直埋蒸汽管道保温结构形式的分析

方立秀

摘 要：目前，我国部分大中型城市应用了直埋蒸汽管道技术，实践证明，该项技术比传统蒸汽技术更经济、实用。因此，直埋蒸汽管道有着广阔的市场前景。为了跟上市场发展需求，我国加大了对该技术研究、开发的力度，许多厂商和科研人员都为此投入了毕生心血，以期促进该技术的发展。

关键词：直埋蒸汽管道；保温结构；蒸汽；塑套钢

中图分类号：TU99 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.108

直埋蒸汽管道保温技术是一项系统工程，涉及岩土力学、热力学和电化学等众多学科。在投入生产后，管道长期处于运行状态，与直埋敷设热水管道的技术相比，该技术更加复杂。直埋管道可向周围土壤换热，通常情况下，保温结构包括土壤，其设计将受周围土壤阻热的影响。此外，因其介质温度较高，保温保护层材料的性能需根据实际情况选择。同时，还需考虑管道长期运行下的温度场对周围环境的影响及其介质形成的固定墩等。由于保温管在加工环节易吸入潮气和水分，进而在投入生产后产生大量蒸汽，如果未能及时排出这些蒸汽，则会导致保温结构被破坏。因此，必须设计轴向和径向的排潮通道。

1 直埋蒸汽管道的发展前景

随着环保节能政策的提出和市容规划要求的不断提高，诞生了新型的地下直埋技术。该技术促使高温管道敷设的传统架空和沟敷设发生了质的飞跃。直埋蒸汽管道与传统管道敷设相比优势较多，比如占地面积较小、施工方便、成本低、不会对市容和城市规划造成不良影响等。随着我国对该技术的不断开发、研究和应用，其工程规模越来越大，出现了各式各样可供选用的材料和保温结构形式，这在国际上是极为少见的。目前，国外公司最大可采用的管径为φ500 mm，而我国河北、陕西等地采用的管径很多都已达到φ900 mm。直埋蒸汽管道的保温结构形式有内、外滑动两种，可供选择的耐高温材料包括热压珍珠岩、复合硅酸盐等。虽然直埋蒸汽管道技术在我国发展较快，但该技术在理论、管理等多方面仍存在一些问题，并未真正完善。由于对该技术的开发远远超出了对其基础理论的研究，导致设计时的计算不精准，产品和施工过程远远达不到预期标准，进而在直埋蒸汽管道投入使用不久后便出现跑、冒、漏、伤等现象。因此，为了确保其具有更好的保温效能，就需要分析、研究以往的实践经验，并加大对该技术的研究力度。

2 直埋蒸汽管道的保温结构形式

2.1 复合式

由于直埋蒸汽管道的介质温度会超过200 ℃，因此，如果仅设计一层聚氨酯保温层，则无法达到保温效果，需要采用复合式保温结构。复合式保温结构主要有以下2种。

2.1.1 塑套钢

该结构包含工作芯管、润滑层、复合保温层和高密度聚乙烯外保护层。润滑层可使隔热层与工作芯管相互滑动，从而避免工作芯管因不同的热膨胀系数而拉扯损坏。复合保温层是指无机憎水保温材料与聚氨酯泡沫保温层的结合。通常可选择无机润滑剂或无机减阻层作为润滑层的材料。同时，可将铝箔反射层加设在无机保温层外，起到阻挡辐射、减少热损失的效果。温度为220 ℃的低温蒸汽输送中，可使用此种直埋蒸汽管道保温结构。虽然该结构的成本较低，但其使用寿命较短、安全性较低。

2.1.2 钢套钢

该结构包含工作芯管、润滑层、复合保温层、钢外护管。这种结构的使用寿命长，具有较高的安全系数，具有耐高温、抗高压的特点。当蒸汽破坏无机和碳化聚氨酸泡沫保温层、高密度聚乙烯外套管时，选用钢套钢复合型保温结构能防止蒸汽伤人。通常以两布三油、三层PE和环氧粉末喷涂等形式作为钢外护管的防腐措施。

2.2 滑动式

该形式多为钢套钢复合型保温结构，由工作芯管、滑动或滚动导向支架、玻璃棉层、空气隔热层和钢外护管组成。该结构投入生产后，蒸汽温度近似于芯管温度，且钢外护管温度可达40 ℃。受温度影响，其伸长量有较大差异，但如果内外钢管的间距为0、应力过高，则其破坏性极大。因此，该形式下钢外护管中的工作芯管必须呈自由滑动状态才不会出现内应力，从而减小固定支架的承受力、提高安全系数。此外，可在玻璃棉层加设铝箔反射层，起到防辐射、散热的效果，或选用玻璃棉管壳中带有铝箔反射层的材料也可实现此效果。同时，为了进一步降低成本，还可以将玻璃棉和空气层中的空气抽出，减小和缩小管道导热系数和钢外护管的外径。通过此设计，钢外护管可将管附件等密封在其管腔内，构成完整的保温结构形式。此外，该形式还可以将两种保温结构结合在一起，但二合一的形式成本较高，技术也更复杂。

2.3 固定式

该形式有内固定节、外固定节和全固定节三种。其中，内固定节形式是指在外保护管上以相应的结构形式固定内管，其外保护管的强度极大，能与土壤产生摩擦力，从而固定管道并降低施工成本；全固定节、外固定节形式极为相似，皆是同时连接外保护管与工作芯管形成整体，并使用钢筋混凝土墩将其固定在土壤中，以确保管道的稳定性，不同之处在于外固定节形式不需要接触内管，只需稳定外管即可。

3 结束语

通过对直埋蒸汽管道保温结构形式的研究可发现，其技术相当复杂，且存在尚未解决的问题。由于上述3种直埋蒸汽管道保温结构形式各有优势，因此，在选用时要根据实际情况，了解地质条件、介质温度、管径等因素和建筑方面、热动力方面的相关知识，从而促使这3种形式有效发挥其作用。然而，根据实际应用调查发现，应用最广泛的是外固定节形式和钢套钢复合型保温结构，且后者更是被广泛应用于地下水位较高的地区。因此，随着直埋蒸汽管道市场需求的增加，需要加大研究力度，以促进其发展。

〔编辑：张思楠〕