淺談鋼套鋼地埋蒸汽管的設(shè)計(jì)

摘要】：蒸汽管道的安裝與布置，管道由于熱應(yīng)力而使用的熱補(bǔ)償?shù)男问?，疏水閥組即疏水器的的安裝布置原則，支吊架的放置以及在蒸汽管道的設(shè)計(jì)中需要考慮的套管變形，保溫及水擊現(xiàn)象等問題的處理解決辦法。     【關(guān)鍵字】：壓力管道；蒸汽管道；蒸汽管道安裝；疏水器；支吊架；水擊現(xiàn)象     前言：蒸汽管道在輕工行業(yè)中用途廣泛，不僅可以作為熱源用于加熱，保溫，還可以用于為原料消毒殺菌。蒸汽管道作為壓力管道，在設(shè)計(jì)上要遵循壓力管道設(shè)計(jì)原則，同時(shí)，由于蒸汽的特殊性，在管道設(shè)計(jì)上還要考慮到冷凝水的排放，疏水閥組的放置。    1、蒸汽管道布置原則   蒸汽管道布置應(yīng)考慮熱負(fù)荷分布、熱源位置、與各種地上、地下管道及構(gòu)筑物等多種因素。蒸汽管道敷設(shè)方式一般采用地上敷設(shè)（架空）和地下敷設(shè)（地溝），采用地上敷設(shè)方式時(shí)，在設(shè)計(jì)中一定要注意美觀，與周圍建筑物要協(xié)調(diào)一致，一般工業(yè)廠區(qū)多采用地上架空方式敷設(shè)，此種方式造價(jià)相對較低。由于城市環(huán)境的要求，在城市熱網(wǎng)中逐步采用直埋敷設(shè)。  

淺談鋼套鋼地埋蒸汽管的設(shè)計(jì)

 2、蒸汽管道安裝   2.1 勘測放線   施工單位與建設(shè)單位工程技術(shù)人員要嚴(yán)格按照施工圖紙進(jìn)行測量放線，打好管線走向的重要點(diǎn)。轉(zhuǎn)角點(diǎn)需注明角度及切線長。若管道沿線遇到地下隱蔽工程時(shí)，放線應(yīng)在交叉范圍兩端作出明顯標(biāo)記。    2.2 鋼管檢驗(yàn)   鋼管的質(zhì)量直接影響管道使用壽命，在施工中要求鋼管表面不得有裂紋、腐蝕、結(jié)疤和凹痕等缺陷，鋼管和管件須具備出場質(zhì)量證明書等技術(shù)資料，各種技術(shù)指標(biāo)必須符合管道行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定（如力學(xué)性能、化學(xué)成分、強(qiáng)度、韌性等）。    2.3 管道安裝   經(jīng)過管線走向勘測、鋼管檢驗(yàn)等工作后，可以進(jìn)行管道的安裝。由于蒸汽管道有架空敷設(shè)方式和地埋敷設(shè)方式之分，所以施工方法不同。架空敷設(shè)時(shí)，管道安裝完畢，在進(jìn)行保溫施工前，須對管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)。對于長距離的蒸汽管道可做分段試壓。試壓前，在管路zui高點(diǎn)安裝放空閥，在zui低點(diǎn)安裝疏水閥。試壓壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，在試壓時(shí)，試壓表計(jì)須校驗(yàn)，其精度不得低于1.5倍，    表的滿刻度值應(yīng)為被測zui大壓力的1.5~2倍，壓力表不得少于兩塊。地埋敷設(shè)與架空敷設(shè)不同在于，在安裝管道時(shí)要在外套管做排潮管。進(jìn)行完水壓試驗(yàn)后須做氣密性試驗(yàn)，氣密性試驗(yàn)壓力為0.4MPa。    2.4 管道的熱補(bǔ)償   為使管道在工作狀態(tài)下穩(wěn)定、安全運(yùn)行，工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對管道因受熱時(shí)的熱伸長量進(jìn)行補(bǔ)償，減小管線因溫度變化而產(chǎn)生的冷熱應(yīng)力；避免因應(yīng)力集中對管線造成破壞；防止事故發(fā)生。管道熱補(bǔ)償?shù)姆绞接泻芏喾N，可以安裝補(bǔ)償器，也可利用蒸汽管線走向的各種彎折（如L型、Z型等）進(jìn)行自然補(bǔ)償，由此減少補(bǔ)償器的數(shù)量，從而降低蒸汽管道的工程造價(jià)。    2.5 支吊架的安裝   蒸汽管道敷設(shè)時(shí)每隔一定距離需要設(shè)置一支撐點(diǎn)，以支撐管道、附件、保溫層及管道中的水重，并承受管道作用力。支吊架分為固定支架、導(dǎo)向支架、活動支架、彈簧支吊架等形式。在實(shí)際工程施工中，當(dāng)需要減少支架水平尾翼的摩擦力時(shí)，可采用滾動支架。彈簧支吊架用于垂直位移的支撐點(diǎn)，當(dāng)有水平位移時(shí)，彈簧支架應(yīng)加裝滾柱。在設(shè)計(jì)安裝時(shí)應(yīng)對固定支架做推力和應(yīng)力驗(yàn)算。    2.6 疏水器的安裝   在蒸汽管道上必須設(shè)置疏水器，其作用是自動防止蒸汽泄露而且迅速排除用熱設(shè)備及管道中的冷凝水，保持蒸汽干燥，提高蒸汽利用效率。蒸汽管道疏水器設(shè)置位置：1、管道的zui低點(diǎn)；2、被閥門切斷的各管段zui低點(diǎn)；3、垂直升高前的管段zui低點(diǎn)。一般順坡情況下每隔400~500米，逆坡時(shí)每隔200~300米設(shè)置啟動疏水和經(jīng)常疏水裝置。  

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 3、常見問題及解決辦法   3.1 鋼套管的橢圓化變形   直埋蒸汽管道中鋼套管橢圓化變形帶來的麻煩和解決方法，根據(jù)材料力學(xué)理論，常規(guī)壁厚的鋼管當(dāng)直徑超700mm，會因橢圓效應(yīng)產(chǎn)生橢圓變形，使得力學(xué)計(jì)算復(fù)雜化。當(dāng)介質(zhì)溫度超過300℃，一般DN>400 mm的工作管，鋼套管直徑就有可能超過700mm，鋼套管橢圓變形就會產(chǎn)生。埋地鋼套管橢圓化變形主要與兩個(gè)因素有關(guān)：A、鋼套管上面作用的垂直荷載，包括隨埋深增加而加大的土壤荷載和隨埋深增大而減小的車輛等活荷載；B、鋼管的截面參數(shù)，在相同的垂直荷載作用下，鋼管半徑越大，隨圓化變形越大，管壁越厚，橢圓化變形越小。鋼套管橢圓化變形，如超過一定限值，會造成局部失穩(wěn)破壞，即使沒有達(dá)到失穩(wěn)破壞程度，如果預(yù)留縫隙與計(jì)算變形不符，滑動支架變形、卡腿、斷腿必定會發(fā)生，造成管道系統(tǒng)破壞。為了控制因橢圓化變形造成管道破壞，在進(jìn)行外滑動鋼套結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)、生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范，認(rèn)真計(jì)算，將隨圓化變形率控制在3%以內(nèi)，同時(shí)，滑動支架與鋼管內(nèi)壁間隙應(yīng)與之適應(yīng)。       3.2 保溫及細(xì)節(jié)處理   保溫材料如何*包縛在工作鋼管上，是有著嚴(yán)格技術(shù)措施的，需要采用特殊的防腐蝕鋼材帶包縛保溫材料，間距也有具體要求。如果簡單地用細(xì)鉛絲或塑料帶包縛保溫材料。在高濕熱條件下，經(jīng)過一段時(shí)間的鉛絲銹斷，塑料帶老化，造成保溫材料脫落，保溫結(jié)構(gòu)破壞。    內(nèi)工作鋼管保溫層外表面與鋼套管內(nèi)壁的間距尺寸并不隨意，而是將這個(gè)空間作為輻射傳熱的保溫層，空間不能產(chǎn)生流動氣流。國外是抽真空達(dá)到防止產(chǎn)生氣流，國內(nèi)由于條件所限，采用抽真空措施，暫時(shí)還難以實(shí)現(xiàn)。但預(yù)留的空氣層厚度不能隨意，一般不大于20 mm，以防止空氣對流產(chǎn)生，提高隔熱效果。某些節(jié)點(diǎn)處理也存在不安全性和檢修難。如將波紋補(bǔ)償器安裝在外鋼套管內(nèi)，一旦破壞，如何確定位置、如何檢修均尚沒有明確、成熟的方法，其它像國內(nèi)固定支架、疏水裝置等同樣存在上述問題。    3.3 水擊現(xiàn)象及避免措施   蒸汽管線停送氣時(shí)，有時(shí)能聽到“咣咣”的聲音，這就是水擊現(xiàn)象。水擊現(xiàn)象是介質(zhì)流動狀態(tài)忽然改變，管內(nèi)流體棟梁發(fā)生變化而產(chǎn)生的壓力瞬變過程，是管內(nèi)不穩(wěn)定流動所引起的一種特殊震蕩現(xiàn)象。它使蒸汽管道的使用壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐晒艿?、閥門等設(shè)備的破裂損壞。所以在蒸汽管道設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作過程中要盡可能避免發(fā)生水擊。一般可通過以下方法避免和減輕水擊對蒸汽管道的影響。    ①在管道設(shè)計(jì)安裝時(shí)，必須是管道具有足夠的坡度，并盡可能保持汽、水同向流動。    ②在停送汽時(shí)，延緩閥門的調(diào)節(jié)時(shí)間，使管內(nèi)流體的流速變化很小，減少管內(nèi)流體的不穩(wěn)定流動。    ③ 合理的管路設(shè)計(jì)也是避免水擊發(fā)生的有效措施。

  4、結(jié)束語   良好的蒸汽管道設(shè)計(jì)保證了蒸汽管道的安裝質(zhì)量，附件的選擇、支架和補(bǔ)償器的選擇必須經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)計(jì)算，在補(bǔ)償器安裝時(shí)，要做預(yù)拉伸，只有如此才能保證管道安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。蒸汽管道安裝技術(shù)比較復(fù)雜，熱補(bǔ)償器的類型也有多種，需要在實(shí)際設(shè)計(jì)中根據(jù)具體情況合理選擇使用，本文只是淺顯的對蒸汽管道相關(guān)問題做了論述，仍有很多問題尚未解決，需要在不斷的學(xué)習(xí)實(shí)踐中進(jìn)一步完善。