中受拉應(yīng)力、壓應(yīng)力及各種內(nèi)應(yīng)力聯(lián)合作用下，如果管道內(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。故補(bǔ)償器的材質(zhì)應(yīng)選用抗氯離子腐蝕材料SUS316L不銹鋼【2】。
在沿海地區(qū)、防腐條件惡劣環(huán)境下，也可考慮選擇用直埋式套筒補(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)。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出很成熟的直埋式套筒補(bǔ)償器，具有不需設(shè)置檢查井、易安裝、占地面積小、無(wú)泄漏、補(bǔ)償量大等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)套筒補(bǔ)償器的自身不足，顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。
另外波紋管補(bǔ)償器最好在固定支架左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置，以平衡固定支架受力，同時(shí)便于設(shè)置疏放水裝置。
3.2固定支架的設(shè)計(jì)
對(duì)固定支架的推力計(jì)算，除應(yīng)考慮固定支架兩側(cè)管道補(bǔ)償器的彈性反力、內(nèi)壓不平衡力及管道與滑動(dòng)層的摩擦力外，對(duì)鋼外套的復(fù)合保溫管還應(yīng)計(jì)算鋼外套對(duì)固定支架的推力，如按外表面溫度最高50℃計(jì)算，當(dāng)工作鋼管直徑為DN250時(shí)，外保護(hù)套的直徑為DN650時(shí)，采用鋼外套管的固定支架推力在運(yùn)行初期可達(dá)15000N左右。雖然，采用在鋼外套管上設(shè)補(bǔ)償器可減少對(duì)固定支架的推力，但由于外套管補(bǔ)償器的防腐問(wèn)題目前沒(méi)有十分可靠的解決辦法，從而不能保證管網(wǎng)的壽命。為解決上述問(wèn)題，對(duì)固定支架的設(shè)計(jì)可采用相對(duì)固定的概念。
所謂相對(duì)固定，即是內(nèi)工作鋼管固定在外套管上，外套管對(duì)于工作鋼管視為固定參照物，其內(nèi)固定帶的固定強(qiáng)度結(jié)構(gòu)只計(jì)算內(nèi)鋼管的推力Fn即可。對(duì)外鋼管來(lái)說(shuō)Fn為它的內(nèi)平衡力，復(fù)合保溫管的整體穩(wěn)定性由土壤作用在外套管上的被動(dòng)土壓力來(lái)平衡。這樣，既解決了因地形復(fù)雜無(wú)法做固定支架的難題，又縮短了施工周期。
3.3疏水點(diǎn)的設(shè)計(jì)
由于蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷不穩(wěn)定，甚至經(jīng)常有間隙運(yùn)行工況，在這一段時(shí)間內(nèi)管道內(nèi)會(huì)有凝結(jié)水，如不及時(shí)排出就會(huì)發(fā)生水擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)管網(wǎng)造成破壞。因此，合理設(shè)置疏水點(diǎn)是管系安全運(yùn)行的保障。在疏水點(diǎn)的設(shè)計(jì)上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①盡量沿管網(wǎng)氣流方向并根據(jù)管系的路由高程將管系做成有坡度設(shè)計(jì)，即順流疏水。②如遇到地下障礙多時(shí)，管道敷設(shè)呈起伏狀時(shí)，采用多低點(diǎn)疏水。當(dāng)逆汽流方向疏水時(shí)，應(yīng)加大管道的坡度。③疏水點(diǎn)的形式由于管系運(yùn)行時(shí)存在反復(fù)的熱膨脹和收縮，會(huì)對(duì)疏水管根部焊口產(chǎn)生剪應(yīng)力，產(chǎn)生疲勞，容易破壞。為避免這種情況發(fā)生，疏水點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)在固定墩附近，或疏水點(diǎn)與固定墩作為一體。
3.4三通、閥門(mén)、大小頭設(shè)計(jì)
三通、閥門(mén)、大小頭等管件在整個(gè)管系中是應(yīng)力集中點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)通過(guò)分析管子的應(yīng)力分布狀況，盡量把這些管件布置在軸向、徑向位移量相對(duì)較小的地方，即應(yīng)靠近固定支架。
在選擇閥門(mén)時(shí)，要考慮閥門(mén)承受內(nèi)壓及軸向力的能力，不選擇鑄鐵閥門(mén)。總之，在管道附件設(shè)計(jì)中，固定墩采用內(nèi)固定支架替代外固定支墩，既減少了由于外固定支墩需要做龐大的混凝土工作量問(wèn)題，又很好解決了外固定支墩的防腐問(wèn)題。疏水點(diǎn)、三通、閥門(mén)、大小頭、排潮管等管道附件都應(yīng)盡量靠近固定墩。
3.5排潮管的設(shè)計(jì)
排潮管是直埋蒸汽管道不可缺少的重要組成部分，因?yàn)楸毓茉诠S生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝過(guò)程中不可避免地含有或者會(huì)吸收一些潮氣甚至少量水分，若不及時(shí)排除出去，開(kāi)啟暖線(xiàn)時(shí)很容易發(fā)生爆管事故。排潮管在每段封閉的管段之間宜設(shè)一至二個(gè)，排潮管不但有排潮的功能，還可以通過(guò)觀察其排出的汽量來(lái)確定管段的滲泄情況。排潮管應(yīng)引到地面上，行人車(chē)輛不易碰到的地方。排潮管管口要向下彎，以免雨雪由排潮管口進(jìn)入管道保溫層。
4結(jié)語(yǔ)
高溫直埋蒸汽管道工程是相關(guān)多專(zhuān)業(yè)的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，但高溫直埋蒸汽管網(wǎng)中管件的選擇與設(shè)計(jì)至關(guān)重要，更是工程成敗的關(guān)鍵。高溫直埋蒸汽管道的補(bǔ)償器、固定支架、疏水點(diǎn)、排潮管等管件應(yīng)有設(shè)計(jì)院統(tǒng)一設(shè)計(jì)，然后由專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家預(yù)制，既保證質(zhì)量、又簡(jiǎn)化施工。高溫直埋蒸汽管道敷設(shè)技術(shù)雖然在我國(guó)推行10多年，積累了一定得經(jīng)驗(yàn)，但還有諸多問(wèn)題尚未解決，需要深入研究和實(shí)踐。
參考文獻(xiàn)：
[1]動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè).動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.
[2]石美峰.淺論直埋蒸汽管道技術(shù)與施工[J].建筑工程,2008,(2).
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