方立秀

摘 要：目前，我國(guó)部分大中型城市應(yīng)用了直埋蒸汽管道技術(shù)，實(shí)踐證明，該項(xiàng)技術(shù)比傳統(tǒng)蒸汽技術(shù)更經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。因此，直埋蒸汽管道有著廣闊的市場(chǎng)前景。為了跟上市場(chǎng)發(fā)展需求，我國(guó)加大了對(duì)該技術(shù)研究、開發(fā)的力度，許多廠商和科研人員都為此投入了畢生心血，以期促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：直埋蒸汽管道；保溫結(jié)構(gòu)；蒸汽；塑套鋼

中圖分類號(hào)：TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.108

直埋蒸汽管道保溫技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及巖土力學(xué)、熱力學(xué)和電化學(xué)等眾多學(xué)科。在投入生產(chǎn)后，管道長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，與直埋敷設(shè)熱水管道的技術(shù)相比，該技術(shù)更加復(fù)雜。直埋管道可向周圍土壤換熱，通常情況下，保溫結(jié)構(gòu)包括土壤，其設(shè)計(jì)將受周圍土壤阻熱的影響。此外，因其介質(zhì)溫度較高，保溫保護(hù)層材料的性能需根據(jù)實(shí)際情況選擇。同時(shí)，還需考慮管道長(zhǎng)期運(yùn)行下的溫度場(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境的影響及其介質(zhì)形成的固定墩等。由于保溫管在加工環(huán)節(jié)易吸入潮氣和水分，進(jìn)而在投入生產(chǎn)后產(chǎn)生大量蒸汽，如果未能及時(shí)排出這些蒸汽，則會(huì)導(dǎo)致保溫結(jié)構(gòu)被破壞。因此，必須設(shè)計(jì)軸向和徑向的排潮通道。

1 直埋蒸汽管道的發(fā)展前景

隨著環(huán)保節(jié)能政策的提出和市容規(guī)劃要求的不斷提高，誕生了新型的地下直埋技術(shù)。該技術(shù)促使高溫管道敷設(shè)的傳統(tǒng)架空和溝敷設(shè)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。直埋蒸汽管道與傳統(tǒng)管道敷設(shè)相比優(yōu)勢(shì)較多，比如占地面積較小、施工方便、成本低、不會(huì)對(duì)市容和城市規(guī)劃造成不良影響等。隨著我國(guó)對(duì)該技術(shù)的不斷開發(fā)、研究和應(yīng)用，其工程規(guī)模越來(lái)越大，出現(xiàn)了各式各樣可供選用的材料和保溫結(jié)構(gòu)形式，這在國(guó)際上是極為少見的。目前，國(guó)外公司最大可采用的管徑為φ500 mm，而我國(guó)河北、陜西等地采用的管徑很多都已達(dá)到φ900 mm。直埋蒸汽管道的保溫結(jié)構(gòu)形式有內(nèi)、外滑動(dòng)兩種，可供選擇的耐高溫材料包括熱壓珍珠巖、復(fù)合硅酸鹽等。雖然直埋蒸汽管道技術(shù)在我國(guó)發(fā)展較快，但該技術(shù)在理論、管理等多方面仍存在一些問題，并未真正完善。由于對(duì)該技術(shù)的開發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對(duì)其基礎(chǔ)理論的研究，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算不精準(zhǔn)，產(chǎn)品和施工過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而在直埋蒸汽管道投入使用不久后便出現(xiàn)跑、冒、漏、傷等現(xiàn)象。因此，為了確保其具有更好的保溫效能，就需要分析、研究以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并加大對(duì)該技術(shù)的研究力度。

2 直埋蒸汽管道的保溫結(jié)構(gòu)形式

2.1 復(fù)合式

由于直埋蒸汽管道的介質(zhì)溫度會(huì)超過200 ℃，因此，如果僅設(shè)計(jì)一層聚氨酯保溫層，則無(wú)法達(dá)到保溫效果，需要采用復(fù)合式保溫結(jié)構(gòu)。復(fù)合式保溫結(jié)構(gòu)主要有以下2種。

2.1.1 塑套鋼

該結(jié)構(gòu)包含工作芯管、潤(rùn)滑層、復(fù)合保溫層和高密度聚乙烯外保護(hù)層。潤(rùn)滑層可使隔熱層與工作芯管相互滑動(dòng)，從而避免工作芯管因不同的熱膨脹系數(shù)而拉扯損壞。復(fù)合保溫層是指無(wú)機(jī)憎水保溫材料與聚氨酯泡沫保溫層的結(jié)合。通?？蛇x擇無(wú)機(jī)潤(rùn)滑劑或無(wú)機(jī)減阻層作為潤(rùn)滑層的材料。同時(shí)，可將鋁箔反射層加設(shè)在無(wú)機(jī)保溫層外，起到阻擋輻射、減少熱損失的效果。溫度為220 ℃的低溫蒸汽輸送中，可使用此種直埋蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)。雖然該結(jié)構(gòu)的成本較低，但其使用壽命較短、安全性較低。

2.1.2 鋼套鋼

該結(jié)構(gòu)包含工作芯管、潤(rùn)滑層、復(fù)合保溫層、鋼外護(hù)管。這種結(jié)構(gòu)的使用壽命長(zhǎng)，具有較高的安全系數(shù)，具有耐高溫、抗高壓的特點(diǎn)。當(dāng)蒸汽破壞無(wú)機(jī)和碳化聚氨酸泡沫保溫層、高密度聚乙烯外套管時(shí)，選用鋼套鋼復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)能防止蒸汽傷人。通常以兩布三油、三層PE和環(huán)氧粉末噴涂等形式作為鋼外護(hù)管的防腐措施。

2.2 滑動(dòng)式

該形式多為鋼套鋼復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)，由工作芯管、滑動(dòng)或滾動(dòng)導(dǎo)向支架、玻璃棉層、空氣隔熱層和鋼外護(hù)管組成。該結(jié)構(gòu)投入生產(chǎn)后，蒸汽溫度近似于芯管溫度，且鋼外護(hù)管溫度可達(dá)40 ℃。受溫度影響，其伸長(zhǎng)量有較大差異，但如果內(nèi)外鋼管的間距為0、應(yīng)力過高，則其破壞性極大。因此，該形式下鋼外護(hù)管中的工作芯管必須呈自由滑動(dòng)狀態(tài)才不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，從而減小固定支架的承受力、提高安全系數(shù)。此外，可在玻璃棉層加設(shè)鋁箔反射層，起到防輻射、散熱的效果，或選用玻璃棉管殼中帶有鋁箔反射層的材料也可實(shí)現(xiàn)此效果。同時(shí)，為了進(jìn)一步降低成本，還可以將玻璃棉和空氣層中的空氣抽出，減小和縮小管道導(dǎo)熱系數(shù)和鋼外護(hù)管的外徑。通過此設(shè)計(jì)，鋼外護(hù)管可將管附件等密封在其管腔內(nèi)，構(gòu)成完整的保溫結(jié)構(gòu)形式。此外，該形式還可以將兩種保溫結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，但二合一的形式成本較高，技術(shù)也更復(fù)雜。

2.3 固定式

該形式有內(nèi)固定節(jié)、外固定節(jié)和全固定節(jié)三種。其中，內(nèi)固定節(jié)形式是指在外保護(hù)管上以相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式固定內(nèi)管，其外保護(hù)管的強(qiáng)度極大，能與土壤產(chǎn)生摩擦力，從而固定管道并降低施工成本；全固定節(jié)、外固定節(jié)形式極為相似，皆是同時(shí)連接外保護(hù)管與工作芯管形成整體，并使用鋼筋混凝土墩將其固定在土壤中，以確保管道的穩(wěn)定性，不同之處在于外固定節(jié)形式不需要接觸內(nèi)管，只需穩(wěn)定外管即可。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)直埋蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)形式的研究可發(fā)現(xiàn)，其技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，且存在尚未解決的問題。由于上述3種直埋蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)勢(shì)，因此，在選用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況，了解地質(zhì)條件、介質(zhì)溫度、管徑等因素和建筑方面、熱動(dòng)力方面的相關(guān)知識(shí)，從而促使這3種形式有效發(fā)揮其作用。然而，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用調(diào)查發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用最廣泛的是外固定節(jié)形式和鋼套鋼復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)，且后者更是被廣泛應(yīng)用于地下水位較高的地區(qū)。因此，隨著直埋蒸汽管道市場(chǎng)需求的增加，需要加大研究力度，以促進(jìn)其發(fā)展。

〔編輯：張思楠〕