蒸汽保温管关键技术的探讨

直埋蒸汽管道有 10 余处关键技术 , 包括检查井、固定支座、弯头、三通、变径管、排潮管、阀门井、疏水装置、补偿器等。每一处关键技术处理不当 , 都可能造成工程事故 , 隐患性很大。

2.1 保温结构型式
由于蒸汽管道的介质温度高 , 较高可达到 300～ 350 ℃ , 其保温结构型式需要做成“脱开式” , 即工作钢管与保温层或外护管脱开。一般来说 , 保温结构型式主要分为内滑动式和外滑动式。内滑动式的滑动面在工作钢管的外表面 , 保温材料和外护管相对不动 , 主要是工作钢管受热膨胀在保温材料中移动。该结构型式主要用于硬质的保温材料中 , 其优点是工作钢管与外护管之间无须设置支承环 , 外护管的内壁不易被腐蚀 , 其缺点为热流的外泄问题难以处理。外滑动式的滑动面在外护管的内表面 , 保温材料随工作钢管一起运动。该结构型式主要用于软质的保温材料中 , 其特点是可以保证热流不外泄 , 但使用该结构型式时应注意 3 个问题 : ①工作钢管与外护管之间支承环的灵活性 ; ②支承环外护管处的局部温度 ; ③外护管的内壁防腐。

2.2 关于保温材料

由于保温材料的选择不当 , 造成工程事故的教训已屡见不鲜。目前直埋蒸汽管道使用的保温材料主要有岩棉、超细玻璃棉、微孔硅酸钙、聚氨酯泡沫塑料、硅珠复合材料等 [7— 9], 有单独使用某一种材料的 , 也有两种及两种以上的材料组合使用的。总的来说 , 无机保温材料求在 70 ℃时的热导率应小于0.055 W/ (m · K) , 其耐温要求高于工作介质温度 100℃ , 其含水率不得大于 7. 5 %( 质量比) ,有机保温材料要求其热导率应小于 0. 030 W/ (m · K) , 耐温要求高于 120 ℃ , 当使用无机保温材料和有机保温材料做组合保温层时 , 其无机保温材料和有机保温材料的界面温度不得高于 110 ℃。现在 , 还不能肯定哪种结构型式和保温材料为较优的结构方案 , 而应根据使用地点的气候、水文、地质等条件 , 因地制宜地做出技术和经济的较佳结构方案。对地下水位高的南方地区 , 主要矛盾是防水问题 ; 对沿海地区 , 不仅有防水问题 , 重点要考虑防止氯化物、硫化物等对外护管的腐蚀问题 ; 而对于我国西部的干旱地区 , 其突出的问题是土壤热阻高。
2.3 外护管
外护管的材料主要有高密度聚乙烯、玻璃钢、钢管。高密度聚乙烯耐温能力较差 ( 小于等于 50 ℃) ,当局部热流外泄时 , 很容易造成外护管蠕变而破坏 ,因此 , 高密度聚乙烯不适用直埋蒸汽管道的外护管已成为共识。玻璃钢虽然其耐温能力 ( 小于等于 65℃ ) 稍强于高密度聚乙烯 , 但市场上的玻璃钢外护管质量难以保证 , 在运输、安装过程中极易出现局部的开裂和破坏 , 加之遇到热流外泄时 , 也不能保证安全。因此 , 玻璃钢作为直埋蒸汽管道的外护管也不理想。钢管的使用克服了前两种外护管的缺点 , 但使用钢管有以下问题要予以注意 :
(1) 钢管的外防腐 : 国内目前钢套管的外侧面采用环氧煤沥青防腐涂料等 , 耐击穿能力可达到5 kV 左右 , 也有采用缠绕 HDPE 或喷涂聚氨酯后再缠绕 HDPE, 其耐击穿能力可达到 20 kV 。
(2) 钢管的内防腐 : 钢管的内侧处于高湿热的条件 , 若排潮不畅 , 会加速钢套管内侧的腐蚀。目前有些工程已开始采用德国的技术 , 在外套钢管的内侧抽成真空 ( 由真空泵保持) ,衰减腐蚀条件。
(3) 钢管的椭圆变形 : 根据材料力学理论 , 常规壁厚的钢管 , 会因椭圆效应产生椭圆变形。椭圆变形如超出一定限度 ( 通常为 3 %) , 会造成局部失稳或造成滑动支承环变形的事故发生 , 以至破坏管道。
2.4 固定支座
由于蒸汽管道的热伸长量大 , 为了保证管道有效地实现热胀冷缩 , 需要设置固定支座。当采用钢
外套管时 , 可尽量的采用内固定支座。其优点是减小了工程量、降低了施工的难度。固定支座应做成
隔热式固定支座 , 以防止出现冷桥现象和热流外泄。为此 , 要注意以下两个问题 :
(1) 石棉橡胶垫的热老化问题 : 由于蒸汽管道的寿命一般为 15 ～ 20 a 左右 , 要求该材料在寿命期内要保持原有的性能 ;
(2) 石棉橡胶垫的传热问题 : 在常温下其热导率一般应小于 0.4 W/ (m · K) , 以免造成外套管的局部温度过高 , 影响外护管的防腐。对于一个管网 , 在有的地方还需要设置外固定支座 , 如果按纯理论计算其轴向推力 , 大管径的固定墩尺寸会非常庞大 , 甚至无法实施。理论和工程实践表明 , 允许固定墩微量的位移 ( 一般控制在 30 ～60 mm 以内) ,可以将固定墩承受的推力减少 40 % ～60 % 。
2.5 补偿器
管道的补偿器一般为套筒补偿器或波纹补偿器  , 套筒补偿器由于存在着填料泄漏的可能 , 需设置检查井以便于补偿器的检修和维护。这就使直埋蒸汽管道成了断续敷设 , 也增加了地沟内进水的可能 , 所以套筒补偿器在直埋蒸汽管道中是不用的。波纹补偿器克服了套筒补偿器的缺点 , 但在使用中尚应注意以下问题 :
(1) 波纹补偿器宜采用外压式 , 以防止补偿器的轴向失稳 ;
(2) 波纹补偿器应有 15 % ～ 20 % 的膨胀余量 ;
(3) 波纹补偿器的外护管变径时 , 其角度应控制在 10 °以下。
2.6 疏水装置
在蒸汽管道的低点和可能产生凝结水的部位 ,均应设置运行疏水和启动疏水装置。疏水装置可采
用上疏水方式 , 这样可以使疏水检查井相对较浅 , 便于今后的运行操作。但对于较长距离、埋设又深的管段 , 有必要采用下疏水 ( 启动疏水 ) 的方式。疏水井必须设计成两个 , 一个为单独操作的主井 , 另一个为积有凝结水的检查副井 , 以保证操作人员的安全。