淺談直埋蒸汽管道暖管過程異常工況的原因及對策

李佳楠

（中冀石化工程設(shè)計股份有限公司吉林分公司，吉林 吉林 132002）

0 引言

在城市化建設(shè)背景下，蒸汽管網(wǎng)建設(shè)范圍擴(kuò)大，同時大部分管線以埋地的方式設(shè)置。但一些區(qū)域地下管線混雜，使管線的維護(hù)難度提高，無法保證維護(hù)工作的順利進(jìn)行；同時，管網(wǎng)的壓力及溫度比較高，產(chǎn)生的應(yīng)力比較大，管線受到破壞之后會產(chǎn)生較多的問題。因此，需要對直埋蒸汽管道暖管中的異常情況進(jìn)行分析，采取有效措施來控制，使管道能夠保持良好的狀態(tài)。

1 蒸汽直埋管道的設(shè)計內(nèi)容

1.1 蒸汽管道的應(yīng)力計算

蒸汽直埋管道的設(shè)計需要使用相應(yīng)的計算軟件，結(jié)合管道的應(yīng)力情況來計算。布置管道的過程中，可使用彎頭來實現(xiàn)自然補(bǔ)償，可使管道的設(shè)計效果加強(qiáng)，同時能夠降低管道的造價。

1.2 蒸汽管道的保溫設(shè)計

蒸汽管道直埋敷設(shè)技術(shù)應(yīng)用時間比較久，保溫管可使蒸汽管道在地下長期運(yùn)行，還可保證保溫管的保溫功能，避免能源浪費(fèi)。以往的直埋蒸汽管道使用保溫結(jié)構(gòu)為塑套鋼的保溫管，目前已從玻璃鋼保護(hù)層保溫管道發(fā)展成為了鋼套鋼保溫管，經(jīng)過長時間對蒸汽管道直埋敷設(shè)技術(shù)的研究及改善，結(jié)合目前的使用需求，可使用硅酸鋁棉氈+硅酸鎂瓦塊+聚氨脂發(fā)泡的材料，使其具有良好的保溫作用。

其中，硅酸鎂瓦塊材料，其導(dǎo)熱系數(shù)小于0.042 W/m·k，密度為200±5 kg/ m3，抗壓強(qiáng)度大于0.5 MPa，抗折強(qiáng)度大于0.36 MPa，使用溫度-40～800 ℃。

硅酸鋁棉氈導(dǎo)熱系數(shù)小于0.051 W/m·k，密度為90 kg/m3，使用溫度為 -40～1 000 ℃。

聚氨酯發(fā)泡的導(dǎo)熱系數(shù)小于0.035 W/m·k，密度為50 kg/ m3，最高使用溫度為120 ℃。此外，還包括鋼管材料以及玻璃絲布、環(huán)氧煤瀝青漆構(gòu)成的保護(hù)層。

1.3 疏水節(jié)點的設(shè)計處理

疏水節(jié)點作為蒸汽直埋管道施工的重要部分，占據(jù)比例小，在架空管道及直埋管道的設(shè)計中，如果沒有將疏水節(jié)點處理好，會導(dǎo)致蒸汽管道停氣檢修。蒸汽直埋管道產(chǎn)生問題時，會涉及到其他地下管線的安全性。直埋蒸汽管道的疏水點設(shè)置方式與架空管道相同，一般位于固定點及管道翻高之前。疏水時，借助蒸汽壓力來進(jìn)行施工，可使用疏水器來達(dá)到疏水的作用，在裝置設(shè)計的時候使用內(nèi)插法，使管道插入蒸汽管道集水管中，可使施工的效率提高，簡化施工的流程[1]。

1.4 鋼套管的防腐層設(shè)計

鋼套管保溫管的使用可使直埋蒸汽管道整體性能加強(qiáng)，但也存在一定的缺陷：外套鋼管的防腐情況受到了關(guān)注。鋼套管的防腐層影響著管道的壽命，防腐層的材料具有多樣性，使用相應(yīng)的材料進(jìn)行涂刷，通過這樣的方式可形成保護(hù)層，耐溫性也可得到提升。在這樣的條件下，即使鋼套管的外表溫度達(dá)到了100 ℃，防腐層也不會被影響[2]。蒸汽直埋管道運(yùn)行中期鋼套管溫度升高，需要對其防腐層性能提升，使其具有更好的防腐性，避免長期使用產(chǎn)生老化，對管道的壽命造成影響。通過使用有效的材料可使性能加強(qiáng)，避免管道受損。當(dāng)前防腐層使用的材料得到了更新，這使耐溫性顯著加強(qiáng)，保證了使用的效果，但是成本比較高。

2 直埋蒸汽管道安裝施工措施

2.1 材料驗收管理

材料應(yīng)符合質(zhì)量要求，有相應(yīng)的證明書，其中管材、閥門以及補(bǔ)償器等生產(chǎn)廠商應(yīng)獲得壓力管道元件制造許可。直埋蒸汽管道的保溫層厚度應(yīng)要求大于架空管，不應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)厚度來進(jìn)行計算。如果結(jié)合經(jīng)濟(jì)厚度進(jìn)行計算，保溫厚度比較薄、管道外表面的溫度比較高，對植被及設(shè)施的外防腐層都會產(chǎn)生影響。需要對保溫層厚度進(jìn)行分析，參考其情況進(jìn)行驗收。一般埋地蒸汽管網(wǎng)的管徑比較粗，應(yīng)保證管材具有相同的內(nèi)徑，仔細(xì)檢查管端的圓度，避免因圓度不足導(dǎo)致對口無法平齊的情況。當(dāng)外護(hù)管的焊接余高及錯邊量等超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍的時候，會使外防腐層質(zhì)量受到影響，難以保證防腐的實際效果。

2.2 焊接過程控制

直埋蒸汽管道焊接施工需要考慮到天氣情況帶來的影響，了解天氣因素的影響結(jié)果。當(dāng)遇到惡劣天氣時，應(yīng)采取有效的防護(hù)措施來進(jìn)行焊接施工。直埋蒸汽管道焊接直管段時，應(yīng)保證接頭對直，不應(yīng)在接頭位置產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，同時避免使用焊縫兩側(cè)加熱延伸管道長度、夾焊金屬填充物等方式來進(jìn)行焊接施工。在管道補(bǔ)償器安裝施工中，需要對施工進(jìn)行控制，使其質(zhì)量符合要求。補(bǔ)償器包括波紋管補(bǔ)償器、旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器以及“Π型”補(bǔ)償器等類型。安裝旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器時，需要控制好施工操作[3]。首先，補(bǔ)償器應(yīng)與管道之間保持同心，在靠近補(bǔ)償器的兩端應(yīng)有一個導(dǎo)向支座，使其在運(yùn)行中能夠自由伸縮，加焊限位裝置，避免管道側(cè)向位移過大，安裝之后應(yīng)保證各壓蓋螺栓都得到一致擰緊，使施工效果符合要求。安裝“Π型”補(bǔ)償器時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙內(nèi)容來預(yù)拉伸處理，還需進(jìn)行復(fù)測，外護(hù)管應(yīng)按照芯管預(yù)定的膨脹伸長方向偏心安裝，使芯管的自由度符合要求，確保安裝施工的效果。安裝軸向波紋管補(bǔ)償器時，應(yīng)保證補(bǔ)償器與管道之間同軸，避免運(yùn)行中補(bǔ)償器產(chǎn)生扭曲變化而被破壞。對有流向標(biāo)記的補(bǔ)償器進(jìn)行安裝的過程中，需要使流向標(biāo)記與管道蒸汽流向一致。補(bǔ)償量比較大，壓力比較小，使用壽命長，在熱應(yīng)力補(bǔ)償完成之后，可使管道處于無應(yīng)力的狀態(tài)，因此這種補(bǔ)償器的選擇方式在熱網(wǎng)工程中應(yīng)用比較廣泛。

3 蒸汽直埋管道的運(yùn)行要求

進(jìn)行暖管沖管操作前，應(yīng)將試驗過程留下的水被排除，避免暖管時間過長影響操作的效果，防止沖擊問題的產(chǎn)生。可借助空氣壓縮泵進(jìn)行處理，將其中的水壓出。暖管的時候，應(yīng)使蒸汽壓力逐漸提高，并且結(jié)合疏水系統(tǒng)的使用特點來將管中留下的水排去，可使蒸汽直埋管道的運(yùn)行更加穩(wěn)定。采用這樣的方式使其在疏水旁通管壓出，在水基本排除干凈之后冒氣再升壓[4]。在該過程中，應(yīng)從前到后進(jìn)行處理，使暖管環(huán)節(jié)規(guī)范完成，保證施工質(zhì)量。為了避免產(chǎn)生水擊的情況，需要對疏水器進(jìn)行調(diào)整，由于疏水器失靈會導(dǎo)致該問題，當(dāng)產(chǎn)生了水擊情況的時候，沖擊力比較大，會對蒸汽管道產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在管道中設(shè)置的補(bǔ)償器及鋼套管難以承受沖擊力的影響，不利于管道的穩(wěn)定運(yùn)行。在這樣的情況下，需要重視對管道運(yùn)行情況的關(guān)注，避免使管道體系受到影響，當(dāng)管道受到了損壞，修復(fù)的難度比較高，應(yīng)加強(qiáng)對管道的管理，對疏水的情況進(jìn)行檢查。同時，應(yīng)避免下雨過程中積水的產(chǎn)生引起的倒灌進(jìn)入管道中的情況，通過對管道情況的關(guān)注，落實管理工作，可使管道得到有效的保護(hù)，進(jìn)而加強(qiáng)其使用效果。

4 暖管異常工況及原因

4.1 異常工況

例如，在一次蒸汽直埋管道暖管施工過程中，排潮管排出了大量的汽水混合物，管道沿線局部位置有滲出。應(yīng)先選擇開挖點，在開挖之后發(fā)現(xiàn)工作管與外護(hù)管之間的絕熱層中間進(jìn)水，幾處外護(hù)管接口漏焊，其中一處波紋管補(bǔ)償器外殼有砂眼漏氣，部分波紋管補(bǔ)償器的外殼兩端存在變形的問題，臺肩位置的焊口開裂。

4.2 原因

分析異常問題的原因，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存放、安裝等環(huán)節(jié)存在問題的時候，可能的原因包括直埋蒸汽管道現(xiàn)場存放條件不佳、外護(hù)管接口漏焊，導(dǎo)致工作管及外護(hù)管間的絕熱層進(jìn)水。暖管升壓速度比較快，會使管子、管件損壞。直埋蒸汽管道絕熱層中有大量的水，會使暖管過程中絕熱材料的熱導(dǎo)率提升。水分蒸發(fā)之后，使外護(hù)管的溫度升高，這種情況下溫度會超出外護(hù)管的設(shè)計溫度，外護(hù)管的軸向應(yīng)力會變大，這使波紋管補(bǔ)償器外殼的臺肩部位產(chǎn)生破壞的情況。

5 解決對策

當(dāng)前外護(hù)管的固定支座屬于全封閉形式的結(jié)構(gòu)，在嚴(yán)密性測試中可發(fā)揮有效的作用。在試驗過程中，將排潮管作為接入位置，并且進(jìn)行嚴(yán)密性檢測，找到存在問題的部分。在實際施工中，需要對壓力進(jìn)行合理控制，使施工順利進(jìn)行。針對波紋管補(bǔ)償器，需要進(jìn)行開挖處理，完成修復(fù)之后做好更換工作，可使用變徑管來取代波紋管補(bǔ)償器外部的結(jié)構(gòu)，有效避免應(yīng)力帶來的影響，有效加強(qiáng)施工的質(zhì)量，使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，發(fā)揮出管道的作用[5]。暖管可采用低溫烘烤的方式，排除絕熱層中的潮濕氣體及積水。暖管的時候可按照以下順序進(jìn)行操作：在蒸汽壓力0.1 MPa的條件下，穩(wěn)壓暖管30 min；對波紋管補(bǔ)償器的外殼臺肩位置的改造暖管過程進(jìn)行檢查，當(dāng)沒有異常情況的時候，可將蒸汽逐步升壓，并且穩(wěn)壓暖管1 h；在沒有異常的時候，蒸汽壓力可提升到工作壓力水平。

結(jié)合異常情況的分析，應(yīng)避免直埋蒸汽管道在現(xiàn)場存放及安裝等環(huán)節(jié)產(chǎn)生絕熱層進(jìn)水的問題。當(dāng)有少量進(jìn)水情況的時候，需要在安裝前采取低溫烘烤的方式將絕熱層的水分排除。直埋蒸汽管件生產(chǎn)企業(yè)需要考慮到不利工況，加強(qiáng)設(shè)計的效果，針對管件的應(yīng)力集中點需要采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防，避免對其造成影響。工程各參與單位需要按照要求開展工作，加強(qiáng)管理，使施工質(zhì)量得到保障，同時應(yīng)落實責(zé)任，使人員能夠有效完成工作，為施工的進(jìn)行提供支持，進(jìn)而避免異常問題造成不良影響。

6 結(jié)語

在直埋蒸汽管道施工中，暖管作為其中的重要環(huán)節(jié)，異常工況會對施工的進(jìn)行及質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，需要對直埋蒸汽管道暖管進(jìn)行控制，結(jié)合問題分析其原因，使問題得到有效的解決，為施工的進(jìn)行帶來幫助。直埋蒸汽管道需按照要求來開展施工，根據(jù)實際情況采取有效的手段來進(jìn)行操作，可避免異常問題的產(chǎn)生，為施工提供支持，進(jìn)而使施工的效果達(dá)到要求，有效提高工程施工質(zhì)量，發(fā)揮出管道的作用。