钢套钢保温钢管关键技术的探讨

钢套钢保温钢管有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,zui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。

钢套钢保温钢管关键技术的探讨

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,无机保温材料要求在70℃时的热导率应小于0.055W/(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0.030W/(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。

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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,耐电能力可达到5kV左右,也有采用缠绕HDPE或喷涂聚氨酯后再缠绕HDPE,其耐电能力可达到20kV。
(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15～20a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0.4W/(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30～60mm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适用的。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。