供熱直埋管道技術(shù)研究

摘 要:本文主要闡述供熱直埋保溫管的發(fā)展歷史，結(jié)構(gòu)，性能，直埋保溫管與地溝敷設(shè)的對(duì)比，以及供熱直埋管道的絕熱保溫技術(shù)。

關(guān)鍵詞:供熱直埋管發(fā)展絕熱保溫研究

中圖分類(lèi)號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)05(b)-0007-01

1 直埋敷設(shè)技術(shù)概述

直埋敷設(shè)是將管道直接埋設(shè)在土壤里的敷設(shè)方式。在熱水供熱管網(wǎng)中，無(wú)溝敷設(shè)在國(guó)內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用。

1.1 直埋管道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

供熱管道直埋結(jié)構(gòu)由供熱管道、保溫層和保護(hù)外殼三部分緊密結(jié)合在一起，形成整體式的預(yù)制保溫管結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)“管中管”。保溫層材料多采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其優(yōu)點(diǎn)是密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫性能好、吸水性小、機(jī)械強(qiáng)度較高。缺點(diǎn)是耐熱溫度不高。根據(jù)現(xiàn)行《高密度聚乙烯外護(hù)管聚氨酯泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管》(CJ/T114-2000)的要求:密度為60～80kg/m3，熱導(dǎo)率λ≤0.027W/(m·℃)，抗壓強(qiáng)度p≥200kPa，吸水性g≤0.3kg/m2，耐熱溫度不超過(guò)120℃。保護(hù)外殼多采用高密度聚乙烯硬質(zhì)塑料管，其特點(diǎn)是力學(xué)性能較高，耐磨損，抗沖擊性能較好，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有良好的耐腐蝕性和抗老化性能，可焊接且便于施工。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):高密度聚乙烯外殼的密度≥9400kg/m3，抗拉強(qiáng)度≥20MPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥350%。另外，玻璃鋼也是一種常見(jiàn)的管中管保護(hù)外殼，其優(yōu)點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度較高，耐蝕性能好，造價(jià)低，缺點(diǎn)是抗老化性能不如高密度聚乙烯。

1.2 有補(bǔ)償直埋敷設(shè)

有補(bǔ)償直埋敷設(shè)分為有固定點(diǎn)和無(wú)固定點(diǎn)兩種方式。當(dāng)管道溫度過(guò)高或難以找到熱源預(yù)熱或不適于大面積敞開(kāi)預(yù)熱時(shí)，則可采用有補(bǔ)償直埋方式。

1.2.1 有固定點(diǎn)直埋敷設(shè)

在補(bǔ)償器兩側(cè)設(shè)置固定點(diǎn)，補(bǔ)償器到固定點(diǎn)的間距不得超過(guò)管道最大安裝長(zhǎng)度，固定點(diǎn)所承受的水平推力為土壤對(duì)管道保護(hù)層的摩擦力。設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到由于土壤條件變化而造成的摩擦系數(shù)的變化。施工時(shí)，還要特別注意確保設(shè)計(jì)計(jì)算的熱膨脹位移在運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)，在管網(wǎng)中采用固定支架來(lái)控制膨脹位移。

1.2.2 無(wú)固定點(diǎn)直埋敷設(shè)

對(duì)于無(wú)固定點(diǎn)有補(bǔ)償?shù)闹甭穹笤O(shè)，首先應(yīng)在管網(wǎng)平面布置及縱剖面上校核兩個(gè)直管段是否超過(guò)最大安裝長(zhǎng)度Lmax的2倍。若L≤2Lmax，則需校核直管段兩自由末端的自然彎管是否能吸收掉直管段的實(shí)際熱伸長(zhǎng)量;如果直管段長(zhǎng)度L>2Lmax，則還需在L管段上設(shè)置補(bǔ)償器，直到所有不帶任何補(bǔ)償器的直管段長(zhǎng)度均不超過(guò)2Lmax為止。另外，只有在管段兩端同為同一類(lèi)型補(bǔ)償器或補(bǔ)償段時(shí)，直管上才可不設(shè)固定墩。有補(bǔ)償直埋附設(shè)可以及時(shí)回填管槽，且運(yùn)行安全，因此，被廣泛應(yīng)用于高溫?zé)崴芫W(wǎng)的地下敷設(shè)。采用有補(bǔ)償直埋敷設(shè)的方法，宜選用“L”型、“乙”型、方形補(bǔ)償器，并在這些補(bǔ)償器部位做局部管溝;也可選用波紋補(bǔ)償器、套管補(bǔ)償器，將其置于檢查井內(nèi)，以便于檢修。

例如，施工段地處鬧市區(qū)，地下各種管線縱橫錯(cuò)亂，供熱管網(wǎng)室外主干線全部采用直埋敷設(shè)，兼顧了社會(huì)效益和環(huán)境效益。同時(shí)，熱水管道熱補(bǔ)償選用了“Ω”型1.0MPa級(jí)直埋型波紋管補(bǔ)償器，直管段不設(shè)固定墩，為無(wú)固定點(diǎn)直埋敷設(shè)。熱水管道保溫采用聚氨酯保溫，外殼首次采用5mm厚高密度聚乙烯硬質(zhì)塑料管保護(hù)。據(jù)廠家試驗(yàn)，氰聚塑保溫管的使用壽命在15年以上，“管中管”保溫管的使用壽命是35年～50年。

2 供熱直埋保溫管的結(jié)構(gòu)和性能

預(yù)制直埋保溫管由鋼管、保溫層和保護(hù)層3部分組成。

2.1 鋼管

鋼管是輸送熱媒的管道，采用無(wú)縫鋼管或焊接鋼管。

2.2 保溫層

保溫層采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫，防水防腐，抗壓強(qiáng)度也高，吸水率很低，是熱力管道的最優(yōu)良保溫材料。

2.3 保護(hù)層

保護(hù)層是在保溫層外面的套管，用以防止地下水的浸蝕。它采用高密度聚乙烯制成，其表面硬度大，抗壓、抗拉和抗沖擊強(qiáng)度都較大，不透水，耐酸、耐堿、耐腐蝕性能好。

預(yù)制直埋保溫管是一種整體性結(jié)構(gòu)，它將鋼管、防腐層、保溫層和保護(hù)層緊密地連接在一起，因而保溫防腐性能優(yōu)良，使用壽命長(zhǎng)，是一種很好的熱力保溫管。

3 供熱直埋保溫管與地溝敷設(shè)的對(duì)比

3.1 防水耐腐蝕，使用年限長(zhǎng)

管道腐蝕主要是因地下水浸入管道表面引起的。在我國(guó)由于地溝施工質(zhì)量的問(wèn)題，都不同程度地存在滲漏。預(yù)制保溫管的結(jié)構(gòu)除了達(dá)到保溫功能以外，還能滿足防水、耐腐蝕和承受直埋應(yīng)力的要求。現(xiàn)國(guó)內(nèi)普遍采用的預(yù)制保溫管都能達(dá)到上述要求。

3.2 預(yù)制直埋保溫管的費(fèi)用與施工周期

預(yù)制直埋保溫管的材料成本和加工費(fèi)用是比較高的，而直埋敷設(shè)可省去砌筑地溝及大量的拆遷費(fèi)用，特別是在城市道路中，地下管網(wǎng)較多，沒(méi)有更多的地方可占用，因此在城市中使用直埋敷設(shè)更加有益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，直埋供熱管道的土方開(kāi)挖量要比地溝的土方減少50%土建砌筑，混凝土量減少約90%，因此施工周期可大大縮短。施工周期的縮短，對(duì)于城市的道路施工更為有利，因?yàn)榈缆返拈_(kāi)挖會(huì)影響城市道路，妨礙城市居民的生活和工作。

4 供熱直埋管道的絕熱保溫技術(shù)

4.1 直埋管道的絕熱保溫結(jié)構(gòu)

4.1.1 對(duì)直埋管道及絕熱材料的要求

對(duì)直埋管道絕熱材料，除了類(lèi)似于地面設(shè)備、管道對(duì)絕熱材料的常規(guī)要求外，對(duì)絕熱材料的防水性、強(qiáng)度及整體性有更嚴(yán)格的要求。

(1)要有一定的強(qiáng)度，能承受覆蓋土壤及其頂面可能出現(xiàn)的靜、動(dòng)荷載。

(2)要嚴(yán)密無(wú)縫，有可靠的防水、防腐性能，保證管道長(zhǎng)期運(yùn)行安全可靠。

(3)地下絕熱安裝作業(yè)比較困難，要求便于預(yù)制和安裝。

4.1.2 直埋管絕熱結(jié)構(gòu)的形式

(1)輸送中低溫介質(zhì)的管道。輸送常溫至150℃介質(zhì)的管道，一般采用泡沫塑料做絕熱層。低于100℃多采用聚氰脲酸酯硬質(zhì)泡沫;100～150℃都用耐高溫的硬質(zhì)泡沫塑料。外保護(hù)層均采用有機(jī)材料，如高密度聚乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂或不飽和聚酯玻璃鋼等。為防止鋼管腐蝕，有時(shí)在鋼管表面設(shè)一層防腐層，防腐層普遍采用有機(jī)防腐涂層，也有用高密度聚乙烯防腐層。這樣管道外為防腐層、絕熱層、外護(hù)層3層結(jié)構(gòu)。

(2)輸送高溫介質(zhì)的管道。有機(jī)絕熱材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低，吸水率小，比壓強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是直埋管道絕熱的理想材料，但一般耐溫較低(不超過(guò)150℃)不能直接用于高溫管道絕熱。無(wú)機(jī)絕熱材料則具有耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，但吸水率大。如將這類(lèi)材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，組成無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合絕熱結(jié)構(gòu)，則可以獲得耐溫高，絕熱效率高和防水的理想效果。

4.2 發(fā)展中不斷采用新技術(shù)

采用真空系統(tǒng)，直埋蒸汽管道采用抽真空系統(tǒng)，能使管道表面熱損失降低和表面溫度降低。建立在線產(chǎn)品檢測(cè)裝置及管道泄漏報(bào)警系統(tǒng)。生產(chǎn)直埋管道時(shí)，應(yīng)配備在線檢測(cè)聚氨酯泡沫保溫層密度均勻性的測(cè)試裝置;同時(shí)建立整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使任何原因造成的泄漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并可準(zhǔn)確定位，以便維修工作的順利進(jìn)行，確保熱網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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