新型架空蒸汽管道及其附件的应用

文_王春光 中国市政工程华北设计研究总院有限公司

集中供热由于存在热能长距离输送的问题，供热管网的散热损失是其能源损耗的重要来源，而相较于居民采暖热水供热管网的散热损失，工业用户所采用的蒸汽供热管网散热损失更大。因此，减少工业用户蒸汽供热管道的散热损失，对节约能源，提高管道输送效率，减少热源能耗具有积极作用。

本文基于供热工程实践，就预制架空蒸汽管道和新型隔热管托在工程中的合理结合使用，以降低蒸汽管道在输送过程中的散热损失进行研究探讨，以期能够为相关应用提供一些参考与借鉴。

1 传统架空蒸汽管道存在的弊端

1.1 管托与管道之间易形成热桥效应

传统的架空蒸汽管道由于在管道与管托之间没有采用隔热措施，导致管道中的热量通过工作管直接传递至管托，再由管托传递至外部空间散失，也就是形成了所谓的热桥效应。由于架空蒸汽管道支架较为密集，因此，由管托形成的热桥效应所造成的热量散失损耗在整个供热管道输送系统热损耗中的占比较大。

1.2 传统管道保温结构问题

传统的管道保温结构采用的是高温玻璃棉现场保温，即在管道安装完成后，由工人现场对管道进行保温作业。这种传统的管道保温结构，主要存在两方面的问题，一是这种采用高温玻璃棉现场保温的形式，保温结构会随着管道运行时间的增加而出现松散、脱落等现象，导致保温效果衰减严重，一般经过3～5年就需要重新进行保温；二是这种现场人工保温作业的方式，保温效果会在很大程度上受到工人作业质量的影响，一旦工人作业质量不合格或是现场管理跟不上，就可能造成保温效果不理想以及保温结构寿命缩短等问题。

2 新型架空蒸汽管道结构

2.1 隔热型滑动(导向)管托

隔热型滑动（导向）管托主要体现在管托与工作钢管间采取隔热措施，以减小或者完全消除热桥效应。常用的隔热型滑动（导向）管托有两种形式，一种为管托与管道保温层接触（以下统称为a型管托），详见图1；一种为管托与工作管接触（以下统称为b型管托），详见图2。

图1 a型管托

图2 b型管托

a型管托的优点在于无需破坏保温管道既有保温结构，安装简便。缺点在于该种管托与管道安装完成后，其与管道间受力关系相对比较复杂，且与管道保温材料的选择及工厂预制的工艺有关。因此在选用该种管托前应充分考虑预制管道的保温层结构及相应材料的物理性能。

b型管托的优点在于受力相对简单，仅需承受管道的水平、垂直荷载。其缺点在于管托与工作管间的硅酸瓦块在运输与安装过程中容易脱落，且其是与管道直接接触，需拨开预制管道的保温结构。

2.2 隔热型固定支座

隔热型固定支座虽然无法像隔热型滑动（导向）管托那样有效的减少热损失，但是也较传统固定支座很大程度上减少了散热损失。目前常用的隔热型固定支座有两种形式，一种为环形肋板固定支座（以下统称为c型固定支座），详见图3；一种为肋板剪力钉固定支座（以下统称为d型固定支座），详见图4。

图3 环形肋板固定支座（c型固定支座）

图4 肋板剪力钉固定支座（d型固定支座平面）

c型固定支座的优点在于热损失小。环形斜肋板与传统的肋板相比，肋板的长度更长，热传导长度更大，因此热损失更小。但是其缺点也很明显，即它最大可承受1000kN左右的推力。因此该种形式的固定支座只能用于小管径蒸汽管道或者推力较小的次固定支架。

d型固定支座的优点在于焊接强度高、受力条件好、稳定性好以及承受推力大，该种结构能够承受高达6000kN的推力。因此该种形式的固定支座适用于大口径蒸汽管道或者推力较大的主固定支架。其缺点在于虽然其相较传统固定支架散热损失减小，但是与c型固定支架相比其散热损失较大。

2.3 预制保温架空蒸汽管道

预制保温架空蒸汽管道采用复合保温材料，其保温结构从里往外的结构为：工作钢管—防腐层—保温层（微孔硅酸钙瓦）—反射层（铝箔玻纤布）—外层保温层（内层聚氨酯泡沫）—防护层（铝合金、镁钢、玻璃钢）。硅酸钙固定需要使用0.2mm不锈钢带捆扎，捆扎间距不大于600mm，硅酸钙安装需要错缝、填缝。

该种保温结构较传统保温结构主要有以下5个优点：①较传统保温形式保温效果更好；②为工厂预制免去现场保温过程中的人为缺陷；③大大缩短了施工周期，减少了现场保温人员的工作量；④使用年限远远大于传统保温结构，且随着使用年限的增加不会出现保温结构物理性能衰减严重的情况；⑤保温结构的强度较大，可配合a型管托的使用。

3 预制保温架空蒸汽管道与隔热管托的应用

以北方某市工业园区架空蒸汽管网为例。该项目的管径为DN700，设计参数为温度350℃、压力1.6MPa，最远输送距离为11km。在可研阶段对传统保温管道与预制保温管道保温性能做性能对比计算，结论为在同等保温厚度的前提下，预制保温管道相比传统保温管道的散热损失减小约25%，因此选用了预制保温管道。

同样，固定支架采用了新型隔热支架，但是根据支架受力分为两种类型，一种为次固定支架，其所需承受水平推力较小，因此采用了c型固定支架；另一种为主固定支架，其所需承受水平推力较大，因此采用了d型固定支架。在滑动（导向）管托的比选中也采用了新型的隔热滑动（导向）管托。

但是新型隔热滑动（导向）管托又分为a型与b型两种形式，最后基于以下2个原因选择了a型管托：

①经济性。a型管托与b型管托的形式基本相同，从其产品结构上来说主要的不同点在于a型管托较b型管托少了一层硅酸瓦块保温层，因此a型管托较b型管托成本更低。

②适用性。在该工程施工图设计过程中，考虑管道的注水打压，经计算DN700架空蒸汽管道的支架间距≯14.5m。为了降低工程投资，因此将常规支架间距（邻近补偿器的支架间距根据补偿器的类型不同，支架间距略有不同，但都小于14m）定为14m。国内供热管道的单根长度为12m，b型管托需要直接与工作钢管接触，如采用b型管托需拨开预制保温架空管道，而a型管托只需直接卡在保温层外侧。

该工程在运行初期，实际供热负荷达到设计负荷的75%，经仪表监测该项目的温降为3.5℃/km，与传统工艺对比每千米温降降低2℃左右，节能约为36.4%。

4 结语

预制保温架空蒸汽管道的应用可大大缩短施工工期，降低工程施工费用。预制保温架空蒸汽管道及隔热支架的合理应用，可以最大限度地降低散热损失，节约能源。预制保温架空蒸汽管道在后期的维护工作上远远小于传统保温工艺，大大降低企业后期的运行维护成本。