“钢套钢”保温钢管在蒸汽管网工程中的应用

2019-05-30

在我国城市供热管网敷设中,直埋技术的应用始于上世纪80年代引进北欧国家的预制成品保温管。与地沟和架空敷设方式相比,直埋敷设有其诸多优点,如节约占地面积、缩短工期(可缩短管网施工周期30%)、热损失减少、防水性好、维护量

    在我国城市供热管网敷设中,直埋技术的应用始于上世纪80年代引进北欧国家的预制成品保温管。与地沟和架空敷设方式相比,直埋敷设有其诸多优点,如节约占地面积、缩短工期(可缩短管网施工周期30%)、热损失减少、防水性好、维护量小、使用寿命长等,现已成为城市热网的主要敷设方式。但蒸汽管道地下直埋敷设目前从设计、预制、施工、验收等均无标准和规程、规范可依。对温度低于150℃的蒸汽管道参照CJJ/T81~1998《城镇直埋供热管道工程技术规程》,采用耐高温夹克管直埋敷设已广泛应用于城市供热管网建设中;而对温度高于150℃的高温蒸汽管道采用直埋敷设,在我国还处于研究开发和初步尝试阶段,主要是由于温度高,热变形大,给补偿、固定、防水密封等带来了诸多难题。随着新编《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》及《城镇供热直埋预制蒸汽保温管技术条件》行业标准向全国广泛征求意见,将进一步推动我国蒸汽直埋管道技术的发展和事业的进步。
1  工程概述
    位于北京大兴工业开发区的北京生物工程与医药产业基地,投巨资修建了一条直埋蒸汽管网,全长10.4km,这是“钢套钢”管道在北京市首次大规模地应用于工程中。所谓“钢套钢”是指,承担传输热源的钢管(工作管)与其外层起保护作用的钢管(外护管)组成为一体的管道,工作管在外套管内通过固定支架、滑动(导向)支架、补偿器等管路附件工作来传输热源,外套管则起保护工作管正常运行的作用。这次新建的主干线包括两条蒸汽管和一条凝结水管,最大管径为DN350,分别采用保温层为欧文斯棉、外防腐为3层PE的“3PE防腐真空钢套钢管道”和保温层为欧文斯棉、外防腐为玻璃钢的“玻璃钢防腐打气压钢套钢管道”;由滑动支架支撑内外管,采用内固定支墩作固定受力点,波纹补偿器吸收管道膨胀热应力;蒸汽管道材质为20号钢,钢套管材质为Q235A;凝结水管道采用聚氨酯发泡,外加高密度聚乙烯保护层直埋保温管,材质为20号钢;另外,排潮管、放气管及疏水管的材质均为20号钢;蒸汽管道及凝结水管道均采用1.6M、WY型外压轴向膨胀节;蒸汽管阀门采用TQ系列直埋焊接式保温球阀,凝结水管阀门采D373F~25型蝶阀,疏水管采用J11H~25型截止阀。蒸汽管道设计供汽参数为P=1.0MPa,t=204℃,凝结水管道设计参数为P=0.5MPa,t=90℃。
2  管道施工
    施工前须按有关规定检查所有材料、设备等产品质量证明文件;蒸汽管道必须具有焊口射线探伤报告;钢套管应同时提供焊缝渗透检测报告;无缝弯头及焊接钢管做1%的拍片抽样检查,防腐层应做电火花检漏。管材、管件、阀门、补偿器等安装前应按设计图纸要求核对其规格型号数量,补偿器还应有下列标记:单正、单反、气流方向、接固定端标记、接活端标记和膨胀量;符合要求后方可使用。其中疏水系统阀门和凝结水蝶阀应按10%的数量进行强度和严密性试验抽查,对于埋地部分的直埋球阀和蒸汽蝶阀的壳体要100%地做壳体压力试验和密封试验检查。
2.1  管道安装工艺流程(见图1)
图1  管道安装工艺流程图
    图1  管道安装工艺流程图
2.2  管道存放、运输及吊装
    (1)同一规格管道放在一起,存放场地应平整、无杂物和积水,并应有足够的承载能力。蒸汽管存放底部应垫100mm×150mm的方木,其间距宜为2m。堆放高度不大于2m,距热源不小于2m。端头应采取密封措施,露天存放应用帆布覆盖,防止太阳照射或雨淋。严禁在地面上采用自身滚动和拖拉方式运输。
    (2)管道吊装:下沟前应对管道焊口、保温防腐再做一次检查。正确选择吊点,使管道受力均匀。为保护管道的保温及防腐层,吊装绳宜用柔性编织吊装带或橡胶带(宽度不小于100mm),吊装时要平稳。
2.3  管道、波纹补偿器、阀门和法兰、疏水和放气管的安装、焊接均采用常规方法。
2.4  排潮管安装
    所有蒸汽管道两固定支架间设DN50排潮管(亦称泄漏排汽管,不仅在管网预热时通过空气层能排出潮气,在运行时还可检查管网是否泄漏,起信号管作用)。排潮管的接口设在补偿器及弯头钢套管处,排出口接至附近的阀门井内或绿地上;接至阀门井内的排潮管出口宜设一个闸阀或逆止阀,接至不易破坏的地面应高出60cm左右,并做防雨帽或做成180°弯管,口朝下,开口高度应以不发生地面雨水倒灌为宜。防腐同蒸汽钢套管作法相同。
2.5  蒸汽钢套管安装
    (1)在蒸汽管焊接检测合格及水压试验合格后进行蒸汽管接口处的钢套管安装工作,具体步骤见图2。
图2  蒸汽管接口处的钢套管安装流程图
    图2  蒸汽管接口处的钢套管安装流程图
    (2)钢套管组装。先在蒸汽管接口两端的钢套管端面内壁处各点焊一圈50mm×3mm的背环钢带以保护保温层(见图3),准备一段与套管规格及接管尺寸相等的钢套管,分割成两半,并按规范要求将边缘打坡口,然后将该制作好的两半套管与安装好的钢套管进行组对焊接。
图3钢套管组装示意图
    图3钢套管组装示意图
    (3)套管安装时,纵向焊缝应在两侧,立管及三通接口部件的纵向焊缝应在易检修部位。安装时还应注意防腐层的保护。
2.6  管道支架安装
    (1)蒸汽管道的滑动支架及固定支架场地环境与钢套钢直埋管一起运至现场时应注意对照图纸和有关规范进行复验。
    (2)凝结水管道固定支架为按施工图纸内容现场制作安装。
    (3)凝结水管道固定支架的焊接应按有关规定进行操作。
    (4)凝结水管道固定支架焊接完毕并检查合格后,应即时根据图纸要求对支架及钢套管连接处进行防腐处理。
2.7  无损检测
    蒸汽内管焊缝做100%射线拍片检验,焊缝质量不得低于GB3323 -1987《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》的Ⅲ级;钢套管安装完毕做100%渗透检测。
2.8  系统试压
    在焊缝全部检测合格后,波纹补偿器、阀门与安装完毕的管道一同做系统试压,所有焊缝检查无缺陷后即认定焊接质量合格。
2.9管道防腐保温
    工程所用的管道均为专业加工厂预制,直管及管件的保温层和防腐层都已同管道一起预制好,因此现场只做焊口处的防腐保温工作以及凝结水管的支架防腐工作。管道保温及防腐的材质、结构要符合设计和制造厂要求。保温和防腐的质量要求应符合国家现行《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》(HGJ229)的规定。
    (1)管道防腐
    蒸汽内管在焊口经无损检验和水压试验合格后要先除去管焊口边缘处的污物,然后进行除锈(能清晰显示出金属本色方为合格),并保证管道干燥,涂刷高温防腐涂料——无机富锌漆两道进行防腐,头遍漆干后方可刷下遍漆。涂层及涂膜质量应符合上述规范规定,涂层厚度应符合设计文件的规定。
    钢套管经气压试验合格后先进行打磨除去焊渣,并去除钢管表面的油脂和锈蚀等(除锈等级必须达到Sa2.5级),然后做二度环氧富锌底漆加三布五油环氧煤沥青漆防腐,涂层总厚度为0.8mm。
    钢套管外防腐时,玻璃布的缠绕以及防腐层的检验均须按上述规范执行。
    管线与高压电缆平行距离小于2m、交叉距离小于0.5 m时,需加强防腐,即在这些管道处再加一布一油的防腐层各10m管段长。
    凝结水管支架的除锈与管道的防腐除锈要求相同。除锈合格后先用破布擦去表面灰尘,再刷两遍环氧树脂底漆。第一遍漆干后方可刷下遍漆。最后喷一层聚氨酯泡沫,其涂层厚度为10mm。
    (2)管道保温
    蒸汽内管在检测和水压试验合格、对钢管焊口除锈、防腐底漆实干后方可进行保温工作。本工程为预制装配式保温结构。
    首先检查预制的保温管壳厚度和质量是否符合要求,然后将保温材料错缝包扎在管道上,双层保温块的纵向接缝也应错开,缝隙一般不得大于5mm,然后用铅丝绑扎。绑扎时所用铅丝间隔为预制保温管壳长度的一半,但不应超过300mm,而且要求每块预制保温块至少绑扎2处。对于外径大于200mm的保温层用铅丝网绑扎。
    保温层厚度应达到要求,保温材料绑扎的倒数第二层外加包一层铅箔反射层。本工程凝结水管的保温采用防水型的聚氨酯发泡保温材料,外加高密度聚乙烯保护皮。
    蒸汽管道焊口处的保温及防腐的材料、规格及厚度应符合设计要求。
    (3)阴极保护装置安装:对埋地钢制管道采取牺牲阳极的阴极保护,是通过降低腐蚀电位,使管道腐蚀速率显著减小而实现电化学保护的一种方法。本工程按设计要求,每100m管段设置1套阴极保护装置。
2.10  钢套管气压试验
    除管道的试压吹洗按常规方法进行外,钢套管也要进行气压试验。
    根据设计要求,对钢套管要进行气密性试验,介质为压缩空气,试验长度以300m左右为宜,试验压力为0.2MPa,持续5~10min不掉压,并用中型肥皂水涂在焊缝处,检查无漏气现象即为合格。
    试压时,压力应逐级缓慢上升,首先升到试验压力的50%,无异常后按试验压力的10%逐级升压,每级压力应稳压1min。
    如发现有漏气的地方,应作上标记,泄压进行修理,消除缺陷后升压至试验压力进行检查。
3  直埋蒸汽管道的运行
3.1运行前准备
    运行前,除须编制运行方案,配备交通、通讯工具外,还应使用有害气体检测器、抽水设备等,对系统进行全面检查;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,阀门远方操作灵活可靠,排潮管畅通无堵塞。
3.2  暖管
    确认运行前准备工作完毕,管网管理人员到位,即下达送汽命令。暖管过程应缓慢、平稳。暖管开始时,打开启动疏水阀,缓慢打开供汽阀门,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30min,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,再提高蒸汽压力至0.2MPa,暖管1h,再无异常,开始烘管。
3.3  烘管
    新建管道冷启动时,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,若排潮管排汽量较大,稳定24h后仍有增无减,应停止烘管,检查泄漏点,经处理后方可重新启动。
3.4  管网投运
    烘管结束,再提高供汽压力至0.4MPa,保持1h,如无异常,可提压至0.6MPa,仍保持1h。若无异常,关闭启动疏水阀,压力升至工作压力,正式投运。
4  施工管理
    (1)直埋蒸汽管道的施工质量极为重要,必须严格控制每道生产工序,严格检查质量,按设计要求实施,尤其是接头保温施工,必须严格控制,逐个检查,确保施工质量。
    (2)雨季施工要采取必要措施,防止水淹、漂管发生,因为一旦保温材料进水,将很难全部排净,这样将大大降低保温效果,增大热损失,并有可能导致保温管的损坏、破裂。
    (3)为避免现场截管造成对管道结构的破坏,每个补偿段的长度可根据排管情况进行微调。管道在制作安装过程中应根据工艺和规范要求及时检查验收,上道工序未经检查验收合格不得进入下道工序。
    (4)为保证施工质量,焊口应采用氩弧焊打底,焊条电弧焊填充盖面。
    (5)要确保内管受热后相对钢套管滑移,要避免内管的热量直接传导给钢套管,破坏钢套管的防腐层。
    (6)管道穿越道路套管时,应采取切实可行的保护方法,以防管道在穿越道路套管时损坏保温及防腐层。管道预制长度要比过路套管稍长,管道制作好要认真进行质量检测,确认无质量问题后方可进行穿管。
    (7)埋地管道在回填土前应在管道单线图上标出蒸汽管道焊口、补偿器等的实际位置,及时办理隐蔽工程签证记录。
    (8)当管沟底部土层承载力≤0.2MPa时,沟底应进行夯实处理。沟底为重湿隐性土质时,应铺垫碎石并夯实;沟底为岩石时须铺垫20cm以上砂土层,管底及两侧和管顶上部20cm范围内不得有直径大于10cm的块石等硬物。这部分的回填土密度不应小于70%,其余部位回填密度应大于90%。
5  结语
    尽管“钢套钢”管道首次在北京市大规模地应用于蒸汽管网中,但其优势是显而易见的,与地沟敷设方式相比,管道热损失可降低15%左右,比架空管道敷设约减少40%,而且“钢套钢”直埋管道节约了地沟的维护费用。经过经济对比发现,对于大直径管道,“钢套钢”直埋管道比地沟管道节约资金20%左右,这样可以大大降低用户的运行成本;且其使用寿命一般在30年以上。现在,这项先进工艺在国外和国内部分省市已经积累了一定的应用经验,相信随着工艺的不断完善,以及相关标准规范的颁布实施,只要处理好每一个技术环节,在工程施工中认真执行,这种施工工艺将会在城市热网中得到更广泛的应用。