摘要：本文首先分析了直埋高溫蒸汽管道保溫材料和保溫結(jié)構(gòu)，最后介紹了常用的直埋管道外防腐技術(shù)。

關(guān)鍵詞：直埋蒸汽管道；保溫防腐；探討

一、前言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，對(duì)城市環(huán)境和景觀的要求越來越高，市政管網(wǎng)工程中管道敷設(shè)從地上轉(zhuǎn)入地下，防腐、保溫結(jié)構(gòu)在工程總投資中約占1/3左右，直埋高溫蒸汽管道保溫防腐技術(shù)在城市集中供熱工程中也得到廣泛應(yīng)用，

二、直埋高溫蒸汽管道保溫材料和保溫結(jié)構(gòu)

1、直埋高溫蒸汽管道敷設(shè)對(duì)保溫結(jié)構(gòu)的要求

直埋高溫蒸汽管道保溫層直接與土壤接觸，容易受到潮氣和地下水的浸襲。保溫結(jié)構(gòu)一旦吸濕，導(dǎo)熱系數(shù)成倍增加使保溫層起不到應(yīng)有的保溫作用，同時(shí)管道長(zhǎng)期處于濕熱狀態(tài)下工作，將會(huì)加速管道的腐蝕。國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為要防止管道出現(xiàn)腐蝕最主要的是防止水及潮氣接觸管子表面。但是從目前條件看，還沒有一種可直接涂于管子表面，能耐高溫（>100℃）潮濕這種惡劣條件而可靠有效的防腐蝕涂料。所以從保溫及防腐兩個(gè)角度都要求直埋管道使用的保溫材料及保溫結(jié)構(gòu)同時(shí)具備保溫及防水的雙重性能。也就是說保溫材料除了要有一定的高抗壓強(qiáng)度、低導(dǎo)熱系數(shù)和高耐熱性，同時(shí)還應(yīng)具有憎水性以及便于制成整體、連續(xù)、無縫隙的保溫結(jié)構(gòu)。這就是近二十年來國(guó)內(nèi)外直埋敷設(shè)保溫材料及保溫結(jié)構(gòu)發(fā)展的總的趨勢(shì)。

2、保溫材料

目前國(guó)內(nèi)外適用于直埋高溫蒸汽管道敷設(shè)的保溫材料綜合起來主要可以分為硅酸鹽、瀝青及泡沫塑料三種類型。為便于比較現(xiàn)將其性能簡(jiǎn)略介紹如下：

（1）硅酸鹽類：主要有泡沫混凝土和加氣混凝土兩種。導(dǎo)熱系數(shù)較高（入=0.13大卡/米·時(shí)·℃）吸濕性強(qiáng)，絕緣性能差。施工方法有現(xiàn)場(chǎng)澆筑和工廠預(yù)制兩種。

（2）瀝青類：它有瀝青粉自熔結(jié)和以瀝青為膠結(jié)劑與輕質(zhì)保溫材料混合而成的各種新型保溫材料兩類。前者是將高軟化點(diǎn)的粉末狀瀝青按一定顆粒粒徑級(jí)配填充在管道四周。

在管內(nèi)熱介質(zhì)溫度作用下，使管道周圍的瀝青熔化而形成密實(shí)的瀝青防水層。稍遠(yuǎn)的部位仍保持原有疏松狀態(tài)起保溫作用。后者有瀝青珍珠巖，瀝青硅石，瀝青陶粒等多個(gè)品種。膨脹珍珠巖具有強(qiáng)力吸水的特性。但是與熔化的熱瀝青混合后，其表面包裹上了一層憎水的瀝青膜。這樣改變了吸水的特性而成為憎水性保溫材料—瀝青珍珠巖。它無腐蝕性近似于中性材料（PH值為6.9）。瀝青珍珠巖是在熱狀態(tài)下壓縮成型的。通常是在工廠里使用機(jī)械把它直接擠壓在管子上制成整體式保溫管。

（3）泡沫塑料類：輸送熱介質(zhì)的直埋管道使用硬質(zhì)泡沫塑料保溫是從1965年澳大利亞修建第一條原油長(zhǎng)輸管線開始的。以后由于其顯示優(yōu)異的保溫和防水性能而得到了很快的發(fā)展。目前，國(guó)外用于熱力管道保溫的硬質(zhì)泡沫塑料，主要是聚氯基甲酸脂硬質(zhì)泡沫塑料（簡(jiǎn)稱聚氨脂硬泡）。國(guó)內(nèi)除了這一品種外，尚有一種與其十分相近的改性聚異氰脈酸脂硬質(zhì)泡沫塑料（簡(jiǎn)稱脈酸脂硬泡）。這種材料由于發(fā)泡過程中形成的微孔有90%以上是屬于封閉性的小孔。因此，它們具有極小的導(dǎo)熱系數(shù)，幾乎不吸水，絕緣性能好，質(zhì)輕、耐熱，耐化學(xué)性強(qiáng)，與金屬或非金屬都易粘接等優(yōu)點(diǎn)，是較理想的保溫防水材料。脈酸脂硬泡是在聚氨脂硬泡的分子結(jié)構(gòu)中引入了耐溫、耐燃的異氰脈酸脂環(huán)。因此，它較聚氨脂具有更高的耐熱性能。成型方法一般是在予制廠內(nèi)用澆筑或噴涂的方法在管子外直接發(fā)泡成型制成整體式保溫管。

3、保溫結(jié)構(gòu)

目前直埋高溫蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)型式大致上可以從制作工藝和管道的結(jié)合方式兩個(gè)方面來進(jìn)行分類。從制作工藝上可分為現(xiàn)場(chǎng)溝槽填充和工廠預(yù)制保溫管兩種保溫結(jié)構(gòu)型式。工廠預(yù)制型，它是由一層保溫層和二至三層防水層組成的復(fù)合式防腐結(jié)構(gòu)。由于泡沫塑料具有不吸水的優(yōu)點(diǎn)，管壁上不設(shè)防腐措施。最外面的防水層除了防水作用外還起到保護(hù)保溫層不受損壞的作用。該防護(hù)層在國(guó)外有兩種作法，一種為柔性防護(hù)如瀝青玻璃布，聚氯乙烯薄膜。另一種是剛性防護(hù)如用鋼管，硬塑料套管。工廠預(yù)制型保溫結(jié)構(gòu)外多一層防護(hù)層。在防水性能和防水結(jié)構(gòu)上要比一般填充型完善。而且材料消耗也較少。因此，一般情況下采用工廠預(yù)制型為宜。當(dāng)然填充型施工方法簡(jiǎn)單，不用專門的施工機(jī)械。適合于工程量不大，施工力量比較薄弱的單位。從管道與保溫結(jié)構(gòu)的結(jié)合方式上分類也有兩種不同的型式。一種是脫開式，它是在保溫層與管壁之間涂一層低軟化點(diǎn)的瀝青，重油等。當(dāng)管道升溫后該層物質(zhì)熔化，使管道可在保溫層內(nèi)自由伸縮。另一種是緊箍式，它是使保溫層緊緊包箍在管壁上，管道溫度變化時(shí)保溫層與管道一起伸縮，使保溫層與土壤之間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦。從使用效果看，脫開式所涂的瀝青、重油在使用過程中會(huì)逐漸流失或滲入保溫層內(nèi)以致在管壁外出現(xiàn)空隙。這樣當(dāng)保溫層損壞時(shí)地下水滲入管壁處造成管道大面積腐蝕。而緊箍式就不存在這個(gè)弱點(diǎn)，它提高了管道抗腐蝕能力。因此目前國(guó)外絕大部分保溫結(jié)構(gòu)采用緊箍式。目前，我們?cè)跒r青珍珠巖保溫結(jié)構(gòu)中，在管壁上涂刷環(huán)氧煤瀝青管道漆。從短期試驗(yàn)看效果良好。但由了國(guó)內(nèi)缺乏高溫老化試驗(yàn)的評(píng)定方法和恰當(dāng)?shù)氖侄?，長(zhǎng)期使用效果尚待考驗(yàn)。

4、瀝青珍珠巖和泡沫塑料的使用范圍

（一）、對(duì)管內(nèi)介質(zhì)溫度的要求

泡沫塑料：在直埋高溫蒸汽管道上實(shí)際使用溫度應(yīng)低于耐熱度指標(biāo)。聚氨脂不超過100℃，聚酸酯不超過150℃。瀝青珍珠巖：瀝青在高溫下油脂成份會(huì)揮發(fā)并發(fā)生碳化現(xiàn)象，致使瀝青珍珠巖失去防水性能，導(dǎo)熱系數(shù)增大。因此它的最高使用溫度應(yīng)不超過150～160℃。

（二）、瀝青珍珠巖保溫適用的最大管徑

由于瀝青珍珠巖采用壓縮成型的加工工藝，隨管徑加大其剛度逐漸減小。由子管道彈性變形而使保溫層出現(xiàn)裂紋。為此，瀝青珍珠巖以使用在Dg500以下管道為宜。

（三）、對(duì)地下水的適應(yīng)能力

由于瀝青珍珠巖不完全防水，因此僅適宜在地下水位以上的地方使用。如在地下水位以下的地方使用還待進(jìn)一步研究。

三、常用的直埋管道外防腐技術(shù)

近年來我國(guó)的管道外防腐技術(shù)發(fā)展很快，出現(xiàn)了許多新的防腐蝕材料和技術(shù)，管道外防腐技術(shù)發(fā)展的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在防腐材料的高性能、復(fù)合化、使用壽命長(zhǎng)和良好經(jīng)濟(jì)性。

直埋管道外防腐層一般分為普通級(jí)和加強(qiáng)級(jí)，穿越鐵路、道路、溝渠等應(yīng)采用特加強(qiáng)級(jí)。直埋管道防腐蝕等級(jí)，應(yīng)根據(jù)土壤腐蝕性等級(jí)確定。

由于管道穿越地區(qū)地形復(fù)雜、土壤性質(zhì)千差萬別，直埋鋼質(zhì)管道需要采取不同的外防腐措施。

石油瀝青防腐層。石油瀝青防腐層的特點(diǎn)：石油瀝青屬于熱塑性材料，低溫時(shí)硬而脆，隨溫度升高變成可塑狀態(tài)，升高至軟化點(diǎn)以上則具有可流動(dòng)性，發(fā)生瀝青流淌的現(xiàn)象。瀝青的耐擊穿電壓隨硬度的增加而增加，隨溫度的升高而降低?？怪参锔o穿透性能差，不耐微生物腐蝕，抗有機(jī)溶劑、油等性能差，耐溫性差。雖然設(shè)計(jì)、施工技術(shù)成熟，價(jià)格便宜，但施工后的防腐厚度很難均勻，隨時(shí)間延長(zhǎng)防護(hù)層易脆裂。

環(huán)氧煤瀝青防腐層。環(huán)氧煤瀝青防腐層的特點(diǎn)：具有良好的物理機(jī)械性能和耐化學(xué)介質(zhì)的腐蝕性。在直埋管道外壁的防腐施工中經(jīng)纏繞了玻璃布固化后形成類似于玻璃鋼結(jié)構(gòu)的涂襯層，具有優(yōu)異的電絕緣性、抗水滲透性、抗微生物侵蝕、抗雜散電流、耐熱、耐溫差驟變等優(yōu)良性能。防腐層性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，施工較方便，價(jià)格低廉。但涂層固化反應(yīng)受溫度影響，低溫（10℃以下）固化較慢，北方冬季施工受限制。

環(huán)氧煤瀝青冷纏帶。環(huán)氧煤瀝青冷纏帶的特點(diǎn)：由冷纏帶和定型膠兩部分組成。防腐層固化速度快，施工期短，可在低溫（-20℃）和潮濕條件下施工，解決了冬季施工難題。機(jī)械強(qiáng)度高，電性能和化學(xué)性能優(yōu)異，涂層厚度均勻，施工質(zhì)量穩(wěn)定。涂層具有防水、耐酸堿、抗沖擊等性能。

煤焦油瓷漆。煤焦油瓷漆的特點(diǎn)：吸水率低，抗水滲透。優(yōu)良的化學(xué)惰性，耐溶劑和石油產(chǎn)品侵蝕，電絕緣性能好，粘結(jié)性優(yōu)于石油瀝青?？怪参锔o穿透和耐微生物腐蝕。低溫發(fā)脆，熱穩(wěn)定性差。施工熬制和澆涂的過程中容易溢出有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人體健康有影響。一般用于地下水位高和沼澤地段的土壤環(huán)境。

聚乙烯膠粘帶防腐層。聚乙烯膠粘帶防腐層的特點(diǎn)：機(jī)械性能較好，絕緣電阻高、抗雜散電流性好、施工方便，價(jià)格較便宜。缺點(diǎn)是抗土壤應(yīng)力能力差，易于因粘結(jié)差和電阻值很高而產(chǎn)生陰極保護(hù)屏蔽。適用于地下水位不高、土壤腐蝕性不強(qiáng)等地區(qū)。

3PE防腐層。3PE防腐層的特點(diǎn)：三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層綜合了環(huán)氧涂層和擠壓聚乙烯兩種防腐層的優(yōu)良性質(zhì)，將環(huán)氧涂層的界面特性和耐化學(xué)特性，與擠壓聚乙烯防腐層的機(jī)械保護(hù)特性等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，從而顯著改善了各自的性能。因此作為直埋管線的外防護(hù)層是非常優(yōu)越的。據(jù)有關(guān)資料介紹，3PE可使直埋管道的壽命達(dá)到50年。目前，在國(guó)際上被認(rèn)為是最先進(jìn)的管道外防腐技術(shù)。在我國(guó)，3PE已率先在石油天然氣系統(tǒng)得到應(yīng)用。涂層具有優(yōu)良的化學(xué)防腐性能和較高的機(jī)械性能，尤其耐磨性和附著力最佳。

聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層。聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層的特點(diǎn)：適用于輸送介質(zhì)溫度不超過100℃的直埋保溫管道。它是由防腐層-保溫層-防護(hù)層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，整體防腐、絕緣及機(jī)械性能優(yōu)越。

電化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)法是根據(jù)電化學(xué)原理在金屬設(shè)備或管道上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法，主要有以下兩種：

（1）犧牲陽(yáng)極保護(hù)法：該方法是用電極電勢(shì)比被保護(hù)金屬更低的金屬或合金做陽(yáng)極，固定在被保護(hù)金屬上，形成腐蝕電極，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。犧牲陽(yáng)極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。（2）外加電流法（陰極保護(hù)法）：將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。

四、結(jié)束語

高溫蒸汽管道直埋技術(shù)已越來越多的得到應(yīng)用，良好的保溫防腐措施對(duì)提高管道的安全可靠性，減少熱損失，創(chuàng)造良好的工作熱環(huán)境，節(jié)約能源都有重要的意義。

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