高温蒸汽管道保温钢管直埋敷设技术的探讨

2019-05-30

1 前 言 直埋敷设 保温钢管 供热管道的技术, 从60 年代苏联和北欧国家着手研究并在70 年代推广使用, 我国从70 年代末从瑞典、丹麦等国引进, 80 年代末在国内得到普遍、广泛的应用。其显著的经济效益和社会效益为大家所共识。 供热管道的直埋敷设为地下水位较

1  前 言
    直埋敷设保温钢管供热管道的技术, 从60 年代苏联和北欧国家着手研究并在70 年代推广使用, 我国从70 年代末从瑞典、丹麦等国引进, 80 年代末在国内得到普遍、广泛的应用。其显著的经济效益和社会效益为大家所共识。
    供热管道的直埋敷设为地下水位较高的地区及为了保证厂区和城市的美观不允许架空敷设的地区提供了一种安全、经济的途径。但一般仅限于热水管道的直埋敷设。在1993 年对于高温蒸汽管道直埋敷设技术, 国内仅辽宁铁岭某厂一家采用。下面就1993 年3月内蒙古呼和浩特市金川开发区供热工程中高温蒸汽管道直埋敷设技术的应用进行探讨。
2  问题的提出
    内蒙古自治区呼和浩特市金川开发区是集出口加工、贸易经营、娱乐服务等几大功能于一体的多功能综合型开发区, 该区规划开发面积已达14km2 , 一期工业区5 .6km2 , 根据开发区管委会的规划, 开发区内不设分散锅炉房, 搞集中供热, 设2 台10t/h 蒸汽锅炉房一座, 蒸汽参数1 .27MPa 、250 ℃, 供热半径1km , 主干线管径DN250mm , 总长1 .2km , 供用户采暖、生活和生产用汽。1993 年3 月我们承担了金川开发区锅炉房及供热管网的设计任务。根据市政府和开发区管委会的指示, 金川开发区的用户大多是高科技型的企业, 为保证开发区内整洁、美观, 要求各种管线和电缆全部埋地敷设, 上面种植绿化。对于高温蒸汽管道直埋敷设技术, 当时国内外尚无这方面的设计资料及经验, 因此, 我们借鉴国内外比较成熟的热水管道直埋敷设技术, 对高温蒸汽管道直埋敷设技术进行了尝试。
3  供热管道埋地敷设方式的比较
    一般供热管道的埋地敷设方式分为:
3.1  地沟敷设
    一般供热管道敷设为不通行地沟, 该方式技术比较成熟, 其主要缺点:占地下空间大, 造价高, 在地下水位高的地区, 需采用防水混凝土现浇, 外面再做防水防腐层, 工期长、造价高。
3.2  一般直埋敷设
    目前, 国内比较成熟的为热水管道直埋敷设技术,经过多年的运行实践证明, 与传统的地沟敷设相比, 具有保温性能好, 施工安装方便, 占地面积小, 施工周期短, 工程造价低等优点, 尤其在节能方面, 更显示其优越性。其保温结构的主要形式为:钢管、防腐层、聚氨酯保温层、玻璃钢保护层。但此类直埋管道的保温材料主要为聚氨酯, 其耐温性较差, 普通聚氨酯耐温120 ℃, 高温聚氨酯(聚异脲酸酯)耐温150 ℃, 金川开发区供热管道为蒸汽, 介质温度250 ℃, 因此, 不能使用该直埋敷设保温技术。
3.3  钢套管直埋敷设
    钢套管直埋过去一般用于穿越铁路、公路的地段。其主要结构为:蒸汽管、保温层、钢套管、防腐层。其特点是:蒸汽管热胀冷缩时, 可在钢套管内自由滑动, 蒸汽管的支架支撑在钢套管内。因此, 对蒸汽管的热胀力和对固定支架的推力计算均可按架空管道计算方法。钢套管直埋的优点是强度高、密封性能好、占地少、可以浅埋;缺点是施工较为复杂, 工群造价高。
4  复合保温结构
    对直埋敷设蒸汽管道的保温结构要求较严格, 其除了要起到良好的保温作用外, 还应具有不渗水和防腐的性能。经过研究决定采用复合保温材料结构, 由海泡石(硅酸镁)隔热层、聚氨酯保温层和三布四油玻璃钢保护层三部分组成(见下图)。
图 直埋蒸汽管道复合保温材料结构图
    图 直埋蒸汽管道复合保温材料结构图
4 .1  海泡石(硅酸镁)保温材料
    海泡石(硅酸镁)保温材料是以硅酸镁等天然矿物为基料, 多种轻体矿物为辅料, 掺配适量化学添加剂、复合高温胶粘剂等, 经过加工制成复合粘稠状膏体, 干固后形成封闭多孔网状结构复合保温材料。
    海泡石(硅酸镁)隔热层保温材料主要技术指标:湿密度:700 ~ 800kg/m3 ;干燥后密度:180 ~220kg/m3 ;导热系数:0 .052W/m .K ;干收缩率:≥35 %;弹性恢复率:≥90 %;粘接强度:0 .3N/mm2 ;气孔率:87 %;吸潮率:7 .97 %;憎水率:≥98 %;pH 值:7~ 8 ;适用温度:-40 ~ 800 ℃。
4 .2  聚氨酯保温材料
    聚氨酯泡沫塑料保温材是由聚醚树脂与多亚甲基多苯基异氰酸脂为主要原料, 加入胶联剂、催化剂、表面活化剂和发泡剂等, 经发泡制成的。在发泡过程中形成的微孔有90 %以上属于封闭性小孔, 因而具有导热系数低、密度小、几乎不吸水且化学稳定等性能, 与金属或非金属粘接牢固。
    聚氨酯保温层主要技术指标:密度:60 ~ 80kg/m3 ;抗拉强度:0 .2 ~ 0 .3N/mm2 ;抗压强度:0 .5 ~ 0 .6N/mm2 ;粘接强度:≥200kN/m2 ;导热系数:<0 .035W/m·K ;闭孔率:90 ~ 92 %;吸水性:≤0 .2kg/m2 ;适用温度:-50 ~ 120 ℃(高温聚氨酯可达150 ℃)。
4 .3  玻璃钢保护层
    三布四油玻璃钢保护层中的三布是用中碱无捻玻璃布缠绕, 四油是用不饱和聚酯树脂为原料, 人工或机械湿法缠绕而成。该保护层具有强度高、密度小、导热系数低、耐水、耐腐蚀等优点, 并具有良好的电绝缘性能及较高的机械性能, 尤其在地下水位较高地区, 能够承受地下水的侵蚀, 保证保温管能正常工作。
    三布四油玻璃钢保护层主要技术指标:密度:1 .7 ~ 1 .9kg/m3 ;抗拉强度:3 .0N/mm2 ;抗压强度:>2 .0N/mm2 ;抗弯强度:2 .95N/mm2 ;抗剪强度:0 .2N/mm2 ;树脂含量:45 ~ 55 %;巴氏硬度:≥32 ;马丁耐热:>120 ℃。
    这种复合保温结构具有以下特点:
(1)海泡石(硅酸镁)与钢管之间, 硅酸镁与聚氨酯之间均有较强的结合力。经测定, 结合力达150kPa(1 .5kg/cm2), 该结合力大于土壤的摩擦力, 能使管道与保温材料成为一体同步位移。当管道内介质温度发生变化时, 管道和保温材料不会因介质温度变化而滑脱。
(2)复合保温材料的抗压强度大于200kPa (2 .0kg/cm2), 足以承受土壤和地面荷载对复合保温材料的压力而不会损坏。
(3)发泡聚氨酯保温材料吸水率大于0 .2kg/m3 ;闭孔率大于90 %, 因此具有良好的防水、防潮性能, 足以抗拒因地下水的侵蚀而影响保温性能或破坏保温层结构。
(4)复合保温材料能在设计温度下保持良好的保温性能和机械强度。
(5)复合保温材料还具有良好的防腐蚀性能。
5  管道热补偿
    根据开发区总体规划和直埋敷设要求, 不可能设置方形补偿器, 所以选用了沈阳某公司生产的柔性石墨填料套简补偿器。
    套简补偿器均设在检查井内, 操作人员可以每年定期到检查井内进行维修, 用高压枪往套简补偿器注射柔性石墨填料, 以防止套简补偿器泄漏。
6  疏水
    高温蒸汽管道直埋敷设的另一个要考虑的是疏水问题, 在检查井内均设置疏水阀, 将排水管排至检查井内的集水坑内。
7  实际运行情况
    金川开发区供热工程于1993 年10 月投产使用,到目前己投入运行7 年, 实测锅炉房出口蒸汽温度253 ℃, 终点用户侧蒸汽温度241 ℃, 整个工程达到了设计要求, 满足了用户的用汽需求, 得到有关方面的好评。根据检查的情况来看, 主要问题是国产疏水阀的跑、冒、滴、漏现象。有的检查井内冒蒸汽, 因此, 今后应选用质量好进口或合资企业的琉水阀, 可避免此类现象的发生。
8  结论
    通过金川开发区供热工程中高温蒸汽管道直埋敷设的实践, 笔者认为高温蒸汽管道采用海泡石(硅酸镁)+聚氨酯发泡复合保温钢管保温直埋敷设, 在该工程中从设计上、施工上以及使用上都是成功的, 为今后对环境要求较高的市区、厂区, 尤其是南方多雨、地下水位较高的地区的高温蒸汽管道的直埋敷设开创了一条新的途径。