蒸汽管道直埋技术的探析

王华辉 王俊红

【摘要】随着城市集中供热和热点联产等节能环保政策的推广，集中供热的范围由北方向南方扩展。为了适应直埋蒸汽管道迅速发展，我国在直埋蒸汽管道的研究、开发、应用等方面已有一定的研究，但仍存在许多问题。通过对以往工程进行分析总结，以促进直埋蒸汽管道技术的进一步提高和完善。

【关键词】蒸汽 管道 直埋 技术

一、蒸汽直埋管道的保温结构和材料控制

1、保温结构

蒸汽直埋管道的保温结构一般为工作管、有机保温层、无机保温层、外护管、防腐层，必要时，也可设置内滑动层、绝热反射层、空气绝热层或真空保温层。根据保温材料硬度的不同又可分为“软质”保温结构和“硬质”保温结构。按外护管的材料分又可分为：钢套钢“保温结构、”塑套钢“保温结构和”玻璃钢套钢“保温结构。一般”硬质“保温结构为内滑动，内滑动即工作管相对保温材料滑动，”软质“保温结构为外滑动，外滑动即工作管和保温材料一起相对外护管滑动。内滑动保温结构可不设滑动支座，外滑动保温结构需设滑动支座。

2、工作管

工作管应选用流体输送钢管，DN≤250mm，应选用20#钢无缝钢管，DN≥300mm，可选用Q235A螺旋焊缝管或高频直焊缝管。工作管焊接采用对口焊接，应采用氩弧焊打底，电弧罩面，全部焊缝100%X光探伤检验。

3、保温材料

保温材料性能应能满足导热系数小、吸水率低、干燥后性能基本恢复、机械强度好、耐热性能满足工作温度下长期使用、不易燃和对管道无腐蚀等条件。

4、外护管

外护管应具有一定的厚度、强度、刚度，能承受管道运输、施工及热网运行中的各种应力及动静荷载，并且有连续密封、防水防腐功能。外护管多采用钢管，优先采用Q235B螺旋焊接钢管或高频直焊缝钢管。钢外护管连接采用搭接角焊，全部焊缝采用100%超声波探伤。在地下水位较低、降水量较少的地区，也可采用玻璃钢或高密度聚乙烯外护管，但应在应用中采取可靠的密封防水、防腐措施，并严格控制表面温度。外护管的壁厚应进行验算，以满足其径向及轴向稳定性。钢质外护管的防腐，可采用单层和多层结构。多层结构面层为聚乙烯或玻璃钢，内层可为环氧涂料、胶黏剂、泡沫塑料等材料。单层结构采用环氧粉末喷涂或环氧煤沥青涂料防腐。采用单层防腐结构，还应采用牺牲阳性的阴极保护措施。

二、蒸汽管道直埋的关键技术

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，隱患性很大。

1、保温结构型式

由于蒸汽管道的介质温度高，最高可达到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三个问题：第一，工作钢管与外护管之间支承环的灵活性；第二，支承环外护管处局部温度；第三，外护管的内壁防腐。

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，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℃，其含水量不得大于7.5%，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℃。

选用何种直埋保温结构型式和保温材料，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最佳结构方案。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。

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，当局部热流外泄时，很容易造成外护管蠕变而破坏，外护管失效后，管道的保温失效，进而引起整体的直埋蒸汽管道报废。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。

4、固定支座

固定支座由固定板构件及承压隔热材料组成。固定支座可采用内固定型、内外固定型、外固定型三种形式。固定支座应为隔热式，保证外护管与土壤接触处外护管温度小于70℃。内固定支座可采用不设置固定墩的固定方式。钢外护管宜采用内固定支座，也可采用内外或外固定支座。非金属外护管必须采用固定墩。

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：

第一，波纹补偿器宜采用外压式，以防止补偿器的轴向失稳；第二，波纹补偿器应有15%--20%的膨胀余量；第三，波纹补偿器的外护管变径时，其角度应控制在10℃以下。

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。

三、蒸汽直埋管道的施工技术

1、直埋供热管道的弯头，三通加工宜在工厂预制，技术参数应满足《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计采取》中DG0446、DG0221、DG0303等技术要求。

2、用于直埋供热管道的阀门、法兰，波纹膨胀节等标准件，按技术要求购置，并向建设及施工单位提交合格证和技术文件，且按技术要求安装使用。

3、管道的土方施工应遵守国家、部和省市有关安全防火劳动保护等方面的规定。

4、按直埋供热管道规程要求在施工前应对开槽范围内的地上、地下障碍进行现场核查及勘探，逐项查清障碍结构情况，以及与管道相对位置关系，遇到下水，光缆、电缆，煤气等相交时，一定合理处理，防止由于管道沉降或震动给其他管系带来危害事故。

5、在城市中土方开挖时必须按需要设置临时道路，汽车桥、人行桥、槽边护栏，夜间照明灯及指示灯等设施，保证人员安全。

6、工作钢管焊接是氩弧焊打底，外护管道焊接按0.6MPa压力等级焊接，焊接准备及焊接质量要求按GJJ12-89《城市供热管网工程施工及验收规范》中第五章规定执行，且工作管焊口做100%无损RT；焊口拍片要求Ⅲ级以上为合格片，并得到市劳动局相关部门认可。

7、工作管采用对口焊接，直管段接头必须对直，外套管采用搭接角焊，管道坡口一律采用V型坡，坡口角单边30-50度。

8、全部焊口打上焊工钢印，并做好检查记录，焊工必须在有效期内权威部门或劳动部门检查的上岗合格證。

9、固定支架于土建支墩结构必须整体结合牢固，土建结构应于土体结合牢固，当固定支架的混凝土强度没有达到设计值时，不得与管道固定承受推力；由于热桥作用被钢管将热量传至混凝土支撑，因此，在固定支墩环板上下一定范围内应采用耐热混凝土。

10、直埋蒸汽管道的井室施工时，应按设计要求做好防水处理，管道穿越处应按设计要求做好防水、防腐和热膨胀处理。

11、管道安装回填均按实际情况做好工程隐蔽记录，并做好工程档案。

12、工程施工完毕，验收合格后交生产管理单位。

四、蒸汽直埋管道的运行

1、运行前准备

直埋蒸汽管道正式运行须在管道竣工验收合格后进行，运行前，须编制运行方案，必备交通、通讯工具及有害气体检测器、抽水设备等，并对系统进行全面检查，应同时符合下列条件：管网工程施工、验收手续完备，审批手续齐全；管网系统各种设备、设施、仪表完好无损，阀门灵活可靠，疏水系统完整可靠；直埋管道覆盖土层无塌陷，井室无积水、杂物，井盖完好，阀门远方操作应灵活可靠，排潮管道畅通无堵塞。

2、暖管

确认运行前准备工作完毕，管网巡查人员、操作人员到位，可下达送汽命令。暖管过程应缓慢、平稳。暖管开始时，打开启动疏水阀，缓慢打开供气阀门，暖管应分阶段进行，先主干管、后支干管，首先在蒸汽压力0.1MPa状态下，暖管30分钟，检查暖管期间，管道、固定支架、补偿器、阀门、接头是否正常，如遇异常，应停止暖管，及时处理后，再进行暖管操作。若无异常，提高蒸汽压力至0.2MPa，暖管1小时，再无异常，开始烘管。

3、烘管

新建管道或停运时间较长的管道，冷态启动时，必须进行烘管，烘管时管内蒸汽温度150℃以下，烘管时间长短以排潮管不排汽而定，在烘管过程中，若排潮管汽量较大，稳定24小时候仍有增无减，应停止烘管，检查泄漏点，经处理后方可重新运行。

4、管网投运

烘管结束，再提高供汽压力至0.4MPa，保持1个小时，如无异常，可提压至0.6MPa，保持1个小时，若仍无异常，关闭启动疏水阀，压力升至工作压力，正式投运。

蒸汽直埋管道若能在管材选用、设计、施工、运行这几个环节采取有效的技术措施，并在运行中严格执行，就一定能得到好的应用效果。

参考文献：

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[3]段祥斌 浅谈蒸汽管道直埋技术[J] 科技与创新 2014（7）