蒸汽直埋管热补偿的设计

蒸汽直埋管热补偿的设计

所述，由于受管道保温结构的限制，管网直管段的补偿器只能采用直埋式轴向型的。按 照通常做法，轴向型波纹补偿器都布置在固定支架旁以防止其轴向失稳，但笔者认为，这种 布置方法对波纹补偿器的每个波节吸收位移的工作受力传递不均，发挥的补偿能力不充分。 我们认为解决补偿器轴向失稳问题除与其布置位置有关外，更主要的是取决于补偿器自身的 性能和质量。因此，我们在设计时，一定要选择自导向性能好、抗失稳能力强的补偿器；而 对于补偿器的布置则要根据工程的实际情况灵活运用，根据管系的分段长度及具体条件可布 置在两固定墩中央或之间的任意位置，这样既能躲避复杂的地下障碍的影响，又能满足管段 的补偿要求。但要注意，补偿器不要布置在弯头或折点旁。实践证明这种设计方法是可靠的 。

补偿器的保温结构一定要满足强度及温度控制要求，同时，补偿器的保温结构应不影响补偿 器的自身性能及正常工作。

3.3、 合理布置管网的疏水点

由于蒸汽管网运行负荷不稳定，甚至经常会有零负荷状态，在这一时间段内管网的凝结水很 多，如不及时排出就会发生水击，严重时会对管网造成破坏。因此，合理设置疏水点是管网 安全运行的保证。我们在设计时对疏水点的布置考虑了以下几点：(a)沿管网汽源方向并根 据管网的路由高程将管网做成有坡度设计，顺流疏水。(b)在地下障碍多，管道敷设呈纵 向 起伏的管段，采用多低点疏水；当逆流疏水时，尽量加大管道坡度。(c)我们目前使用的疏 水节 的结构是在管道底部设集水罐，由集水罐引出疏水管。由于管道运行时存在反复热位移，会 对疏水管根部的焊口产生剪切力造成破坏，为了避免这种情况发生， 我们设计时将疏水节设在固定节旁，或要求保温管生产厂家将疏水节和固定节做为一体。

为了管网运行维护安全，操作方便，我们在设计中，完全采用了背压疏水的方式，不管管道 埋深多少，疏水井均设在地下0.5至0.8米深的位置，每个疏水点均设自动疏水器和启动疏放 水旁路阀，并在设计说明中对启动运行的疏放水操作提出明确要求。实际运行证明这种疏水 方式是安全可靠的。

3.4 合理地设计管道的埋深

直埋蒸汽管道的埋深是决定管道外表面温度的条件之一，因为土壤的导热系数不仅与土壤的 种类、化学成分、含水量有关，还与土壤的埋设深度有关，实验证明，随着埋深的增加，土 壤 的导热系数降低，因此，管道埋得过深会使管道的外表面温度升高。我们在设计时，在保证 管道不被地上荷载破坏，即满足强度要求的前提下，应尽量浅埋，笔者认为，在地下条件允 许的地方，管道的埋深以0.8～1.0米为宜。

3.5、 固定墩的设计及钢外套管的应力计算：

直埋蒸汽管道与直埋热水管道的固定节的受力结构基本相同，即在管道上焊接固定环板。但 直埋蒸汽管道的固定节存在的问题是环板温度很高，并且由于热桥的作用，环板两侧管道的 外表面温度也很高，因此，即使是聚乙烯外套的预制复合保温管，其固定节处的外保护套也 不能直接使用聚乙烯，国内目前多采用的做法是在固定节处采用钢外套 ，并增加固定节的长度以保证管道和固定节的接口部分的外表面温度不超过设计要求，这就 使管网出现了钢塑接口问题，这一问题目前仍没有令人十分满意的处理方法。对于钢外套的 预制复合保温管，固定节处的钢外套的防腐应考虑到耐高温问题。直埋蒸汽管道固定墩的土 建设计要采用耐热混凝土。

对于钢外套的预制复合保温管，设计时还要考虑钢外套管的应力分布。直埋蒸汽管道的外表 面设计温度一般是50℃，按照直埋热水管道的设计原理，这一温度对直管段产生的热应力完 全不必进行验算，但对于弯头、折点、三通等应力集中点就需要进行安定性分析及验算。笔 者在设计时，对钢外套管系是按照直埋热水管道的设计方法来处理的。

对固定墩的推力计算，除应考虑固定墩两侧管道补偿器的弹性反力、不平衡内压力及管道的 摩 擦力外，对钢外套的预制复合保温管还应考虑钢外套管对固定墩的推力。例如，按照外表面 温度高50℃计算，当工作钢管直径为DN350、外保护套管直径力DN700时，采用钢外套管的 固定墩的推力比塑套管的固定墩推力大可提高10倍。虽然采用在钢外套管上设补偿器的方 法可以减小固定墩的推力，但由于外补偿器的防腐问题目前还没有十分可靠的方法，从而不 能 保证管网的使用寿命。为了解决上述问题，对固定墩的设计我们利用相对固定的概念，采用 内固定的方法，即将固定环板焊接在工作钢管与钢外套管之间的方式。钢外套管对于工作钢 管视为 固定参照物，其内固定节强度结构只考虑工作钢管的推力Fj即可。对钢外套管来说，Fj仅为 它的内平衡力，复合保温管的整体的稳定由土壤作用在钢外套管上的被动土压力来满足平衡 。在小白楼蒸汽管道改造工程中，我们采用了全部内固定的方式，解决了因地下条件恶劣而 无法做固定墩的难题，既缩短了施工周期，又降低了工程造价。

3.6、 管件的设置：

3.6.1、 弯头

起自然补偿作用的弯头将产生轴向及径向位移，为了保证管道在弯头处的热位移不受约束， 并使预制复合保温弯头的保温结构不被挤坏，必须在工作弯头与保温层间留有位移空间。德 国布鲁格公司将保温弯头做成转角处凸出的“大肚”型结构，以适应弯头变形位移量的要求 。目前国内的普遍做法是弯头处填充松软的保温材料。我们在工程设计中，应就自然补偿管 段的热补偿量问题同保温管生产厂家交换意见并达成一致，以使弯头处的保温结构既能够大限度地吸收管道的热位移，又能保证其结构不被破坏。

3.6.2、合理设置排潮管：

我们在工程设计中，每段封闭的保温管段之间均设一至二个排潮管，排潮管应引到地面以上 ，行人、车辆无障碍的安全地方，排潮管口要向下弯，以避免雨雪由排潮口进入管道的保温 层。

3.6.3、三通、大小头、阀门等的设置：

对于容易产生应力集中的管件，我们在工程设计中遵循的原则是通过分析管系的应力分布状 况，尽量布置在轴向、径向位移量小的地方，右靠近固定墩布置。必要时向厂家提出加强管 件强度措施的要求。在选择阀门时，注意考虑阀门承受内压及轴向力的能力。此外，管件与 管 道、管道与管道的连接处的保温及密封处理要做到连续、严密。直埋蒸汽管道工程是一项系 统工程，这一点已为业内人士所共识。从管网的设计到管道的 制造、安装及管网的启动运行，每个环节都直接影响着工程的成败。而一项好的设计可以使 产品的性能得以充分发挥，可以大限度地减少施工中的困难，可以降低工程造价。因此， 我们的设计一定要做到严谨合理，为工程的成功提供可靠的前提保证。