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城市集中供热是城市市政基础设施之一,在城市热网敷设的三种形式中(架空、管沟、直埋)管道架空敷设影响市容景观,在热网建设规划中,已明确受到限制。管沟敷设则由于工程造价较高、路面窄,地下设施复杂,施工难度大的影响,也较少广泛使用。近几年来,城市热网建设中大量采用直埋技术,我市蒸汽直埋管网已敷设20余公里,下面就简要谈一谈蒸汽直埋管道设计、施工中的几点体会。

1 蒸汽直埋管道的设计

蒸汽直埋管道在设计上要解决的主要问题是:蒸汽管道的应力计算;蒸汽管道的保温;疏水节点的处理;防腐措施等等。

1.1 蒸汽管道的应力计算

蒸汽直埋管道的应力计算应用成熟先进的架空管道应力分析方法及计算软件,这使蒸汽直埋管道应力分析的正确性得到保证。在管道布置时,能充分利用弯头作为自然补偿,这样使管道减少补偿器,降低了管道的造价,从而提高了管道整体的可靠性。

1.2 蒸汽管道的保温

蒸汽管道直埋敷设技术在国内的发展已经有十几年,蒸汽直埋保温管的目的概括性的解释有两个:一是,保证蒸汽管道能在地下长期稳定运行;二是,保证保温管能起到良好的保温效果,不浪费能源,不破坏园林绿化。在保温结构上由起初的“塑套钢”保温管,到玻璃钢保护层保温管,到现在使用最广泛的“钢套钢”保温管。经过多年对蒸汽管道直埋敷设技术的实践摸索,并结合我们当前的具体状况,我们选用的保温材料是硅酸铝棉毡+硅酸镁瓦块+聚氨脂发泡。选用材料及其性能:(1)硅酸镁瓦块:导热系数为<0.042W/m·k;密度为200±5kg/m3;使用温度为-40℃~800℃;抗压强度≥0.5MPa,抗折强度≥0.36MPa;憎水率≥99%;(2)硅酸铝棉毡:导热系数为<0.051W/m·k;密度为90kg/m3;使用温度为-40℃~1000℃;(3)聚氨酯发泡:导热系数<0.035W/m·k;密度为50kg/m3;*使用温度为120℃;抗压强度≥0.19MPa;吸水率0.12kg/m3;(4)钢管管材为Q235B;(5)保护层采用玻璃丝布、环氧煤沥青漆。

1.3 疏水节点的处理

疏水节点是蒸汽直埋管道中一个重要环节,由于所占比例较小,往往容易被人忽视。据统计,无论是架空管道还是直埋管道,由于疏水节点没处理好导致蒸汽管道停汽检修的事时有所闻。尤其是蒸汽直埋管道,一旦该点出了问题,还可能涉及众多的其他地下管线的安全运行。蒸汽直埋管道疏水点的设置方法与架空管道基本相同,一般是在固定点和管道翻高以前,疏水原理是利用蒸汽的压力把启动疏水放入疏水井或排水沟。正常疏水采用疏水器自动把凝结水排至疏水井,疏水装置采用内插法的形式,即疏水管直接插入蒸汽管道的集水管中,解决了疏水节点施工难度大、易出现蒸汽泄漏的问题。

1.4 钢套管的防腐层

现在广泛使用的“钢套钢”保温管,虽已克服了“塑套钢”保温管,和玻璃钢保护层保温管保温结构的缺点,但又出现不少新问题,其中外套钢管的防腐问题最为关键。钢套管的防腐层是决定管道寿命的关键。防腐层材料有多种多样,我们采用的是两层环氧富锌底漆后,加三层密纹玻璃布、五层环氧煤沥青的结构。该结构的耐温高达110℃,因此当钢套管在施工中可能由于进水导致试运行阶段钢套管外表温度上升到100℃时,防腐层也不会被破坏。蒸汽直埋管道在运行中固定支座处的钢套管外表温度会达到70℃左右,如采用其他标准的防腐层将会出现软化现象,且长期使用易出现老化,影响管道寿命。而使用该结构则有效地解决了这个问题。近年来,新的防腐层材料不断出现,有的可耐温达140℃,但价格偏高。新材料的使用将使钢套管的使用寿命进一步延长。

2 蒸汽直埋管道的安装

蒸汽直埋管道安装时,应尽量在施工现场将多段管件进行拼接后才能下沟,沟下只能做少量的蒸汽管道接头。因其作业环境很差,焊工的人为因素较难把握焊接质量,根据以往经验,蒸汽直埋管道最容易出现问题的是钢套管现场的焊缝,所以应严格按操作规程施工,打坡口,打磨,留出对口的间隙,按照单面施焊,双面成型的规定操作,并采用超声波探伤或渗漏检查焊缝的质量,待管系连通后,做1.2MPa的气密性试验,试验全部合格后,才能对接口处进行防腐修补填土。以上采取种种措施的目的,是为了保证其焊缝质量。虽然检验的费用增加了,但相对整个工程造价不到千分之一,从而对保证整个蒸汽直埋管道的安全和使用寿命起到了事半功倍的效果,解除了后顾之忧。

3 蒸汽直埋管道的运行

蒸汽直埋管道在暖管冲管前,要排除蒸汽管内在系统水压试验时存留的水,否则会造成暖管时间增长,易引起水冲击。一般采用的方法是用空气压缩泵将蒸汽管内的水大部分压出,在暖管时一定要注意保证蒸汽压力缓慢升压,按蒸汽直埋管道疏水系统的前后顺序依靠蒸汽的压力逐步将管内的少量残留水和暖管时产生的凝结水,通过疏水旁通管压出,待水基本排尽冒汽才能升压。整个过程从前到后,以此类推直至完成整个系统暖管和冲洗工作。

在运行时应防止水击现象的出现,特别在标高相差较大的蒸汽直埋管道过渡处和蒸汽直埋管道与架空管道的过渡处。其主要原因是疏水器失灵或低负荷运行所至。一旦水击现象出现,其产生的冲击力往往高于正常状态下的蒸汽管道内压力的十几倍,那时补偿器、钢套管、将无法承受如此高的冲击力,造成整个埋地管体系的损坏,其修复难度和代价较架空管道要高得多。所以要加强运行管理,经常检查疏水的动作情况。在运行中同样还要防止下雨时积水通过埋地管道出地面的管段倒灌至蒸汽直埋管道钢套管内,从而损坏蒸汽直埋管道内的保温材料并影响管道的安全。

4 结束语

综上所述,在蒸汽直埋管道技术的运用中,合理的设计是基础,规范的安装是关键,严格的管理是保障。只有这样,才能保证蒸汽直埋管道全线在全封闭状态下安全、持久运行。