直埋蒸汽管道的設計要點探討

朱彥

中國航空工業成都飛機公司 四川成都 610091

隨著我國深入推進經濟社會發展，生態文明建設工作日益凸顯，企業也逐步重視對廠區環境的治理。為了打造公園式綠色工廠，某些企業逐步對原有架空蒸汽管道實行了下地改造。針對蒸汽管道直埋技術我國進行了深入研究，并且取得了一定成效，而我們通過分析蒸汽管道直埋技術方法，則可以將其中一些科學依據提供給我國蒸汽管道節能技術的發展中[1]。

1 直埋蒸汽管道的概述

在直埋蒸汽管道中，主要由保溫層、工質管、內層、外鋼管、有機保溫層等部門組成。其中，在內層方面主要是針對工質管伸縮運行時對保溫層產生的摩擦作用進行處理，具有一定延伸性、回彈性，可以包括在外層，可以在路面振動方面對工質管造成的影響予以降低。而工質管則是用于工作的鋼管，主要是傳輸各種介質。保溫層結構的制作材料是質地較硬的保溫瓦塊，在內層之外發揮支撐作用。有機保溫層則是針對主保溫和外鋼管之間利用聚氨酯發泡層進行固定和結合，通常采用40毫米以下的厚度，這種聚氨酯材料通常可以耐受150攝氏度以上的高溫。而外鋼管則主要發揮防護、負載、防腐等作用，有效降低內鋼管產生的摩擦力。在現階段對蒸汽直埋管道的應用中，主要采用了內滑動型和外滑動型兩種結構類型。

1.1 內滑動型

在內滑動型結構的應用過程中，通常是采用無機類保溫材料包裹在工作鋼管外層，通過這種方式可以顯著提升保溫管道的耐溫性，并且這種材料自身可以承受極高的溫度，可以有效降低外壁溫度，保證將溫度控制在聚氨酯材料可以承受的溫度范圍內，選擇聚氨酯發泡包裹在其外部，并利用外管套包裹進一步提升防水性，在這一保溫結構設計中，將聚氨酯材料的保溫性能優勢充分發揮了出來，并對其粘結力強、抗壓能力強等特點加以利用，形成了復合保溫管道[2]。

1.2 外滑動型

在應用外滑動型管道過程中，管溝防水性能容易受到影響，因此采用支架設置在了外管內部，讓外部的鋼外管套與工作鋼管、相應保溫材料之間產生滑動，這種外滑動現象也就構成了鋼管溝構造。

2 蒸汽管道直埋技術

在蒸汽直埋管道應用中，危險性較高，針對溫度高于250攝氏度、壓力高于1.0MPa的管道尤為顯著，具有高溫性、高壓性，遠超過熱水管道，在熱水管道中溫度通常不會超過150攝氏度，而壓力更是低于1.3MPa。因此，針對蒸汽管道直埋工程質量信息，需要采用設計和計算的方式進行獲取。

2.1 保溫和熱力計算

首先，計算保溫層厚度，針對直埋蒸汽管道，需要按照相關原理進行實際的計算，通常需要對無內熱源穩態一維圓筒導熱方面相關原理加以運用，將能量守恒定律作為原則，表述出保溫層中任意半徑位置對應的溫度數值，通常利用微積分表達式進行表示。在實際工程計算過程中通常會對管道外表面溫度tw進行確定，利用t1表示工作鋼管半徑rt的對應溫度，公式為tw=33.4+0.028（t1-50），利用這個公式可以對外表面溫度進行計算，從而對邊界條件予以確定。之后，使用傅里葉定律、積分等方式推導熱流量，結合相關公式對保溫層的溫度進行聯合計算。這個過程中涉及到了十分復雜的計算。針對相應的公式，相關工作人員對一定應用程序進行編寫用于解答這些公式，便于后續計算工作，之后借助保溫管道適當調整表面溫度，并對保溫層厚度進行調整，并結合相關公式有效控制散熱損失。

其次，管道降溫，部分蒸汽管道只負責較短的輸送距離，在流速選擇過程中通常也清楚掌握了流量數值。并且，在實際計算過程中并不需要對溫降、管道沿途壓力損失等予以考慮，計算過程中只需要將蒸汽管道直徑作為依據。在針對蒸汽管道壓力損失進行計算時，需要對其密度變化予以考慮并對其蒸汽平均密度進行確定，對熱損失、溫降、平均密度等予以進一步計算[3]。

2.2 管道敷設

首先，工作鋼管的設計，在鋼套結構中工作鋼管位于保溫層中間位置，通常為了保證工作鋼管可以自由延伸會設置一層耐磨減阻層，保證在一定膨脹狀態小阻力也在可以承受范圍內，從而可以穩定運行。同時，在兩個鋼管之間可以借助導向支架保持鋼管同心，保證工作鋼管運行狀態維持正常。針對直管段的推力可以采用相關公式進行計算，計算出的推力屬于固定節，之后就可以實現對工作鋼管整體強度的計算了。在對彎管進行設計時需要進行固定節的設置，選擇距離彎頭較近的位置作為固定節設置位置，同時，可以采用同一公式對固定節推力進行計算。在驗算強度過程中需要對壓力產生的應力進行計算設計，在這一過程中需要保證在管道不利點中，合成應力低于許用應力，并在一定溫度下計算出許用應力。鋼管的保護設計，保護鋼管與土壤之間緊密貼合在一起，具有一定保護作用。因此需要對防腐措施、防護處理等方面予以加強，在實際設計過程中可以向管道周圍添加150mm的沙，從而保證實現具有持久防護性能的防腐層，并且不容易破損。同時，針對土壤、管道之間，對一定摩擦系數予以保證，從而便于后續計算管道的摩擦力。另外，在保護鋼管上方還需要設置鋼筋混凝土，從而實現良好的固定作用。還有，需要對溫度因素予以考慮，就是指保護鋼管的溫度，通常包括28攝氏度和50攝氏度。所以，需要對其進行充分的利用，對鋼管進行熱補償，采取一次性補償，無補償等方式處理[4]。

3 結語

在當前工程使用中逐漸廣泛應用了直埋敷設熱力管道，發揮了較為顯著的應用優勢。在我國工程技術發展過程中逐漸頒布和實施了相關技術規程，將相關技術體系規程、規范等提供給了蒸汽管道直埋敷設技術。如果要對工程質量予以保證并實現直埋蒸汽管道敷設質量的提升，需要根據具體情況進行保溫結構設計，從而提高工程運行的可靠性。