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直埋蒸汽管道的這兩種保溫

發布時間:2020/08/11
直埋蒸汽管道的這兩種保溫

      我國蒸汽管道直埋敷設技術始于 20 世紀 90 年代,目前技術已趨于成熟,并在不斷完善和提高,但多年來業內關于直埋蒸汽管道外滑動式和內滑動式兩種保溫結構爭論不斷。本文對直埋蒸汽管道的這兩種保溫結構進行探討。

1 外滑動式和內滑動式保溫結構

外滑動式指直埋敷設蒸汽工作鋼管外包保溫材料,主要是玻璃棉氈(殼)(以下簡稱玻璃棉),也可以是硅酸鋁棉氈、微孔硅酸鈣瓦,保溫層外設外護管(鋼管或玻璃鋼管)。一段蒸汽管的兩端各設 1 只內固定支座,用于固定外護管與工作管。這段蒸汽工作管連帶外包保溫材料一起在外護管中,可前后滑動。內滑動式保溫結構是微孔酸鈣瓦和聚氨酯泡沫組合(簡稱瓦-泡組合),瓦-泡組合與外護管粘結成一體,工作管在瓦-泡組合與外護管砌成的“隧道”中前后滑動。上述兩種保溫結構同時問世,之后各地廣泛使用,20 世紀末敷設的熱網仍有部分在服役,也就是說在正常情況下,這兩種保溫結構都可以使用。早年關于微孔硅酸鈣瓦不耐磨損、遇水會變成糨糊的議論已銷聲匿跡,實際工作中反而發現在發生過泄漏的保溫管中玻璃棉或聚氨酯泡沫變成了糨糊。這兩種保溫結構各有特點,性能有明顯差異,用戶應當根據具體條件進行綜合的經濟技術比較,然后做出正確的選擇。

2 保溫管散熱量比較

以工作鋼管規格為 D720×10、外護鋼管規格為 D1220×10 的直埋敷設蒸汽管道為例,分別采用內滑動式和外滑動式兩種保溫結構,對保溫管散熱量進行計算。

技術參數:蒸汽溫度為 300 ℃,環境土壤溫度為 20 ℃,土壤熱導率為 1.4 W/(m?K),工作鋼管中至地表面的距離為 1.5 m。

本文保溫管散熱量計算過程中忽略工作鋼管、隔熱石墨潤滑層、鋁箔反射層以及、外護管的熱阻,則內滑動式保溫結構(由內到外)可以簡化為:工作管—微孔硅酸鈣瓦—聚氨酯泡沫—外護管;外滑動式保溫結構(由內到外)可以簡化為:工作管—微孔硅酸鈣瓦或璃棉—空氣夾層-外護管。

3 結果比較及原因分析

一直以來業界都認為在保溫夾層厚度相等條件下,玻璃棉外滑動式保溫效果比內滑動式保溫效果好,這與上述結論相悖。原因是廠家產品樣本中是按玻璃棉充滿保溫夾層計算的,而按照目前的玻璃棉外滑動式保溫管結構,管道支架露在保溫材料外面,滑動支架外才是外套管,玻璃棉無法充滿保溫夾層,工藝間隙(即空氣夾層)必然存在,而且工藝間隙厚度又存在著隨機性和不確定性。這使得編制產品樣本時,得到準確數據的難度大,而假設玻璃棉充滿保溫夾層計算工作量要小得多,這樣就產生了玻璃棉外滑動式比內滑動式保溫效果好的錯覺。內滑動式保溫管根據工作鋼管管徑大小在工作鋼管外環向包覆 2~6 塊微孔硅酸鈣瓦,在軸向則一根管上多有 20 塊微孔硅酸鈣瓦,發泡過程中瓦塊與外套間相互壓緊。聚氨酯泡沫固化后,保溫層成為一個整體,泡沫又與外套管粘牢,保溫管整體性良好。外滑動式保溫管由于每根管道要設兩只支架,管道軸線方向保溫層在支架處出現斷層,仍對上述玻璃棉外滑動式保溫管的例子計算,如果工作鋼管與外套管之間沒有保溫材料,則散熱損失約為玻璃棉完好狀況下熱損失的 5 倍。即在每組支架前后因保溫斷層,會形成明顯的熱橋。管道支架均為鋼質材料,是優良的熱導體,其熱導率高達 48 W/(m?K),是玻璃棉導熱能力的 800~900 倍,盡管動足腦筋阻止散熱,支架仍然是個不可忽略的熱橋。

此外,由于外滑動式保溫管的保溫材料與工作鋼管等長且隨鋼管移動,采用波紋補償器的管道,每條補償管段軸向有 150~200 mm 的伸縮,這無疑給外滑動式保溫管保持保溫層連續增加了難度。至于微孔硅酸鈣瓦外滑動式保溫管,由于微孔硅酸鈣瓦在溫度升高時收縮,使得瓦間環向縫隙引發的熱橋效應更強烈。在玻璃棉外滑動式保溫管加工和運行過程中,如果玻璃棉與外套管發生鉤掛,玻璃棉會遭到撕扯,造成保溫材料局部缺失,產生更為嚴重的熱橋。此外,隨著時間推移,玻璃棉保溫能力明顯衰減是個無需爭論的事實。

4 防范直埋敷設蒸汽管道災害的技術措施與架空敷設蒸汽管道比較,直埋敷設管道需要面對的問題更多,排除故障的難度更大,管道設計、制造、施工、監理和運行管理五個環節的工作質量與管道穩定都有密切關系。選擇合適、合格、負責任的合作單位對保證管道使用至關重要,用低價中標的規則選擇合作單位往往因小失大,后患無窮,這是業主和業主上級單位應當總結和思考的重要問題。

① 直埋敷設蒸汽管道可能發生的危害種類

a.與外套管有關的危害種類:外套鋼管有沙眼、重皮、裂縫;外套鋼管之間組對有漏焊;被重載車壓裂;不均勻沉降引起開裂;外套鋼管腐蝕穿孔;端封破壞;熱應力引發外套管自身破壞;排潮管引入雨水、地下水等。

b.與工作管有關的危害種類:管子或管件上有沙眼、重皮、裂縫、漏焊、損傷;未拆補償器定位、限位裝置;水擊;波紋補償器波紋管破裂;汽流沖刷;腐蝕。

c.管子或管件在運輸、儲存和安裝過程中遭水浸泡,保溫夾層進水。

② 防范措施

a.管道質量與原材料和產品標準有關,與價格有關,與產品廠家有關,想防范因此引起的熱網事故完全可以做到。

b.設置補償隔斷節。對多年的事故統計分析,補償器和疏水節的出事概率較高,有壓蒸汽對保溫層造成的損害嚴重。應該對補償器、疏水節泄漏加以防范。2009 年開發了用來保護管道保溫材料的補償隔斷節。補償隔斷節將補償器、疏水節與保溫層通過隔板隔開,一旦波紋管破裂,隔板可有效阻止蒸汽竄入管道的保溫層中,可以將蒸汽泄漏的影響區域局限在 3~5 m 范圍內。如果發生泄漏,通過配置信號管,可迅速找到泄漏點。

c.堅持熱網系統氣密性試驗,對于保證熱網投產之前不存在外漏隱患,是個很有效的措施。

d.熱網水壓試驗可以排除包括沙眼、微小裂縫之類在工作管上的隱患。工作管上如果有較大的孔、洞、縫,做水壓試驗時將使熱網保溫層中注入大量水,使熱網保溫層遭到損害。處理不當,還可能引起次生的外套管熱應力破壞,損失更嚴重。為防范意外,在做水壓試驗之前,應對工作管先進行氣壓試驗。氣壓試驗通過后,再進行水壓試驗。 


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