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預制直埋鋼套鋼保溫管設計

河南永銀化工熱電廠向河南永銀化工 20萬 t/a 聚氯乙烯一期工程提供工業蒸汽, 用于其生產工藝 的需要。供熱管線長約 5 km, 供熱管道采用鋼套鋼 直埋敷設方式, 外護管管頂埋深為 1.2~ 30 m。熱 力管網布置原則: 力求短直, 沿道路直埋敷設, 方便 施工。蒸汽設計參數見表 1。。

2 管材、管件及保溫結構 ( 1)管材。熱力管網工作壓力 127 M Pa, 介質 溫度為 250 , 管道采用螺旋縫電焊鋼管, 材質為 Q235-B鋼。管網設備及附件采用耐壓值為 25 M Pa、耐溫 350 的產品, 以確保管道長期安全穩定 運行。 ( 2)保溫管。熱力管道采用鋼套鋼直埋復合保 溫管, 工作方式為內滑動。內保溫層采用耐煮沸硅 酸鎂, 外保溫層采用耐高溫改性聚氨酯泡沫, 保溫結 構的保護層采用直縫電焊鋼管。保溫管由專業廠家 在工廠內預制, 現場只進行接口施工。 ( 3)保溫結構。保溫結構的設計計算以較經濟 的保溫厚度作為計算依據, 略加相應的安全系數即 可, 不宜過于保守, 盡量減少投資成本。根據多年的 實踐經驗, 選用多阻式復合保溫結構為較佳, 并依據 C JJ104 2005城鎮供熱直埋蒸汽管道技術規程給 出的多層保溫結構計算公式, 經反復試算后達到保 溫結構設計要求。鋼套鋼保溫結構材質及規格見表 2, 保溫結構如圖 1所示。

3 管道穩定性 由于供熱蒸汽壓力大, 溫度高, 在工程設計中除 按照 C JJ104 2005城鎮供熱直埋蒸汽管道技術規 程對工作管道進行強度計算及應力驗算外, 基于 外護管管徑較大, 還應考慮管道有整體失穩、局部失 穩和橢圓化變形的情況。為滿足管道穩定性, 供熱 管網采用了固定支墩和有補償直埋敷設等相結合的 方式。  

3.1 固定支墩 以處于舞陽城區的某工程為例, 固定支墩采用 工作管內固定加外固定輔助的設計方式。由于外固 定支墩受力較大, 為保證穩定性, 在其兩側 1 m 內回 填灰土, 分層夯實, 具體做法參照 JG J79 91建筑 地基處理技術規范規定。

( 1)考慮到外護管管徑大, 鋼管相對來說為薄 壁殼體, 必須對管道的局部失穩進行校核計算。由 于管道內的較大軸向應力在固定支墩處, 因此, 固定 支墩處的應力也必須同時滿足校核計算要求。

( 2)適當增加外護管鋼管壁厚, 提高管道的剛 度, 以增強抗失穩能力, 確保不出現截面橢圓化變形 和局部失穩。

( 3)采取增加覆土深度及避免在管線附近平行 開溝等措施, 增大外界的抗縱向失穩反力和保持外 界抗水平失穩能力, 防止管道出現整體失穩。當地 溝底部土層的承載力 80 kPa時, 地溝底部應加墊 C15素混凝土層, 避免管道埋地由于不均勻沉降產 生折角。

3.2 管道的熱補償

雖然工程管路系統設計受到的各方面制約相當 復雜, 但任何復雜的管系都可以通過固定支墩的設 置, 將其分成若干形狀相對簡單的單獨管段, 如直線 型、L型、Z型、U 型管段等。根據這些相對簡單的 單獨管段來確定管系的變形補償, 再選擇補償器。 由于補償器的種類很多, 正確的選型非常重要。管 系設計開始時, 在管系走向支撐體系 (包括固定支 墩、導向管架等 )設計的同時, 就要綜合考慮補償器 的選型和配置, 這樣才能保證設計管系的安全、合 理、可靠和經濟。 仍以舞陽城區某工程為例, 管道敷設時充分考 慮利用地形和道路的變化。蒸汽管道以 L 型、Z型 布置時, 做自然補償; 在自然補償無法滿足要求的長 直管段上, 采用波紋管補償器補償管道的熱位移。 補償器由于在地下直埋管道中工作, 不同于地上的 特點, 設計選型時還要考慮以下幾個因素: 1.補償器 宜選用軸向型外壓式補償器, 出廠前預冷緊, 以減小 固定支墩受力。.該補償器具有吸收軸向位移、補償 量大、保溫性能好、使用壽命長等特點。2.補償器的 材質應選用抗氯離子腐蝕材料 SUS316L 不銹鋼。 3. 補償器盡量在固定支墩兩側對稱設置, 以平衡固 定支墩的軸向力。4..補償器的疲勞壽命次數不應小 于設計壓力和溫度下的 3 000次。5. 補償器端口連 接接口宜選用焊接方式。

4 管路附件

4.1 排潮管 排潮管設置很重要, 一般設置于每一管段的固 定支墩附近 (即管道熱位移較小處 ), 出口引入檢查 井內。排潮管作用: 在管道暖管時排出保溫層中 的潮氣, 使保溫材料的導熱系數達到設計值; 檢查 判斷故障, 起到管道損壞報警顯示作用。為了較準 確反映管道保溫層的工況, 排潮管安裝時應環繞工 作管道 1圈, 并在其上開一些小孔。

4.2 疏水裝置 由于蒸汽管網初期運行熱負荷不穩定, 生產用 汽企業甚至經常有間隙運行工況, 管道內積聚大量 凝結水, 如不及時排出容易發生 汽水沖擊 現象, 嚴重時會對管網造成破壞。因此, 設計合理的疏水 裝置是管網安全運行的重要保障。

( 1)盡量沿管網汽流方向, 并根據管網的地形 高程將管系做成有坡度的設計, 即順流疏水。

( 2)疏水閥門連接接口宜選用焊接的方式, 其 抗水擊能力強, 可減少凝結水泄漏。

( 3)為避免疏水管根部焊口剪應力對管道的破 壞, 疏水裝置應盡量設在固定支墩附近。

5 結語 大管徑高溫直埋蒸汽管道敷設, 設計是關鍵。

( 1)蒸汽管道直埋的補口、節點、端點等部位是 易進水的地方, 施工安裝時一旦處理不好, 工程質 量就會受到影響, 所以設計時應盡量減少其數量。

( 2)為減少對其他管道或管線的熱影響, 直埋 蒸汽管道盡量布置在這些管道或管線的上部。

( 3)對于空間小、不易大土方開挖的地段, 固定 支墩選用內固定加外固定輔助為較好, 其優點是可 以減少土建工程量。設計時, 施工圖要在選定工藝 后, 與管道生產企業結合后再設計出圖, 這樣可以減 少施工安裝時一些問題以及不必要的設計變更, 以 免造成工程誤工現象。

( 4)沿線各固定支墩及管槽定位應整體放線, 統一開挖, 以統籌調整施工中碰到的各種障礙物。 直埋管道開挖的深度及寬度、管道基底的夯實處理、 管道標高及回填土等均應嚴格按照 C JJ28城鎮供 熱管網工程施工及驗收規范 的規定執行。