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直埋高温蒸汽管道附件设计要点
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摘 要：对直埋高温蒸汽管道做了简要介绍，并结合实际工程总结了固定支架、补偿器、疏水装置和排潮管等管道附件的设计要点。
关键词：直埋蒸汽管道； 固定支架；补偿器；排潮管；疏水点
1“钢套钢”蒸汽管道简介
“钢套钢”蒸汽管道就是在内部的工作钢管外再加一个钢套管。工作钢管主要用来输送高温高压蒸汽；外部钢套管既是工作钢管的保护管，也是保温管的保护管，更重要的还是整个蒸汽管道伸、缩固定的主要受力件。内、外管之间是保温材料和空气层。
“钢套钢“直埋式预制蒸汽管道一般适用于输送温度在150～300℃之间，压力小于1.6MPa的蒸汽 。该产品在国外实施的比较早，例如德国在1979年就开始使用【1】。在我国兴起于20世纪90年代。
该产品在技术上解决了埋地管道在防水、防腐、热桥、疏水等方面关键性问题，使蒸汽管道全线处于全密封状态下运行，经过工程实践证明是安全、可靠。并且具有节约占地面积、减少管网占用地下空间位置的特点。
2 工程应用概况
前年中原某钢厂蒸汽管网工程中，采用了直埋“钢套钢”预制蒸汽管道形式。其接市政蒸汽管道的主干线管径为ø 273×7/ø 660×6.4，两个支管分别为ø 219×6/ø 580×5.6和ø 108×4/ø 325×4.8，，分别供冬季采暖和食堂做饭使用。除过河采用架空外，其他均采用“钢套钢” 直埋敷设。本项目凝结水不再回收。
蒸汽管道设计供汽参数为：P=1.1MPa，t=260℃，工程管道总长为350m。
该钢厂 “钢套钢”蒸汽管网运行两年来，未发生任何问题，运行正常。
3 管道附件设计要点
“钢套钢”蒸汽管道附件的设计质量非常重要，它直接影响到蒸汽管道的施工，因此，关键关节必须严格按照规范和规程进行计算和设计。
3.1补偿器的选择
一般在直埋蒸汽管道中，采用波纹管补偿器，但选用时应注意以下两点。
①补偿量不应大于200mm。②要求波纹管补偿器生产厂家根据蒸汽参数进行应力计算，确定波高、波数、波板的层数及波纹管的材料。
目前，波纹管补偿器多采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成。在运行中受拉应力、压应力及各种内应力联合作用下，如果管道内、外部环境中有氯、硫离子，极易受到穿晶应力腐蚀破坏，温度越高，氯、硫离子浓度越大，这种腐蚀破坏速度越快。故补偿器的材质应选用抗氯离子腐蚀材料SUS316L不锈钢【2】。
在沿海地区、防腐条件恶劣环境下，也可考虑选择用直埋式套筒补偿器，因为它耐腐蚀、抗汽水冲击的能力强，价格相对较低，寿命长。目前，国内已经开发出很成熟的直埋式套筒补偿器，具有不需设置检查井、易安装、占地面积小、无泄漏、补偿量大等特点，弥补了传统套筒补偿器的自身不足，显示出明显的优势。
另外波纹管补偿器最好在固定支架左右对称设置，以平衡固定支架受力，同时便于设置疏放水装置。
3.2 固定支架的设计
对固定支架的推力计算，除应考虑固定支架两侧管道补偿器的弹性反力、内压不平衡力及管道与滑动层的摩擦力外，对钢外套的复合保温管还应计算钢外套对固定支架的推力，如按外表面温度最高50℃计算，当工作钢管直径为DN250时，外保护套的直径为DN650时，采用钢外套管的固定支架推力在运行初期可达15000N左右。虽然，采用在钢外套管上设补偿器可减少对固定支架的推力，但由于外套管补偿器的防腐问题目前没有十分可靠的解决办法，从而不能保证管网的寿命。为解决上述问题，对固定支架的设计可采用相对固定的概念。
所谓相对固定，即是内工作钢管固定在外套管上，外套管对于工作钢管视为固定参照物，其内固定带的固定强度结构只计算内钢管的推力Fn 即可。对外钢管来说Fn 为它的内平衡力，复合保温管的整体稳定性由土壤作用在外套管上的被动土压力来平衡。这样，既解决了因地形复杂无法做固定支架的难题，又缩短了施工周期。
3.3 疏水点的设计
由于蒸汽管网运行负荷不稳定，甚至经常有间隙运行工况，在这一段时间内管道内会有凝结水，如不及时排出就会发生水击，严重时会对管网造成破坏。因此，合理设置疏水点是管系安全运行的保障。在疏水点的设计上应注意以下几点：
①尽量沿管网气流方向并根据管系的路由高程将管系做成有坡度设计，即顺流疏水。②如遇到地下障碍多时，管道敷设呈起伏状时，采用多低点疏水。当逆汽流方向疏水时，应加大管道的坡度。③ 疏水点的形式由于管系运行时存在反复的热膨胀和收缩，会对疏水管根部焊口产生剪应力，产生疲劳，容易破坏。为避免这种情况发生，疏水点应尽量设在固定墩附近，或疏水点与固定墩作为一体。
3.4 三通、阀门、大小头设计
三通、阀门、大小头等管件在整个管系中是应力集中点，在工程设计中应通过分析管子的应力分布状况，尽量把这些管件布置在轴向、径向位移量相对较小的地方，即应靠近固定支架。
在选择阀门时，要考虑阀门承受内压及轴向力的能力，不选择铸铁阀门。总之，在管道附件设计中，固定墩采用内固定支架替代外固定支墩，既减少了由于外固定支墩需要做庞大的混凝土工作量问题，又很好解决了外固定支墩的防腐问题。疏水点、三通、阀门、大小头、排潮管等管道附件都应尽量靠近固定墩。
3.5 排潮管的设计
排潮管是直埋蒸汽管道不可缺少的重要组成部分，因为保温管在工厂生产、运输及安装过程中不可避免地含有或者会吸收一些潮气甚至少量水分，若不及时排除出去，开启暖线时很容易发生爆管事故。排潮管在每段封闭的管段之间宜设一至二个，排潮管不但有排潮的功能，还可以通过观察其排出的汽量来确定管段的渗泄情况。排潮管应引到地面上，行人车辆不易碰到的地方。排潮管管口要向下弯，以免雨雪由排潮管口进入管道保温层。
4 结语
高温直埋蒸汽管道工程是相关多专业的一项系统工程，但高温直埋蒸汽管网中管件的选择与设计至关重要，更是工程成败的关键。高温直埋蒸汽管道的补偿器、固定支架、疏水点、排潮管等管件应有设计院统一设计，然后由专业生产厂家预制，既保证质量、又简化施工。高温直埋蒸汽管道敷设技术虽然在我国推行10多年，积累了一定得经验，但还有诸多问题尚未解决，需要深入研究和实践。
参考文献：
[1]动力管道设计手册.动力管道设计手册[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]石美峰.浅论直埋蒸汽管道技术与施工[J].建筑工程,2008,(2). 来源: 《建筑中文网》.
关键词：直埋蒸汽管道； 固定支架；补偿器；排潮管；疏水点
1“钢套钢”蒸汽管道简介
“钢套钢”蒸汽管道就是在内部的工作钢管外再加一个钢套管。工作钢管主要用来输送高温高压蒸汽；外部钢套管既是工作钢管的保护管，也是保温管的保护管，更重要的还是整个蒸汽管道伸、缩固定的主要受力件。内、外管之间是保温材料和空气层。
“钢套钢“直埋式预制蒸汽管道一般适用于输送温度在150～300℃之间，压力小于1.6MPa的蒸汽 。该产品在国外实施的比较早，例如德国在1979年就开始使用【1】。在我国兴起于20世纪90年代。
该产品在技术上解决了埋地管道在防水、防腐、热桥、疏水等方面关键性问题，使蒸汽管道全线处于全密封状态下运行，经过工程实践证明是安全、可靠。并且具有节约占地面积、减少管网占用地下空间位置的特点。
2 工程应用概况
前年中原某钢厂蒸汽管网工程中，采用了直埋“钢套钢”预制蒸汽管道形式。其接市政蒸汽管道的主干线管径为ø 273×7/ø 660×6.4，两个支管分别为ø 219×6/ø 580×5.6和ø 108×4/ø 325×4.8，，分别供冬季采暖和食堂做饭使用。除过河采用架空外，其他均采用“钢套钢” 直埋敷设。本项目凝结水不再回收。
蒸汽管道设计供汽参数为：P=1.1MPa，t=260℃，工程管道总长为350m。
该钢厂 “钢套钢”蒸汽管网运行两年来，未发生任何问题，运行正常。
3 管道附件设计要点
“钢套钢”蒸汽管道附件的设计质量非常重要，它直接影响到蒸汽管道的施工，因此，关键关节必须严格按照规范和规程进行计算和设计。
3.1补偿器的选择
一般在直埋蒸汽管道中，采用波纹管补偿器，但选用时应注意以下两点。
①补偿量不应大于200mm。②要求波纹管补偿器生产厂家根据蒸汽参数进行应力计算，确定波高、波数、波板的层数及波纹管的材料。
目前，波纹管补偿器多采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成。在运行中受拉应力、压应力及各种内应力联合作用下，如果管道内、外部环境中有氯、硫离子，极易受到穿晶应力腐蚀破坏，温度越高，氯、硫离子浓度越大，这种腐蚀破坏速度越快。故补偿器的材质应选用抗氯离子腐蚀材料SUS316L不锈钢【2】。
在沿海地区、防腐条件恶劣环境下，也可考虑选择用直埋式套筒补偿器，因为它耐腐蚀、抗汽水冲击的能力强，价格相对较低，寿命长。目前，国内已经开发出很成熟的直埋式套筒补偿器，具有不需设置检查井、易安装、占地面积小、无泄漏、补偿量大等特点，弥补了传统套筒补偿器的自身不足，显示出明显的优势。
另外波纹管补偿器最好在固定支架左右对称设置，以平衡固定支架受力，同时便于设置疏放水装置。
3.2 固定支架的设计
对固定支架的推力计算，除应考虑固定支架两侧管道补偿器的弹性反力、内压不平衡力及管道与滑动层的摩擦力外，对钢外套的复合保温管还应计算钢外套对固定支架的推力，如按外表面温度最高50℃计算，当工作钢管直径为DN250时，外保护套的直径为DN650时，采用钢外套管的固定支架推力在运行初期可达15000N左右。虽然，采用在钢外套管上设补偿器可减少对固定支架的推力，但由于外套管补偿器的防腐问题目前没有十分可靠的解决办法，从而不能保证管网的寿命。为解决上述问题，对固定支架的设计可采用相对固定的概念。
所谓相对固定，即是内工作钢管固定在外套管上，外套管对于工作钢管视为固定参照物，其内固定带的固定强度结构只计算内钢管的推力Fn 即可。对外钢管来说Fn 为它的内平衡力，复合保温管的整体稳定性由土壤作用在外套管上的被动土压力来平衡。这样，既解决了因地形复杂无法做固定支架的难题，又缩短了施工周期。
3.3 疏水点的设计
由于蒸汽管网运行负荷不稳定，甚至经常有间隙运行工况，在这一段时间内管道内会有凝结水，如不及时排出就会发生水击，严重时会对管网造成破坏。因此，合理设置疏水点是管系安全运行的保障。在疏水点的设计上应注意以下几点：
①尽量沿管网气流方向并根据管系的路由高程将管系做成有坡度设计，即顺流疏水。②如遇到地下障碍多时，管道敷设呈起伏状时，采用多低点疏水。当逆汽流方向疏水时，应加大管道的坡度。③ 疏水点的形式由于管系运行时存在反复的热膨胀和收缩，会对疏水管根部焊口产生剪应力，产生疲劳，容易破坏。为避免这种情况发生，疏水点应尽量设在固定墩附近，或疏水点与固定墩作为一体。
3.4 三通、阀门、大小头设计
三通、阀门、大小头等管件在整个管系中是应力集中点，在工程设计中应通过分析管子的应力分布状况，尽量把这些管件布置在轴向、径向位移量相对较小的地方，即应靠近固定支架。
在选择阀门时，要考虑阀门承受内压及轴向力的能力，不选择铸铁阀门。总之，在管道附件设计中，固定墩采用内固定支架替代外固定支墩，既减少了由于外固定支墩需要做庞大的混凝土工作量问题，又很好解决了外固定支墩的防腐问题。疏水点、三通、阀门、大小头、排潮管等管道附件都应尽量靠近固定墩。
3.5 排潮管的设计
排潮管是直埋蒸汽管道不可缺少的重要组成部分，因为保温管在工厂生产、运输及安装过程中不可避免地含有或者会吸收一些潮气甚至少量水分，若不及时排除出去，开启暖线时很容易发生爆管事故。排潮管在每段封闭的管段之间宜设一至二个，排潮管不但有排潮的功能，还可以通过观察其排出的汽量来确定管段的渗泄情况。排潮管应引到地面上，行人车辆不易碰到的地方。排潮管管口要向下弯，以免雨雪由排潮管口进入管道保温层。
4 结语
高温直埋蒸汽管道工程是相关多专业的一项系统工程，但高温直埋蒸汽管网中管件的选择与设计至关重要，更是工程成败的关键。高温直埋蒸汽管道的补偿器、固定支架、疏水点、排潮管等管件应有设计院统一设计，然后由专业生产厂家预制，既保证质量、又简化施工。高温直埋蒸汽管道敷设技术虽然在我国推行10多年，积累了一定得经验，但还有诸多问题尚未解决，需要深入研究和实践。
参考文献：
[1]动力管道设计手册.动力管道设计手册[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]石美峰.浅论直埋蒸汽管道技术与施工[J].建筑工程,2008,(2). 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200909/13435.htm
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