直埋蒸汽保溫管工程的設(shè)計

1、 直埋蒸汽保溫管工程的設(shè)計：
在上述設(shè)計基本原則的構(gòu)思指導(dǎo)下，管系的整體設(shè)計過程是在管網(wǎng)水力計算、強度驗算后， 根據(jù)管網(wǎng)的路由走向，結(jié)合工程的實際狀況和特定的外界條件，合理地設(shè)置管道的熱補償及 所有管件。 3.1、 將管網(wǎng)合理地劃分成若干個封閉的保溫管段
因為復(fù)合預(yù)制保溫管道的結(jié)構(gòu)是管道與保溫層之間是有位移空隙的，管網(wǎng)在運行時一但某一 點發(fā)生蒸汽管道泄漏或外防護層破損外漏，則熱媒蒸汽或地下水受熱汽化就會通過管道與 保溫層之間的這一“通道”遍布整個管網(wǎng)，嚴(yán)重時會使整個管網(wǎng)遭受損失。將管網(wǎng)分成若干 個封閉的保溫管段，就能夠縮小事故的影響段，便于查找事故點。因此我們在工程設(shè)計中， 根據(jù)現(xiàn)場的具體條件，將每一對固定墩之間及主干線與支線之間都設(shè)計成封閉的保溫管段。

2、 直埋蒸汽保溫管管網(wǎng)熱補償?shù)脑O(shè)計：
如前所述，由于受管道保溫結(jié)構(gòu)的限制，管網(wǎng)直管段的補償器只能采用直埋式軸向型的。按 照通常做法，軸向型波紋補償器都布置在固定支架旁以防止其軸向失穩(wěn)，但筆者認(rèn)為，這種 布置方法對波紋補償器的每個波節(jié)吸收位移的工作受力傳遞不均，發(fā)揮的補償能力不充分。 我們認(rèn)為解決補償器軸向失穩(wěn)問題除與其布置位置有關(guān)外，更主要的是取決于補償器自身的 性能和質(zhì)量。因此，我們在設(shè)計時，一定要選擇自導(dǎo)向性能好、抗失穩(wěn)能力強的補償器；而 對于補償器的布置則要根據(jù)工程的實際情況靈活運用，根據(jù)管系的分段長度及具體條件可布 置在兩固定墩*或之間的任意位置，這樣既能躲避復(fù)雜的地下障礙的影響，又能滿足管段 的補償要求。但要注意，補償器不要布置在彎頭或折點旁。實踐證明這種設(shè)計方法是可靠的 。
補償器的保溫結(jié)構(gòu)一定要滿足強度及溫度控制要求，同時，補償器的保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)不影響補償 器的自身性能及正常工作。
3、 直埋蒸汽保溫管合理布置管網(wǎng)的疏水點
由于蒸汽管網(wǎng)運行負(fù)荷不穩(wěn)定，甚至經(jīng)常會有零負(fù)荷狀態(tài)，在這一時間段內(nèi)管網(wǎng)的凝結(jié)水很 多，如不及時排出就會發(fā)生水擊，嚴(yán)重時會對管網(wǎng)造成破壞。因此，合理設(shè)置疏水點是管網(wǎng) 安全運行的保證。我們在設(shè)計時對疏水點的布置考慮了以下幾點：(a)沿管網(wǎng)汽源方向并根 據(jù)管網(wǎng)的路由高程將管網(wǎng)做成有坡度設(shè)計，順流疏水。(b)在地下障礙多，管道敷設(shè)呈縱 向 起伏的管段，采用多低點疏水；當(dāng)逆流疏水時，盡量加大管道坡度。(c)我們目前使用的疏 水節(jié) 的結(jié)構(gòu)是在管道底部設(shè)集水罐，由集水罐引出疏水管。由于管道運行時存在反復(fù)熱位移，會 對疏水管根部的焊口產(chǎn)生剪切力造成破壞，為了避免這種情況發(fā)生， 我們設(shè)計時將疏水節(jié)設(shè)在固定節(jié)旁，或要求保溫管生產(chǎn)廠家將疏水節(jié)和固定節(jié)做為一體。
為了管網(wǎng)運行維護安全，操作方便，我們在設(shè)計中，*采用了背壓疏水的方式，不管管道 埋深多少，疏水井均設(shè)在地下0.5至0.8米深的位置，每個疏水點均設(shè)自動疏水器和啟動疏放 水旁路閥，并在設(shè)計說明中對啟動運行的疏放水操作提出明確要求。實際運行證明這種疏水 方式是安全可靠的。

4 合理地設(shè)計管道的埋深
直埋蒸汽保溫管的埋深是決定管道外表面溫度的條件之一，因為土壤的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與土壤的 種類、化學(xué)成分、含水量有關(guān)，還與土壤的埋設(shè)深度有關(guān)，實驗證明，隨著埋深的增加，土 壤 的導(dǎo)熱系數(shù)降低，因此，管道埋得過深會使管道的外表面溫度升高。我們在設(shè)計時，在保證 管道不被地上荷載破壞，即滿足強度要求的前提下，應(yīng)盡量淺埋，筆者認(rèn)為，在地下條件允 許的地方，管道的埋深以0.8～1.0米為宜。
5、 直埋蒸汽保溫管固定墩的設(shè)計及鋼外套管的應(yīng)力計算：
直埋蒸汽保溫管與直埋熱水管道的固定節(jié)的受力結(jié)構(gòu)基本相同，即在管道上焊接固定環(huán)板。但 直埋蒸汽管道的固定節(jié)存在的問題是環(huán)板溫度很高，并且由于熱橋的作用，環(huán)板兩側(cè)管道的 外表面溫度也很高，因此，即使是聚乙烯外套的預(yù)制復(fù)合保溫管，其固定節(jié)處的外保護套也 不能直接使用聚乙烯，國內(nèi)目前多采用的做法是在固定節(jié)處采用鋼外套 ，并增加固定節(jié)的長度以保證管道和固定節(jié)的接口部分的外表面溫度不超過設(shè)計要求，這就 使管網(wǎng)出現(xiàn)了鋼塑接口問題，這一問題目前仍沒有令人十分滿意的處理方法。對于鋼外套的 預(yù)制復(fù)合保溫管，固定節(jié)處的鋼外套的防腐應(yīng)考慮到耐高溫問題。直埋蒸汽管道固定墩的土 建設(shè)計要采用耐熱混凝土。

對于鋼外套的預(yù)制復(fù)合保溫管，設(shè)計時還要考慮鋼外套管的應(yīng)力分布。直埋蒸汽管道的外表 面設(shè)計溫度一般是50℃，按照直埋熱水管道的設(shè)計原理，這一溫度對直管段產(chǎn)生的熱應(yīng)力完 全不必進行驗算，但對于彎頭、折點、三通等應(yīng)力集中點就需要進行安定性分析及驗算。筆 者在設(shè)計時，對鋼外套管系是按照直埋熱水管道的設(shè)計方法來處理的。
對固定墩的推力計算，除應(yīng)考慮固定墩兩側(cè)管道補償器的彈性反力、不平衡內(nèi)壓力及管道的 摩 擦力外，對鋼外套的預(yù)制復(fù)合保溫管還應(yīng)考慮鋼外套管對固定墩的推力。例如，按照外表面 溫度較高50℃計算，當(dāng)工作鋼管直徑為DN350、外保護套管直徑力DN700時，采用鋼外套管的 固定墩的推力比塑套管的固定墩推力大可提高10倍。雖然采用在鋼外套管上設(shè)補償器的方 法可以減小固定墩的推力，但由于外補償器的防腐問題目前還沒有十分可靠的方法，從而不 能 保證管網(wǎng)的使用壽命。為了解決上述問題，對固定墩的設(shè)計我們利用相對固定的概念，采用 內(nèi)固定的方法，即將固定環(huán)板焊接在工作鋼管與鋼外套管之間的方式。鋼外套管對于工作鋼 管視為 固定參照物，其內(nèi)固定節(jié)強度結(jié)構(gòu)只考慮工作鋼管的推力Fj即可。對鋼外套管來說，F(xiàn)j僅為 它的內(nèi)平衡力，復(fù)合保溫管的整體的穩(wěn)定由土壤作用在鋼外套管上的被動土壓力來滿足平衡 。在小白樓蒸汽管道改造工程中，我們采用了全部內(nèi)固定的方式，解決了因地下條件惡劣而 無法做固定墩的難題，既縮短了施工周期，又降低了工程造價。

6、 管件的設(shè)置：

6.1、 彎頭
起自然補償作用的彎頭將產(chǎn)生軸向及徑向位移，為了保證管道在彎頭處的熱位移不受約束， 并使預(yù)制復(fù)合保溫彎頭的保溫結(jié)構(gòu)不被擠壞，必須在工作彎頭與保溫層間留有位移空間。德 國布魯格公司將保溫彎頭做成轉(zhuǎn)角處凸出的“大肚”型結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)彎頭變形位移量的要求 。目前國內(nèi)的普遍做法是彎頭處填充松軟的保溫材料。我們在工程設(shè)計中，應(yīng)就自然補償管 段的熱補償量問題同保溫管生產(chǎn)廠家交換意見并達(dá)成一致，以使彎頭處的保溫結(jié)構(gòu)既能夠 大限度地吸收管道的熱位移，又能保證其結(jié)構(gòu)不被破壞。

6.2、合理設(shè)置排潮管：
我們在工程設(shè)計中，每段封閉的保溫管段之間均設(shè)一至二個排潮管，排潮管應(yīng)引到地面以上 ，行人、車輛無障礙的安全地方，排潮管口要向下彎，以避免雨雪由排潮口進入管道的保溫 層。

6.3、直埋蒸汽保溫管三通、大小頭、閥門等的設(shè)置：
對于容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的管件，我們在工程設(shè)計中遵循的原則是通過分析管系的應(yīng)力分布狀 況，盡量布置在軸向、徑向位移量小的地方，右靠近固定墩布置。必要時向廠家提出加強管 件強度措施的要求。在選擇閥門時，注意考慮閥門承受內(nèi)壓及軸向力的能力。此外，管件與 管 道、管道與管道的連接處的保溫及密封處理要做到連續(xù)、嚴(yán)密。直埋蒸汽管道工程是一項系 統(tǒng)工程，這一點已為業(yè)內(nèi)人士所共識。從管網(wǎng)的設(shè)計到管道的 制造、安裝及管網(wǎng)的啟動運行，每個環(huán)節(jié)都直接影響著工程的成敗。而一項好的設(shè)計可以使 產(chǎn)品的性能得以充分發(fā)揮，可以大限度地減少施工中的困難，可以降低工程造價。因此， 我們的設(shè)計一定要做到嚴(yán)謹(jǐn)合理，為工程的成功提供可靠的前提保證。