蒸汽管道直埋技术

蒸汽管道直埋技术（共7篇）

蒸汽管道直埋技术 篇1

1 蒸汽管道直埋技术发展概况

早在20世纪30年代, 国外已经开始对供热管道直埋技术进行研究, 并将其应用于生产、生活中。早期由于受技术和材料的限制, 该技术仅适用于地下水位低、土质干燥、无腐蚀等地区。后来, 随着高分子有机合成材料技术的发展, 北欧等地区的发达国家采用聚氨酯塑料发泡作为保温材料, 并以高密度聚乙烯管作为外护壳, 研制出预制直埋保温管, 使供热管道直埋技术有了重大的突破。20世纪80年代初, 我国在一些城市的热网工程中首次采用了从北欧国家引进的直埋保温管, 对供热管道进行直埋敷设。经过30多年的发展, 我国目前在改建、扩建和新建等热水管网工程中大多采用直埋敷设方式, 经济效益明显得到了提升。

蒸汽管道由于输送介质温度较高、管道热位移大、热应变受力情况复杂, 普通供热管道直埋技术已经无法满足蒸汽直埋管道的结构要求。从20世纪90年代初, 我国就开始研制适合高温蒸汽管道直埋敷设的保温材料和保温结构形式, 并将其运用到施工中。由于缺乏理论依据和实践经验, 且蒸汽管道直埋技术较为复杂, 再加上我国该项技术起步晚、发展慢, 保温结构形式在实践中有许多问题有待改进和完善。

2 保温结构形式

目前蒸汽管道直埋敷设的保温结构形式一般可归纳为三种, 即内滑动外固定、内滑动内固定和外滑动内固定。

2.1 内滑动外固定

所谓“内滑动”就是工作钢管与保温结构是分离的, 工作钢管受蒸汽高温影响, 产生热膨胀并发生位移, 而保温结构层与外套管成为一体, 不产生运动。钢管外表面有4~7 mm的润滑层, 保温结构内层为耐高温硬质微孔硅酸钙或硅酸镁瓦块隔热层, 外层用聚氨酯泡沫塑料作为保温层, 外保护层根据保温层外径大小采用不同规格的成品焊接钢管作为外套管, 也可以采用钢板卷焊钢管, 卷焊的外套钢管焊缝需进行100%的射线探伤。

该结构的固定基础一般采用钢筋混凝土制作, 不设导向架。一般固定支座采用鞍式 (三通) 支座, 支座焊接在土建预埋件上。保温层应设置排潮管, 排潮管上钻有排潮孔, 钻孔部位需插入保温结构并接触工作钢管。排潮管伸出地面高度应≥500 mm, 并设置回弯, 设置的位置应尽量靠近混凝土固定墩。

2.2 内滑动内固定

内固定就是在固定端处将工作钢管固定在外套管上, 无需用钢筋混凝土固定。固定端应有足够的强度来满足管道产生的水平推力, 同时还需采取隔热措施来减少热桥效应。外套管采用的钢管壁厚和强度应满足焊接固定支架时承受的水平推力要求。固定支架外加强环两侧均设置排潮管。内滑动内固定防腐保温结构主要由工作钢管、耐高温防锈底漆、润滑层、硬质隔热层、铝箔反射膜、聚胺酯保温层、外套管和外防腐层组成。

2.3 外滑动内固定

外滑动就是保温材料与工作钢管精密结合, 捆绑成一个整体, 在高温工况下, 保温结构和工作钢管在热膨胀时同时运动。外套管与保温层之间留有10~20 mm的间隙, 可以起到进一步的保温作用, 又为排潮提供良好的通道, 同时也起到信号管的作用, 使排潮管的设置不受管线位置的限制。工作钢管与外套管之间每隔一段距离设置一组隔热导向支架, 以减少管道位移时的摩擦力。导向支架可采用滑动导向架, 大管径的导向支架也采用滚动支架。排潮管应按外套管防腐要求进行安装。安装时, 可根据现场实际情况确定安装位置, 排潮口处应有安全警示牌。排潮管直径DN一般为25~50 mm。

上述三种蒸汽管道直埋保温结构形式, 各有其优点和局限性。在设计选用时, 应综合考虑投资效益、工期长短、使用地区土质情况、地下水位高低和使用寿命等因素。内滑动外固定工程造价低, 但外护层密封性差、施工周期长, 适合地下水位较低、土质干燥的地区;内滑动内固定同样工程造价较低, 但外护层密封性能好、施工周期较短, 使用地区较为广泛;外滑动内固定工程造价较高, 但密封性好、施工周期短, 适用于地下水位较高的地区, 但是支架产生的热较多, 因此影响外套管的防腐质量, 一旦出现质量问题应及时维修。

3 蒸汽直埋管道的热补偿

蒸汽直埋管道在温度作用下, 热胀冷缩, 产生应力, 容易危及安全, 必须进行补偿。一般补偿方式有四种, 即管道预热拉伸、一次性补偿、自然补偿和采用补偿器。国内外许多设计都优先考虑自然补偿方式, 实践也证明此方式最安全、最可靠。蒸汽直埋管道正是在温度变化时, 弯管部分塑性变形和一定量的弹性变形实现管道的自然补偿的。

蒸汽直埋管道的热补偿形式和架空管道的热补偿形式基本相同, 直埋管道的平面布置和走向首先应充分考虑管道本身的自然补偿。对蒸汽直埋管道进行热力分析, 如果管系或局部柔性不足, 产生的热应力过大, 对固定支座的推力超过推力演算允许值时, 首先应考虑增强管系的自然补偿能力。只有当自然补偿不能满足要求时, 才考虑采用补偿器补偿。蒸汽管道与其他管道相比温度较高, 管道热伸长量大, 因此, 选用的补偿器应具有足够大的补偿量和较小的刚度, 同时也要保证补偿器的制造质量, 确保蒸汽直埋管道的安全运行。蒸汽直埋管道一般选用波形补偿器或专门为蒸汽直埋管道设计的补偿器, 不得使用有填料函的套筒式补偿器。补偿器和工作钢管一样, 外套管全封闭。全直埋式波形补偿器不需要另加外套管。当外套管表面温度超过50℃, 且直管段较长, 外套管具有一定的热伸长量时, 也应采取补偿措施。外滑动内固定和内滑动外固定蒸汽直埋管固定支架的推力计算方法与架空管道固定支架的计算方法基本相同。

4 结束语

以上对蒸汽管道直埋技术的发展概况、三种结构形式和防腐保温结构、蒸汽直埋管道的热补偿等进行了探讨, 旨在进一步确立蒸汽管道直埋技术的相关要求, 有助于更好地完善从设计到施工各环节的协同, 在实践中因地制宜地做出蒸汽管道直埋的实用精品工程, 进而不断提高我国蒸汽管道直埋技术水平。

摘要：随着经济的飞速发展, 我国蒸汽管道直埋技术水平在不断的提高, 在城市热网中逐步取代了传统的架空敷设方式。介绍了蒸汽管道直埋技术的发展概况, 对三种不同的保温结构形式进行了比较, 分析了蒸汽直埋管道的热补偿, 有助于在生产实践中进一步完善蒸汽管道直埋技术。

关键词：蒸汽管道,架空敷设,直埋技术,热补偿

参考文献

[1]徐宝东, 齐福海.化工管道设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2011.

蒸汽管道直埋技术 篇2

海南三亚某超五星级旅游度假酒店项目 (含酒店和别墅群) , 所需的蒸汽和热水均分别由一个锅炉房集中供给。整个系统的蒸汽和热水采用钢套钢直埋保温管作为介质输送管道, 其中蒸汽、凝结水管道的材料采用C8 163流体无缝钢管, 热水管道采用SUS304不锈钢焊接管, 外套管采用焊接钢管Q235, 保温采用离心玻璃棉, 密度≥48 kg/m3。

二、深化设计

按设计施工图对锅炉房的设备、管道及连接酒店和各栋别墅的管道, 进行综合布置深化设计, 画出平面图、立面图和局部大样图。按管道系统单线图的数量、规格、材质选配管道组成件, 并标注管道系统编号和顺序编号对管道分类及管道安装顺序编号, 编制模块化预制管道组件制作图。

三、工厂化预制

管段的除锈、油防锈漆、玻璃纤维棉保温、纠缠玻璃纤维布、安装固定翼环、安装外套钢管及涂防腐层等工序全部采用工厂化生产 (如图1) 。

制作管道V型辅助托架, 托架的V型柱和底部均装上滚轮, 便于管道的转动。利用吊车将已涂上高温防腐层的钢管吊至V型托架和有机械转动功能的卡盘, 紧固钢管。启动套丝机使钢管转动进行离心玻璃棉管壳包扎, 纠缠玻璃纤维布, 安装固定翼环等的半机械化生产。由于钢管上包扎了离心玻璃棉管壳和安装了固定翼环, 再加上与钢套管间的空气间隙可有效地绝热。外钢套管的除锈、涂富锌底漆和三布五油环氧煤沥青玻璃丝布防腐层, 同样采用以上操作方式实行半机械化生产。

四、管线测量和管沟开挖

管道施工测量和施工控制桩的测设。管线定位路线点一般每20 m处设一点。因管线中线点在施工中被挖掉, 因此要测设施工控制桩, 分为中线控制桩和井位控制桩等附属构筑物位置控制桩两种。

1. 管道施工测量

管线的测量主要依据施工图纸、施工控制桩和临时水准点进行;沿沟槽两边每10~20 m打两根木桩, 将标高线引测在桩侧面, 管道中心线及井位等用施工控制桩来测量。

2. 土方开挖

土方开挖采用机械施工, 配合少量人工清槽。管沟坡度1:1.25~1:1.5;管沟开挖, 应按设计断面和标高。施工过程中, 应检查管沟边坡状态。根据现场情况作好支撑准备, 以防塌方。开挖管沟时, 不得破坏下面土的结构, 须留30 cm沙土不挖, 再用人工开挖至设计标高。

五、碳钢管道焊接

采用CO2气体保护焊, CO2气体保护焊在保护气流的压缩下热量集中, 熔池体积小、焊接线能量小、热影响区窄、焊件变形小。而且熔池性好, 焊工掌握的操作技术较焊条手工电弧容易和稳定, 管背面焊缝成形容易得到控制而获得满意效果。

采用机械开坡口, 坡口夹角和钝边厚度一致, 坡口间隙和角度符合规范要求。壁厚相同的管、管件组对时, 内壁错边不超过壁厚的1 mm, 不同壁厚的管、管件组对。当壁厚差大于1.5 mm时, 应按要求加工。管道组对应清理管内和管件杂物, 小管用压缩空气吹扫, 大管用清管器清理。不锈钢管与碳素钢接触部位采取保护措施, 管壁厚δ≤4 mm的管道焊接时, 可不开坡口。但焊接时, 两管之间应有2~3 mm的间隙。钢管壁厚δ>4 mm时, 开单边坡口或V型坡口, 坡口为65°左右。焊接时, 两管之间应有2~3 mm的间隙。焊前, 应对坡口内、外表面及两侧各25 mm宽的范围进行清理, 用棉纱和钢丝刷除去水、油污、飞溅和油漆, 不锈钢管必须使用不锈钢刷清扫;组对前, 应检查管子端面的垂直度, 并沿管口圆周等距离点焊3~4处。

采用单面焊接双面成形技术焊接全熔透的对接管道。焊接时, 从管底起焊管顶收焊, 在固定管两侧分别采用对称的单侧1/4圆周向上焊法焊接, 可减少弯曲变形。大管径焊接时, 采用双人同步对称焊接。

六、不锈钢管焊接

不锈钢管焊接采用氩弧焊接工艺, 确保管道内壁光滑。焊接时, 根据不同管壁, 选择焊丝直径、氩气消耗量、焊接电流、电压、速度等参数。

管的表面无裂纹、缩孔、夹渣、起瘤、折叠、重皮、锈斑和麻点等缺陷;连接前坡口不留纯边;对接时先将管道坡口的毛刺清除掉。在施焊前两小时内, 用不锈钢丝刷及丙酮 (或工业酒精) 将管端、坡口面及内外壁30 mm以内的脏物、油渍清除干净。还应在管的两侧40~50 mm长度区间内用板遮挡住, 以防焊接中的飞溅物落在管面。焊接过程中采用管内气体保护法, 确保焊缝背面成型平滑。在管道两端设置档板, 一端档板开设进气孔, 通入适量氩气;另一端开放气小孔, 避免气压过高逼穿熔池。输入管内的氩气可根据管道大小和长度进行调节, 接完毕后, 焊枪不能立即移开, 继续送出保护气体, 5 min后再关闭气阀。焊接后, 除去熔渣和焊缝两侧的飞溅物。

焊接口的酸洗液酸洗采用刷洗, 用刷子醮取50%盐酸+50%水组成的酸液刷洗。对焊缝区要反复刷几次, 到呈白亮色为上, 用清水冲净。酸洗后, 用钝化液在管道焊接表面揩一遍, 然后用冷水冲, 再用布仔细搽洗。最后用热水冲洗干净, 并使其干燥, 经钝化处理后的不锈钢焊口处表面呈银白色。

七、各种配件安装

1. 补偿器安装

补偿器按设计要求采用直埋式, 为防止散热和渗透造成波纹管补偿器腐蚀, 应做保温和防水密封结构。为保证内固定受推力的合理性和管线运行期间补偿器的稳定性, 补偿器固定两端应对称。并在两端各加一个导向支架, 以保证补偿器仅承受轴向推力, 延长补偿器的使用寿命。

2. 疏水装置安装

疏水装置应设在管道与外套管相对位移较小处, 疏水管道引出处应设疏水集水罐, 集水罐直径按设计确定。罐体直径不应小于工作管道直径的1/2, 且不应小于100 mm。

八、严密性试验和清洗

1. 不锈钢管道液压试验

不锈钢管道液压试验时, 氯离子含量不得超过25 PPm。试验压力应为设计压力的1.5倍, 且不得低于0.4 MPa。试验应缓慢升压, 待达到试验压力后, 稳压10 min。再将试验压力降至设计压力, 停压30 min, 以压力不降、无渗漏为合格。

2. 管道的吹扫与清洗

采用大管道闭式循环冲洗技术, 既能保证系统的洁净, 又节约用水。冲洗管道应使用洁净水, 冲洗不锈钢管道时, 水中氯离子含量不得超过25 PPm, 冲洗流速不得低于1.5 m/s。冲洗须连续多次进行, 水色和透明度经检测符合设计标准为合格。

蒸汽管道按压力不大于管道工作压力的75%, 流速不低于30 m/s实施吹扫。蒸汽吹扫, 应先行暖管、及时排水, 并检查管道热位移。蒸汽吹扫应按加热—冷却—再加热的顺序, 循环进行。吹扫时, 宜采取每次吹扫一根, 续根吹扫的方法。吹扫次数应不少于3次, 每次吹扫时间不少于15 min。蒸汽管道用刨光木板检验。吹扫后, 木板上无铁锈、脏物时, 为合格。

九、结语

采用上述实施, 施工质量可靠、高效快捷。工程提前完工并一次验收合格, 取得了良好的经济效益和社会效益。

摘要：本文从深化设计、工厂化预制、管线测量和管沟开挖、管道焊接、试验和清洗等方面介绍了钢套钢直埋蒸汽 (热水) 保温管道施工。其施工工艺合理先进, 效果良好。

蒸汽管道直埋技术 篇3

关键词：钢套钢蒸汽管,施工质量控制,措施

临沂市阳光热力西部供热中心项目总投资概算12亿元, 整体规划为5炉3机, 设计供汽总能力为450吨/小时, 集中供热总面积400万平方米, 涉及中心厂区设备设施、电网、水网、管网等四大工程系统, 可以满足25公里范围内生产企业和居民供热需求。

1 临沂市阳光热力西部供热中心项目施工技术要点

(1) 蒸汽管道采用钢套钢直埋保温管, 工作管采用螺旋缝钢管, 保温材料选用导热系数低的优质超细玻璃棉材料并复合反射膜, 保温最外层设置纳米反射层以减少辐射热损失;防腐层采用3PE结构, 并规定为加强级防腐;设置滚动支架减少支架受力并且易于安装。

(2) 弯头、三通、变径管、固定支座及疏水节应采用成品保温管件。弯头采用补偿弯头, 弯头外护管与工作管不同轴;采用偏心变径管, 安装保持管底平, 易于凝结水排放。

(3) 采用抗剪内固定节, 减少土建投资。采用套筒波纹复合补偿器, 该补偿器兼有套筒和波纹补偿器的优点:补偿量大, 减少固定支架和补偿器数量;运行安全可靠, 可以不设置检查井。

(4) 采用波纹管井室密封。该结构同时不但可以防止井室外水通过套管进入井室内, 而且还可以防止井室内水进入保温层内, 同时可以吸收外套管的位移减少井壁受力。

(5) 采用牺牲阳极阴极保护措施减少外护管腐蚀, 大大延长了蒸汽管道的整体使用寿命。

2 直埋蒸汽管道施工质量控制措施

2.1 材料质量控制与防护措施

钢套钢直埋保温管, 工作管≥DN200采用螺旋焊管 (Q235B材质) , 弯头、三通、变径、固定支座、疏水节、补偿器、井室密封采用成品件, 弯头采用补偿弯头。直埋蒸汽保温管的管材及管路附件符合现行行业标准有关规定, 并应具有产品合格证书。

对生产厂提供的各种规格的管材、管件及保温制品, 抽取不少于一组试件, 进行材质化学成分分析和机械性能检验。进入现场的预制直埋蒸汽管道和管件逐件进行外观检验和电火花检测。

直埋蒸汽保温管、管件及附件在吊装、运输和安装时, 采取保护和防水措施。

2.2 安装质量保证控制措施

施工前应根据工程规模、现场条件和施工图编制施工组织设计, 并绘制排管图。钢套钢直埋保温管安装时, 应保证两个固定支座间的管道中心线成同一直线, 且坡度应符合设计要求, 变径管保持管底平, 固定支架采用抗剪内固定节。

工作管焊接采用氩弧焊打底, 电焊罩面, 管道焊接点进行焊缝比例为100%的射线II级探伤合格;外护管采用对焊、满焊两遍, 对焊缝100%超声波探伤检验, 探伤合格等级为Ⅱ级。工作管的现场接口焊接应采用氩弧焊打底。焊缝应进行100%X射线探伤检查, 焊缝内部质量不得低于现行国家标准《无损检测金属管道熔化焊环向对接接头射线照相检测方法》GB/T12605中的Ⅱ级质量要求。

补偿器安装应与管道保持同轴;直埋补偿器分固定端和非固定端, 固定端与固定节相连, 非固定端与管道相连;补偿器吊装及安装时, 对口或焊接完成后再拆除环向定位板, 若对口前必须拆除, 需保证补偿器内管与外观不出现轴向及纵向的滑动。管道安装时, 必须按冷紧量进行冷紧, 同时做好冷紧记录。

直埋蒸汽管道的施工与验收, 应符合现行行业标准《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ28的有关规定。

2.3 管道保温补口与3PE防腐质量保证措施

预制直埋蒸汽保温管和管件均预留了标准补口 (150~250mm) 的管端, 单纯就补口尺寸、规格和作业方式来说, 管道与管道、管道与管件的补口是一样的。补口位置的补口材料及工艺与工作管相同, 3PE防腐外层为热缩套。补口材料采用超细离心玻璃棉, 四层。每层敷设反射膜, 最外层为纳米反射层。外护钢管焊接完成后, 进行防腐施工, 防腐采用3PE防腐。

保温补口应在工作管道安装完毕, 探伤检验及强度试验合格后进行。补口质量应符合设计要求, 每道补口应有检查记录。补口施工的主要过程为:工作钢管焊接→检验保温层安装→反射层安装→外护钢管焊接和检验→防腐防护层制作。

保温层补口应在沟内无积水、非雨天的条件下进行施工;补口处的保温结构、保温材料等应与直管段相同;当保温层采用软质或半硬质无机保温材料时, 在补口的外护管焊缝部位内侧, 应衬垫耐高温材料。

外护管的现场补口应采用对接焊, 接口焊接应采用氩弧焊打底, 并应进行1 00%超声波探伤检验, 焊缝内部质量不得低于现行国家标准《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》GB11345中的Ⅱ级质量要求;在外护管焊接时, 应对已完成的工作管保温材料采取防护措施以防止焊接烧灼;外护管补口前应对补口段进行预处理, 除锈等级应根据使用的防腐材料确定, 并符合现行国家标准《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第1部分:未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》GB/T8923.1中St3级的要求;补口段预处理完成后, 应及时进行防腐, 防腐等级应与外护管相同为加强级, 防腐材料应与外护管防腐材料一致;防腐层应采用15k V电火花检漏仪检测;外护管接口应在防腐层之前做气密性试验, 试验压力应为0.2M Pa。补口完成后, 应对安装就位的直埋蒸汽管及管件的外护管和防腐层进行检查, 发现损伤, 应进行修补。

3 结束语

通过对以上技术要点的把握以及对蒸汽管道施工质量的控制, 临沂市阳光热力西部供热中心蒸汽管网工程一次试压合格。2015年10月30日正式投产供汽, 至今已安全运行近200天。项目正式运行以来已有1500户板材企业、4万户居民享受到质优价廉的热源服务。实现了临沂市西部板材企业集中供热、治理锅炉大气污染及产业转型升级的多重功能。达到了促进木业产业转型, 达到节能减排的效果。

参考文献

[1]城镇供热管网工程设计规范[S].CJJ34-2010.

蒸汽管道直埋技术 篇4

关键词：直埋蒸汽管道,隔热环,绝热材料,分析

0 引言

据记载显示, 直埋蒸汽保温管道在我国已经应用了二十多年, 随着我国经济的高速发展, 各种基础建设也越来越多, 直埋蒸汽管道的投资范围也越来越广泛。与此同时, 随着直埋蒸汽管道的技术的不断发展和完善, 对绝热材料的技术要求也越来越高。本文分析了有关直埋蒸汽管道隔热环绝热材料的选用, 首先介绍了隔热环的设置、作用和技术要求, 其中具体介绍了隔热环的五个方面的技术要求;其次对隔热环绝热材料的选用进行了分析比较, 并分别介绍了耐高温隔热钢、石棉橡胶、纳米绝热材料和普通石棉板这四种绝热材料的性能和优缺点。

1 有关隔热环的相关特点

1.1 设置和作用

直埋蒸汽管道有一个非常重要的组件, 即隔热环, 其性能与蒸汽管的使用寿命有着重要的关联。隔热环有几种不同的类型, 主要包括垫片型和半环型, 前者是在应用于固定支架上, 后者则是滑动支架。之所以在滑动支架和固定支架中安装一个重要的隔热环, 是因为想要避免钢管的使用寿命受到影响, 如果不装隔热环, 就会形成热通道, 使得外套钢管因温度过高而过度膨胀, 并且还会使防腐层受到影响。

关于隔热环的作用, 主要包括支撑和隔热两个方面。在滑动支架和钢管之间安装一个半环型的隔热环, 能够有效的进行隔热, 同时该隔热环有较强的抗压强度, 能够在多重的重压下仍旧不会变形。这样一来, 便可以使得钢管正常的工作而不会产生钢管移位等问题。而垫片型的隔热环则拥有更强的抗压强度, 以便承受较大的反弹力和内推力, 反弹力是因为钢管工作中由于补偿器受到热膨胀而产生的, 而内推力则是由于管道内压而形成的。

1.2 技术要求

隔热环是直埋蒸汽管道的重要组成部分, 而隔热环本身也有两个重要的指标, 就是其热导率和抗压强度。一方面隔热环的热导率影响着管道的外防腐层的使用寿命, 同时也与管道的保温效果有着重要联系;另一方面, 在管道运行时对隔热环的抗压强度也有较高要求, 影响着蒸汽管道的正常工作。此外, 隔热环还应该具备一定的防水性, 这样可以避免在保温层进水后对隔热环的工作性能产生影响, 而且当隔热环在吸水后其氯离子的渗出应该在一定标准以内, 这样可以避免蒸汽管道被腐蚀。在通过分析和论证之后可以发现, 关于抗压强度的技术要求, 半环型隔热环是大于或等于2Mpa即可, 而垫片型隔热环则是大于或等于5Mpa。关于热导率的要求是越低就越好。由于管道在运行过程中的介质温度有时可能会达到350℃, 所以隔热环也必须具有350℃以上的长期耐温能力。

具体来说, 隔热环的技术要求包括以下几个方面:

(1) 抗水性。所谓抗水性就是需要隔热环能够有憎水的性能, 或者是材料不会汲水, 对于那些容易进水而且又容易沥水的材料, 现在很难满足直埋蒸汽管道的需求。因为材料一旦进水后, 其导热率会大大增加, 从而使得界面温度发生巨变, 导致原本设计好的保温结构遭到破坏, 无法正常的工作。

(2) 绝热性。所谓绝热性是指对隔热环的的导热性能有所要求, 要求材料的导热系数越小越好, 当其导热系数太高时, 就会需要增加材料的外层的厚度, 这样不但会影响防腐层的功能还会加大成本的支出。

(3) 工艺性能。对于隔热环中的绝热材料来说, 生产工艺比较复杂, 质量无法得到保证, 同时在运输途中或者是安装的时候, 容易出现碰撞, 在外部受损后如果没有得到修复就会形成潜在的隐患。因此, 对绝热材料的工艺性能也有一定要求。

(4) 材料的使用寿命。对于绝热材料一般要求其能够耐高温, 尽管一些材料能够耐高温, 但是其持久性却有所欠缺。往往这些绝热材料能够在短时间内耐受高温, 但时间一长其性能就大大降低, 一些材料会出现破裂或是粉化的现象, 一些材料会因为粘接剂失去功效而导致保温结构遭到破坏的现象。这些都表明材料的耐温持久性较差, 材料的使用寿命不能达到要求。

(5) 抗事故性能。一般由于一项工程的完成需要较长的时间, 在此期间管道的保护层可能会遭到损坏, 同时会有安装时遭遇雷雨天气、地下水出现渗透、内管出现漏气等各种事故, 这时就要求绝热材料能够具有相应的抗事故能力, 那么就不会在发现事故时出现工程全线崩溃的现象。

2 隔热环绝热材料选用的分析比较

对于绝热材料的选用, 应该根据具体的材料性能和隔热环的技术要求来选择, 现在绝热材料有很多不同的种类。所谓绝热材料是指在常温下热导率小于0.3W/ (m·K) 的材料, 所以那些大于或等于该标准的材料就不能选用。在比较各种材料的绝热性的时候, 应该在抗压强度和温度相同的情况下进行比较, 否则, 就没有任何意义。尽管现在的绝热材料种类很多, 但是目前主要采用的几种分别是:耐高温隔热钢、石棉橡胶、纳米绝热材料和普通石棉板。

2.1 普通石棉板

对于普通石棉板, 这种绝热材料属于板材, 所以包裹在管道上面的时候很难成型, 而且很难与管道贴合在一起, 此外还比较容易折断。所以这种绝热材料的绝热效果较差, 还会影响滑动支架的牢固性, 缺乏较强的支撑能力。这种绝热材料在前些年的应用较广, 后来由于其较差的绝热性, 使得外钢管在工作中容易温度过高, 支架松动的现象时有发生, 后来其应用逐渐减少。不过, 其价格较为便宜, 所以仍旧有一些地方采用这种绝热材料, 比如一些较小的生产直埋蒸汽管道的企业。

2.2 石棉橡胶

石棉橡胶不同于普通石棉板, 它普遍应用于当前的直埋蒸汽管道行业领域中, 它是利用石棉板和橡胶相结合, 橡胶是能够耐高温的, 而石棉板则是能耐高强度的。在橡胶中添加云母, 可以提高橡胶的耐热性和相应的绝热性能。目前很多大城市的工程项目采用的绝热材料都是石棉橡胶。当然, 这种材料也具有其相应的优点和缺点。关于石棉橡胶的优点, 主要包括成型好, 有较强的耐压强度, 制作较为简单等;而关于石棉橡胶的缺点, 包括石棉不太环保, 含有致癌的物质。此外, 由于石棉导热率较大, 所以在制作隔热环的时候必须增加其厚度, 这样便会使得成本付出有所增加。由于橡胶和石棉板是分别比较耐高温和高强度的, 因此它们的价格也比较昂贵。这样一来隔热环的整体造价就比较高。直埋蒸汽管道的使用年限要求是二十五到三十年, 但是由于橡胶具有耐高温却容易老化的缺陷, 目前还不能确定是否能够达到该使用标准。

2.3 耐高温隔热钢

耐高温隔热钢是一种升级换代产品, 它是针对石棉橡胶而研发的。原材料主要是镁化合物, 是几种材料相互粘合而制成的一种层状结构的材料, 由内而外分别是硅酸铝毯、复合隔热钢、玻璃纤维带。其中中间层是由多种材料复合并采用模具浇注而成。这种材料的绝热效果比较好, 目前在很多城市的工程中得到了应用。对于耐高温隔热钢的优缺点主要有以下几点, 优点包括能抗老化从而使用寿命较长, 有较好的隔热效果和抗压效果, 还比较环保;缺点在于复合隔热钢的生产较为复杂, 由模具浇注制成, 需要花费较长的时间才能完成, 而且还需要进行养护以保证其物理性能能够达标。

2.4 纳米绝热材料

纳米绝热材料是一种绝热性较好的材料, 其自身的纳米填料热导率较小, 另外导热的纳米颗粒面积比较小, 所以总体的绝缘效果非常好。纳米孔硅微粉是一种多孔结构, 这种结构超微细而且细密, 使得气体不易流动, 也就能够具有较低的热导率。

根据传热学的知识可以知道, 介质的尺度小到微纳米级的时候, 导热体就会转换成绝热体, 由于在孔隙之中, 气体是静止的状态, 不能进行布朗运动, 也无法进行导热。几乎所有的气体分子都附在孔壁上, 即使会有个别分子进行运动也会因与孔壁发生碰撞使得热能量减少, 同时孔壁为绝热材料, 导热性非常低。纳米孔硅微粉的孔隙较小, 能够对气体分子的运动起到阻碍作用。

尽管纳米绝热材料是最新研制的绝热材料, 具有隔热效果好的优势, 然而在目前的直埋蒸汽管道生产中还没有应用这种材料, 主要是这种材料的价格相当的高昂, 刚开始时没有厂家选择这种隔热环绝热材料进行生产。对于这种材料的优缺点主要包括以下几方面, 优点包括有良好的绝热效果, 能够耐高温;缺点在于生产工艺较复杂, 生产周期长, 需要花费时间进行养护, 同时, 高强度的纳米绝热材料的价格也是非常之贵。

3 绝热试验

对于以上四种绝热材料, 采取绝热实验, 试样的长度为80cm, 宽度为40cm, 高度为40cm, 把这几种材料放在温度为21-25℃, 相对湿度为45%-55%的条件下, 持续大约二十四个小时。然后把这四种绝热材料放在平板加热器上面, 设定加热温度为350℃, 直到温度达到350℃之后再继续加热三个小时, 最后测量四个样品材料的冷面温度。根据实验测得数据如下:普通石棉板的冷面温度是140℃, 石棉橡胶的冷面温度是110℃、耐高温隔热钢的冷面温度是100℃, 纳米绝热材料的冷面温度是70℃。可以看出, 纳米材料的绝热性是这几种绝热材料中最好的。

4 结语

在以上几种绝热材料中, 纳米绝热材料的性能无疑是最好的, 无论是耐温性能、抗压强性能还是综合的使用寿命, 它都是制作隔热环最好的选择, 然而高昂的造价却是不得不考虑的问题。随着我国绝热材料的技术的不断发展和完善, 在市场中已经形成了生产规模化、性能越来越好、成本越来越低的状况, 无论是性能相对较落后的石棉橡胶、还是发展前景更好的纳米绝热材料, 企业在选择时都应该根据市场的实际情况, 选择性价比更好的绝热材料来使用。总之, 绝热材料是制作隔热环的总要材料, 而隔热环是直埋蒸汽管道非常重要的组件, 所以选择好的绝热材料是工程实施的重要环节。

参考文献

[1]施利毅.纳米材料[M].上海:华东理工大学, 2007:233.

[2]王淮, 杨立新.直埋蒸汽管道技术的探讨[J].煤气与热力, 2003, 23 (5) :290-292.

蒸汽管道直埋转架空段的应力分析 篇5

在工业管道设计中, 应力分析是重点及难点, 弯头、三通等位置的应力超标会导致管道破坏酿成事故。CaesarⅡ是工程设计中应用较多的管道应力分析软件, 它可以对架空或直埋管道、各类支吊架及补偿器等进行建模及应力计算, 帮助解决各类较为复杂的管道应力核算及优化设计问题。

本文将选取供热工程中较为常见的钢套钢蒸汽管道直埋转架空段进行建模分析, 使用CeasarⅡ的土壤模型对直埋部分进行模拟, 使用双线性刚度模型对旋转补偿器进行模拟, 对该管段进行应力分析。

2 案例概述

图1所示为一段DN600蒸汽管道的平面示意图, 虚线和实线部分分别代表直埋和架空部分, 直埋部分管道结构为工作钢管-保温层-外护钢管 (即钢套钢预制保温蒸汽管道) , 架空部分管道结构为工作钢管-保温层-镀锌铁皮外护层。工作钢管材质均为20#钢, 设计压力为2.42MPa, 设计温度为300℃, 直埋管道外护钢管材质为Q235B, 设计温度为50℃, 旋转补偿器工作状态下转矩为63.2k N·m, 管道初始安装温度为20℃, D处出地点管道高差为5m, 直埋管道管顶覆土深度为1.4m, E点管道高差为2.36m。

本次应力分析的目的是校核钢套钢直埋蒸汽管道工作管弯头B、C的应力是否超标, 求出D点的热膨胀位移以及计算固定支架A、F的受力大小。

3 建模及应力计算

3.1 基本数学模型

3.1.1双线性刚度模型

如图2所示, 双线性刚度模型表示了载荷与相应位移的关系, 即在作用力未达到屈服载荷时刚度为K1, 超过屈服载荷时刚度为K2。双线性模型可以模拟弹性-塑性变形过程及静摩擦-动摩擦转换过程所对应的载荷及位移情况, 是土壤约束和旋转补偿器力矩建模的理论基础。

3.1.2 土壤模型

CaesarⅡ软件中土壤模型的理论依据是直埋管道受热伸长时与周围土壤发生弹性-塑性变形过程, 转换的临界点为最大土壤约束, 这是对真实情况土壤约束下载荷-位移曲线的简化模型。

根据实际情况, 软件中的土壤模型参数设置如表1所示。

3.2 蒸汽管道的建模

3.2.1管道的建模要点

图3为管段建模后的管段模型图, 可以看出直埋部分已经被施加了土壤约束。该管段的建模有如下几个要点:

(1) 钢套钢管道关联节点的设置:CeasarⅡ软件中关联节点用Cnode表示, 例如钢套钢直埋蒸汽管道内固定支架处, 工作钢管A点和外护钢管A′点由内固定支架焊接在一起, 软件中工作钢管A的Cnode便需输入A′的节点编号, 以表示他们是连在一起的。

(2) 弯头曲率半径的设置:弯头曲率半径会直接影响到其应力大小, 钢套钢预制直埋蒸汽管道弯头中, 工作钢管弯头为R=3D, 外护钢管弯头为R=1.5D, 而架空管道采用R=1.5D的工作钢管现场进行焊接施工。

(3) 管道出地点的外护管设置:图1中出地点D的蒸汽管道外护钢管需扩大型号, 为工作钢管热伸长提供空间, 扩大管的规格由热伸长长度选取。

3.2.2 旋转补偿器的建模要点 (见图4~6)

旋转补偿器结构如图4所示, 它通过内管和外管的相对旋转来吸收管道的伸长, 内外管之间通过密封填料来接触。旋转补偿器应力分析的核心是转矩的建模, 其在旋转过程中密封填料与内外管之间为动摩擦-静摩擦受力, 因此CaesarⅡ软件中可使用双线性刚度模型来模拟。如图5所示, 内管的G、H点分别与外管的G′、H′点为关联点, 内管和外管之间的重叠部分为G-H与G′-H′段, 为了模拟旋转补偿器的转矩, 需在G和H点设置RY2双线性刚度约束来进行转矩的建模, 使刚度K1为无穷大, K2为无穷小, 转矩按照旋转补偿器产品手册中的工作转矩来取值, 为了更贴近实际情况, 可在G-H段设置产品的重量。建立好的旋转补偿器模型见图6。

3.3 直埋部分简化后的建模

钢套钢直埋蒸汽管道的建模较为繁琐, 因其需要建立外护管并使用埋地模型, 为了简化分析, 将外护管内支撑工作管的滑动支架、阻挡支架及固定支架等效为对应的工作钢管架空支架, 全部按架空管道进行建模并对比应力计算结果。如图7为简化后的模型图, 可见取消了直埋管道外护管以及土壤约束。

4 结果分析

图8所示为工作状态下的旋转补偿器变形图, 深色为变形后的位置示意, 可见直埋管段工作管受热伸长使旋转补偿器发生了角位移 (如表2) 。

表2列出了部分节点的应力计算结果 (节点代号同图1) , 可见B及C处直埋管道工作管弯头在工作状态下的二次应力处于该温度下许用应力的35~40%, 这表示弯头应力符合安全要求。工作管受热伸长, 使D处产生320mm的轴向位移, 推动竖直管道使旋转补偿器发生旋转, 旋转补偿器工作转矩下固定支架的受力如表2中所示。

直埋钢套钢蒸汽管道的工作管是由外护管中的内滑动支架支撑, 因而在伸长过程中轴向受内滑动支架对它的摩擦力, 这与架空蒸汽管道受力的原理一致。表2也列出了将直埋钢套钢蒸汽管道简化为工作管架空进行建模计算的结果, 可见各节点的受力及位移与不简化建模所得出的结果相差无几, 这些细微的差别主要是由于直埋钢套钢蒸汽管道外护管受到土壤约束所导致的, 因此简化建模对应力分析结果影响很小。

5 结论

使用CaesarⅡ软件对蒸汽管道进行应力分析具有简便、直观、可靠的特点。本文利用该软件的土壤模型及双线性刚度模型对直埋钢套钢蒸汽管道转架空段进行了建模分析, 核算了弯头应力并求出了旋转补偿器工作状态下管道热伸长量及固定支架所受的轴向推力。对于直埋钢套钢蒸汽管道, 可将工作管简化为架空管道来计算受力, 这样也可以获得较为准确的受力分析结果。

参考文献

[1]乔正凡.直埋蒸汽管道弯头应力分析与支座设置[J].煤气与热力, 2015, 35 (5) :10~13.

蒸汽管道直埋技术 篇6

1 高温蒸汽直埋管道的结构形式

高温蒸汽管道的直埋敷设技术, 目前国家尚无出台相应规范。近年来, 经过我国广大工程技术人员在工程施工过程中不断摸索和实践, 从直埋蒸汽管道的基础理论和基本构造研究, 在实践中开发出来了不同结构、性能各异的直埋管道产品, 如:塑套钢、钢套钢、钢塑复合;内固定、外固定、内外固定;内滑动、外滑动、导管滑动等;而目前比较成熟的技术可归纳为以下三种形式:

1.1 内滑动外固定。

即工作钢管与保温结构脱开, 工作钢管受热膨胀时, 钢管运动, 发生位移而保温结构层与外套管成一整体结构, 不发生运动。

1.2 内滑动内固定。

即固定端处将工作钢管固定在外套管上, 不用钢筋混凝土结构固定。

1.3 外滑动内固定。

即保温材料和工作钢管紧密结合, 捆绑成个整体, 保温结构和工作钢管在管道热膨胀时同时运动。

2 高温蒸汽直埋管道的保温结构 (保温层)

直埋蒸汽管道的保温结构是技术部分中比较重要的一个环节, 保温效果是高温蒸汽管道直埋的主要指标, 而其保温效果的好坏最终取决于保温结构。如保温材料不耐水煮沸, 进入保温层被蒸汽加热到沸腾后, 将沿管道迅速蔓延, 造成无机保温层材料热软化和有机保温层材料聚氨酯破孔软化, 从而会引起大范围的保温材料破坏, 导热系数急剧增加, 保温性能急剧破坏, 严重时地面会出现冒汽现象。由此可知, 保温材料的防水性能及耐煮沸对高温蒸汽管道直埋敷设的安全性和可靠性有较大的影响, 是保证蒸汽管道安全工作的关键所在。因此, 在蒸汽管道直埋敷设中对保温材料的选择上应注意选择耐煮沸及防水性能较好的材料。

为了保证高温蒸汽直埋管道在运行中的安全性, 保温结构一般采用复合保温结构。内滑动的复合保温结构从里到外依次为:工作钢管、高温防锈层、无机润滑层、空气层、无机隔热层、高温金属反射层、有机保温层、防水防腐外护层。在这种保温复合结构中, 耐高温的无机隔热层将其表面温度控制在外层有机保温材料允许的安全温度以下 (150℃) , 无机润滑层和空气层减少了钢管在热胀冷缩时的摩擦力, 防水防腐的外保护层通常是耐腐蚀、耐压强度高的玻璃钢或钢套管。外滑动式的保温结构, 从里到外依次是:工作钢管、高温防锈层、无机保温层、空气层、防水防腐外护层。防水防腐的外护层一般是钢套管。

3 高温蒸汽管道排潮管的作用及安装

高温蒸汽直埋管道的保温层应设置排潮装置, 排潮管是直埋蒸汽管道不可缺少的一个组成部分。因保温管在生产、运输及安装过程中, 尤其是赶上雨季施工, 不可避免地含有或者会吸收一些潮气甚至少量水分, 这些潮气或水分在管道运行时经管内蒸汽加热就会在保温层间形成蒸汽, 如不及时排除, 会使保温层间压力升高, 很容易发生爆管事故。因此对于不抽真空的保温结构, 必须设置排潮管。排潮管的设置不仅在启动运行阶段发挥重大作用, 而且在正常运行中的作用也不可忽视, 因为正常运行时可以通过排潮管的排潮量大小判断管道是否泄漏。通常情况下, 管道供应厂家把排潮管设于固定墩上, 一个固定墩上设置一个排潮口, 在安装过程中将固定墩的排潮口设于固定墩卡板的同一侧, 以确保每一段管道都能有效排潮。并将排潮口引出地面, 至行人、车辆无障碍处, 以防影响交通或潮气烫伤行人, 同时还应考虑排潮管的防灌 (雨) 水措施。

4 疏水装置的安装

为保证高温蒸汽直埋管道运行的安全, 高温蒸汽直埋管道应设置疏排水, 一般情况下直管段每150~200m范围内应设置疏排水装置, 管道最低点应设置疏水装置。蒸汽直埋管道疏排水通常采用上排水方式, 依靠管道内的蒸汽压力将凝结水排出。通常整套疏水装置设于阀门井内, 阀门井设置在便于操作及检修的地方, 阀门井盖应加锁。阀门井井壁宜高于地面50~100mm, 防止雨水进入。为了防止疏水管根部焊口产生的剪切力造成破坏, 宜将疏水管尽量靠近固定墩安装。排水管应引至副井中冷却后排入雨水系统, 如场地限制不能砌筑副井的, 可以将出水管就近引至雨污水井内排出。

5 外保护结构

目前, 在国内高温蒸汽直埋敷设管道上采用的外保护结构形式主要有三种:高密度聚氯乙烯管外护、玻璃钢外护及钢套管外护。

5.1 高密度聚氯乙烯管外保护。

由于高密度聚氯乙烯管耐温较低, 对温度十分敏感, 其强度随温度变化大, 有资料讲当其80℃时强度仅为常温25℃时的15%, 线膨胀系数大, 随温度变化会造成自身开裂, 使整个保温层防水失效。因此, 不宜应用到高温蒸汽直埋敷设的管道上, 但在热水直埋供热管道上应用较为普遍。

5.2 钢套管外保护。

主要是外滑动的保温结构 (保温层与工作钢管一起相对于外护钢管做同步位移, 工作钢管承受的摩擦力基本上不受土壤压力的影响) 应用较多。

5.3 玻璃钢外保护。

主要是在内滑动保温结构 (工作钢管相对于保护层和保温材料发生位移, 工作钢管承受的摩擦力要受到土壤压力的影响) 中应用较多。钢套管的防腐问题较为重要。首先, 钢套管外护层一般防腐用环氧煤沥清刷涂, 由于与土壤反复摩擦, 不久就失去防腐能力, 造成外护钢管腐蚀破洞。再者, 管系中所有的三通、弯头、固定支座、补偿器及管件全部都装在钢套内, 并和工作钢管焊在一起, 再加上外套钢管大量焊接, 焊接焊口数量极大, 且不能X探伤检查质量。单凭焊工的责任心是难以保证不出问题的, 若有管件及某一处焊缝出问题或某焊口经过一段时间腐蚀出问题, 不是内部介质就是外部地下水就会乘虚而入进入内外钢管之间, 造成整体管道保温失效。钢外套外护型结构散热也大。其保温层2-4米就要做夹环支撑, 此处保温材料导热系数明显大于不做夹环处, 沿管道形成数量很大的热桥泄温点, 对外钢管传导大量的热量, 会加剧外钢管的腐蚀速度, 降低管系的使用寿命。玻璃钢外保护由于耐温能力强、防水防腐性能好、强度高便于施工, 是外护层的理想材料。但由于玻璃钢外护层没有标准规定, 而每个玻璃钢厂家的制作工艺不同, 差异较大, 做出的玻璃钢质量悬殊太大, 因此玻璃钢的质量难以保证。

总之, 根据工程的实际需要, 选择适当的保温层结构, 如防腐措施未过关的情况下, 建议优先考虑选用玻璃钢外护层结构。

6 结束语

通过以上对高温蒸汽直埋管道敷设中几个主要关键技术的探讨, 说明高温蒸汽直埋管道技术较复杂, 需要我们共同努力、不断摸索、不断总结提高, 以使高温蒸汽直埋管道技术趋于完善、成熟。

参考文献

[1]动力管道设计手册编写组.动力管道设计手册[M].北京, 机械工业出版社, 2006.

热网管道的直埋无补偿技术分析 篇7

1热网管道的直埋无补偿技术相关理论研究

在进行直埋热水管道工程设计的过程中应用弹性变形方法, 所谓弹性变形方法指的是将热水管道的弹性变形控制在一定的范围之内, 使热水管道始终处于弹性状态, 直埋无补偿技术主要产生轴向应力, 而轴向应力主要由管道的自身强度所承受。第三强度理论为热网管道的直埋无补偿技术的主要理论基础, 下面对于第三强度理论进行详细的介绍:可以将应力分为一次应力、二次应力以及三次应力, 其中一次应力指的是工作压力的直管中产生的应力, 也可称之为内压环向应力;二次应力也可称之为温度应力, 是由于无法自由释放的热胀冷缩在直管中所产生的应力, 例如由于温度的升高所产生的轴向应力;三次应力也可称之为峰值应力, 主要是由于直管向管件在承受一次应力和二次应力以后释放变形所产生的应力。直埋管线中的二次应力比一次应力大得多, 因此直埋管线中的轴向温度应力对于直埋管件的安全性有非常重要的影响

2直埋热网管道系统

2.1直埋无补偿敷设系统设计。在整个供热工程的过程中都应该贯彻热网管道直埋无补偿敷设系统的设计理念, 主要包括设计保温直管、接头、管件以及阀门等, 要根据运行参数的变化来进行热网管道直管的强度设计, 严格控制一、二、三次应力的变化范围, 只有这样才能保证整个系统安全的运行, 热网管道直管在相应工况条件下会出现循环塑性变形、局部失稳和整体失稳等不良现象, 因此施工人员应通过设置相应的补偿装置进行补偿, 采用强度特性比较好的结构和尺寸来设计热网管道的管件结构, 这样能够最大限度的降低应力, 为了有效的防止管件由于热涨产生变形和转移应当设置一定量的固定墩, 应当综合考虑直管的强度和稳定条件以及连接直管的管件及阀门的强度来设置热网管道系统中的补偿器和补偿弯管。

2.2直埋热网管道系统安装。施工过程中的各个管道是通过焊接的方式进行连接的, 应当通过一级焊缝验收以保证焊接质量, 同时还要保证管道和管件的接头质量, 通过向管道周围填砂来不断的提高摩擦力, 这样能够有效的防止保温层的破坏。

2.3直埋网管道系统的运行。连续运行和间歇运行是供热管道两种主要的运行方式, 温度的频繁变化容易对这两种方式产生影响, 随着温度变化频率的增高, 对于管材造成的损害也逐渐增大。因此应当在直埋热网管道系统的运行过程中尽量避免水温出现变化, 充分的做好供热调节工作。

3供热管道直埋无补偿冷安装

经过多面的研究和实践, 在对供热管道进行直埋敷设的过程中无补偿直埋逐渐替代了补偿直埋, 其中冷安装与预应力安装是无补偿直埋的两种主要安装方式。采用无补偿冷安装方式容易产生较大的轴向应力, 在首次升温的时候容易产生较大的热膨胀量, 但是这种安装方式施工比较简单, 不会产生鱼人和额外补偿器的费用, 具有比较短的施工周期, 因此在热网管道的施工项目中得到了广泛的应用。

在无补偿冷安装的过程中的管道应力决定了无补偿冷安装的安全性, 前面曾经介绍过应力的三种类型, 图1为管道的应力图。

在应力计算的时候主要采用下面的方法, 钢材在计算温度下的基本许用应力要大于一次应力的当量应力;一次应力与二次应力的当量应力变化范围应当控制在钢材在计算温度下的基本许用应力三倍范围之内, 一次应力、二次应力和峰值应力的当量变化幅度应当小于钢材在计算温度下的基本许用应力的三倍。Q235号钢是目前我国供热直埋管道采用的主要材料, Q235号钢的需用应力为125兆帕。要在直埋热网管道的具体施工过程中进行无补偿冷安装, 要同时计算其基本许用应力和锚固段最大允许循环的温度差以及验算和合理设计弯头、变径、三通、折角的应力。

首先计算弯头应力, 在确定弯头臂长的前提下验算弯头应力, 确定管网的驻点和锚固点的位置。其次, 进行变径设计, 由于在直埋无补偿管道中的变径两侧直管道具有不同的应力, 下级管径应力要小于上级管径应力, 会在变径处产生较大的峰值应力, 进而破坏变径。因此在变径的时候应当采用保持、加强或者在靠近变径的大管道上设置固定墩保护。再次, 支线三通应当在靠近锚固点或驻点等主管线热位移少的区域设置, 支线三通可以采取Z型弯的形式。最后是折角设计, 由于路由及安装条件很容易影响管道安装过程, 会造成管道折角的出现。相比于弯头, 折角的应变吸收能力较弱, 但是其应力水平比较高, 因此比较容易产生破坏。

在直埋无补偿冷安装设计以及施工过程中既要按照相应的规程进行强度的设计, 还要通过采取相应的措施来避免整体失稳、局部失稳或者椭圆化现象的出现。首先在管材要求上, 由于供热管道中的保温管通常采用高密度聚乙烯或者耐高温的聚氨酯保温材料预制, 应当保证工作钢管、聚氨酯泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外护管能够紧密连接成一个“三位一体”的结构。然后, 在设计要求上, 在直埋无补偿冷安装施工三通管的设计过程中应当根据不同的管径进行特殊的加固对于大口径直埋管道上通常采用加强板的三通, 这样能够有效的避免预应力集中造成折角处产生低循环疲劳破坏以及局部失稳破坏。最后在焊接机检验要求上, 必须保证现场的焊接工作质量。

4结论

总而言之, 将无补偿直埋敷设方式应用到供热管道施工中能够有效的减少固定支架和补偿器的数量, 进而降低管道的投资成本, 降低事故的发生率。采用冷安装的施工方式能够缩短施工周期, 减少运行过程中管道的漏点, 能够有效的推动我国供热行业的迅速和良性发展, 对于施工过程中的不同情况应当合理的进行无补偿冷安装, 例如对于温度较低的回水管道应当优先选择无补偿冷安装。后续还应单对热网管道的直埋无补偿技术进行更加深入的研究。

参考文献

[1]谢涛.供热工程建设中直埋无补偿冷安装技术探索[J].新材料新装饰, 2014, 32 (3) :56-58.

[2]邹娜.热网管道的直埋无补偿技术[J].科技风, 2013, 26 (13) :32-36.