鋼套鋼直埋蒸汽保溫管道施工工藝分析

◎王東良

在“鋼套鋼”直埋蒸汽保溫管道施工中，由于供熱管道的“鋼套鋼”導(dǎo)向支架可以讓工作管與外護管發(fā)生相對滑動，使傳統(tǒng)施工方法得以創(chuàng)新，產(chǎn)生導(dǎo)向支架保溫管的新式施工方法，這就是外護管滑動法。這項先進技術(shù)不僅可以明顯改善外護管防滲質(zhì)量，還能夠顯著提升施工進度，其社會效益與經(jīng)濟效益十分可觀。

一、工藝原理

這里的“鋼套鋼”管道，指的是由內(nèi)工作鋼管，加上內(nèi)外護鋼管，以及鋼管防腐、保溫層組合而成的一種管道，外護管的作用是保護工作管能夠運行正常。其支架型式包括三種，分別是滑動支架、固定支架和導(dǎo)向支架，具體須按管道的設(shè)置位置與用途加以選擇。在彎頭、折角連接等位置上，通常需要用導(dǎo)向支架。導(dǎo)向支架的作用是對工作鋼管相當于外保護層鋼管的移動空間作出限制，保證工作鋼管不發(fā)生徑向位移，而只沿管道軸向進行伸縮。圖1 給出了導(dǎo)向支架與“鋼套鋼”導(dǎo)向支架保溫管的詳圖?！颁撎卒摗碑斨型庾o管組對的傳統(tǒng)焊法是，加工一段鋼管，要求與外護管尺寸管徑相等、規(guī)格一致，然后沿管道軸向切割，做成尺寸同樣的兩半，切口處做坡口處理，再與安好的外護管相應(yīng)組對進行焊接?；瑒油庾o管施工法，由于“鋼套鋼”導(dǎo)向支架中，其工作管可以與外護管發(fā)生相對滑動，滑動外護管安裝時的組對焊接，可以比傳統(tǒng)施工方法減少超過1/3 的焊接工作量。在“鋼套鋼”導(dǎo)向支架保溫管預(yù)制時，工作管一端需要長出外護管200mm～300mm，而且要做臨時支撐。焊好工作管后，要采用X 射線對焊縫做探傷檢測，檢測合格后，焊口處還要做保溫防腐處理，將臨時支撐拆除后，借助手拉葫蘆等機具實現(xiàn)與滑動外護管之間的組對焊口。

圖1 導(dǎo)向支架及“鋼套鋼”導(dǎo)向支架保溫管示意

二、施工工藝流程及操作要點

1.施工工藝流程。

施工的具體流程為：通過放線將管溝定位并開挖→完成溝底砂墊層的鋪設(shè)→完成管道結(jié)構(gòu)的預(yù)制、并按設(shè)計要求布管→“鋼套鋼”管道的埋設(shè)安裝→安裝后的管溝回填→對整個管網(wǎng)系統(tǒng)做試壓并吹掃→管網(wǎng)系統(tǒng)試運行。

2.操作要點。

（1）管溝定位放線開挖。

管溝定位由測量人員按設(shè)計圖紙要求，再與施工現(xiàn)場的地形結(jié)合，放線定位出管溝。遇到管線需要改變方向處，要設(shè)置轉(zhuǎn)角樁，而變坡點位置則打水平樁。無論是轉(zhuǎn)角樁還是水平樁，均要求載地牢固，測量準確，并設(shè)置明顯的載樁標志。管溝挖深達到一定數(shù)值后，為了控制開挖的管溝尺寸，需要設(shè)置打腰樁或者是斜度板。開挖期間應(yīng)校核管溝的中線、橫斷面、高程，尺寸要求準確，標高要與設(shè)計要求相符，溝內(nèi)不得存在積水、雜物，轉(zhuǎn)角處要滿足要求，不允許超挖或者是二次開挖。

（2）砂墊層的鋪設(shè)。

若管溝底部存在松軟地基，需要夯實溝底或采用混凝土澆筑一個100mm 厚的墊層。溝底存在重濕隱性土層時，需要以碎石鋪墊并做夯實處理；溝底若存在巖石層，則要以砂土層至少鋪墊200mm 厚。

（3）預(yù)制管道與布管。

“鋼套鋼”預(yù)制保溫管道屬于一種組合管道，故而在運輸、安裝時需要保證方向的正確性，為標志方向，同時也為了使“鋼套鋼”保溫管道吊裝方便，需要在管道正上方焊吊耳。管道進入施工現(xiàn)場前，需要在計算機上對現(xiàn)場管道做出模擬排列布置，并將管道焊口依次編號，還要編繪布管簡圖，管道進場時直接按圖排放。將管道、管件按運輸、現(xiàn)場工況與施工條件焊接成預(yù)制管組。吊裝時，為了不損壞管道需要選擇專用吊具。

（4）安裝“鋼套鋼”管道。

管口做坡口→完成工作管的組對焊接→以X 射線對工作管焊口做檢測→充水試壓（分段）→拆掉臨時支撐→為焊口做防腐保溫處理→設(shè)置滑動外護管→完成外護管的組對焊接→采用超聲波對外護管做檢測→對焊口做防腐處理。

安裝期間需要注意：1）檢驗鋼管質(zhì)量時，需要按設(shè)計要求檢測壁厚、管徑還有材質(zhì)，并對其平直度做矯正，管口與坡口按要求加工整修。2）焊接時，選擇氬弧焊打底，電弧焊夾層、蓋面法。3）為了確保焊縫不會發(fā)生泄漏，要求以X 射線對工作管焊接質(zhì)量做100%探傷。4）分段按設(shè)計要求展開強度試驗與嚴密性試驗。5）將在工作管與外護管間設(shè)置的臨時支撐拆除，讓管道能在運行期間處于可自由移動狀態(tài)。6）對焊口做完保溫處理后，使用白鐵皮（要求厚0.3mm、寬100mm）在外護管焊口處做一個保護層，避免保溫層在外護管修口、焊接時受到損壞。7）將需組對的外護管用吊車吊起來，使其滑動管道稍稍離開地面，再通過手拉葫蘆對外護管進行調(diào)整完成組對焊接。8）對焊口與預(yù)留部位做防腐處理。

（5）回填管溝。

對管溝做土方回填施工時，需要分層夯實，管底、兩側(cè)還有管頂上方的200mm 內(nèi)的塊石或硬物直徑最大可為100mm，腔體處的回填土至少達到95%密實度，管頂與結(jié)構(gòu)頂上方500mm 內(nèi)回填土至少達到85%密實度，別的地方直接按原狀回填即可。管道接頭處的工作坑的分層回填可以水撼砂法做撼實處理。為了確保管道的完好性，管頂500mm 以內(nèi)的夯實需要采用輕夯法。

（6）整個管網(wǎng)系統(tǒng)的試壓。

管網(wǎng)系統(tǒng)完成后，需要展開水壓試驗，試壓期間升壓一定要緩慢。壓力接近要求壓力值時，需要穩(wěn)壓10min 仔細觀察，確定管網(wǎng)未出現(xiàn)異常時，再降壓到嚴密性試驗的要求壓力值，并保壓30min 仔細觀察，確定管身不存在破損，也沒有漏水現(xiàn)象，而且壓力表指針未見任何變化，可認定本次系統(tǒng)試壓過關(guān)。接下來要即刻吹掃整個管網(wǎng)系統(tǒng)，將殘留在管道內(nèi)的銹質(zhì)、熔渣，各種污物徹底清除。暖管的試壓至少要在試運行4h 前完成，試壓要分階段完成，升溫到某設(shè)定值后，均要保持一段時間的恒狀態(tài)溫，好讓保溫層內(nèi)留存的水分可順利、充分的沿排潮口排出來，暖管期間會集結(jié)很多凝結(jié)水，因此需要將疏水裝置開啟，將集水排凈。

（7）管網(wǎng)系統(tǒng)試運行。

在管網(wǎng)系統(tǒng)試運行前，必須確保整個系統(tǒng)中所有設(shè)備、設(shè)施、儀表、閥門的功能完好，疏水暢通；覆土層沒有塌陷，井室沒有積水、沒有雜物，且井蓋完好，排潮管暢通。試運行前要求先緩慢、平穩(wěn)的暖管，先把疏水閥打開，緩慢的將供汽閥門打開。以0.1MPa 蒸汽壓暖管30min，仔細檢查管道、閥門、管件有沒有異常，必要時停止暖管，將問題解決后，再重新暖管；一切正常后，將蒸汽壓提升至0.2MPa，持續(xù)暖管1h。暖管時要求管內(nèi)蒸汽溫度不超過150℃，暖管時長以排潮管停止排汽為準。暖管期間，如果排潮管始終大量排汽，且經(jīng)過24h 后仍未見減少，需要停止暖管，查找泄漏點，等到處理好后再次暖管。暖管完成后，將蒸汽壓提至0.4MPa，并保持1h，確定一切正常后，將蒸汽壓再次提升到0.6MPa，同樣保持1h。若完全正常，可將疏水閥關(guān)閉，按設(shè)計要求調(diào)整供汽參數(shù)并開始72h 的連續(xù)運行。

三、工程實例

1.基本情況。

青東礦區(qū)供汽系統(tǒng)進行改造，需要670 米Φ273×8/Φ530×8 鋼套鋼蒸汽管，130 米 Φ325×10/630×8 鋼套鋼蒸汽管，童亭煤礦供暖管路改造工程1850 米φ273×8/φ630×10 鋼套鋼蒸汽管。設(shè)計埋深為1.5m，自下而上的墊層分別是0.1米碎石米沙、0.1 米C15 素混凝土以及0.15 米細沙，安好管后還要用0.75 米細沙層灌實，敷管并檢驗合格后，以填砂與土做回填，最后的回填用黏土并夯實。其蒸汽熱源接自臨渙焦化廠的蒸汽管道，蒸汽的設(shè)計壓力為1.0MPa，溫度為185℃，本工程管道參照《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》（TSG07-2019）要求，采用GC3 壓力管。

2.材料選型。

鋼套保護蒸汽直埋保溫管不僅有工作鋼管、保溫隔熱層、外套鋼管，還包括反射層、空氣保溫層、不銹鋼緊固帶、滑動導(dǎo)向支架及外防腐層。保溫材料設(shè)置在工作管與外套鋼管中間，可輸送350℃以下的2.5MPa 壓力蒸汽，也可輸送其它介質(zhì)。因工作管與外套鋼管的滑動方式不同，鋼套保護蒸汽直埋保溫管有內(nèi)滑動與外滑動之分。二者的工作鋼管、不銹鋼緊固鋼帶、鋁箔反射層、外防腐層完全一樣，內(nèi)滑動式需要設(shè)置硅酸鋁、減阻層、微孔硅酸鈣、隔熱層、聚氨酯保溫層與外套鋼管；而外滑動式則設(shè)有玻璃棉保溫隔熱層、滑動導(dǎo)向支架、空氣保溫層以及外護鋼管。直埋式保溫管的優(yōu)點包括：可工廠化預(yù)制，可保溫、可防水、可耐腐蝕、可阻燃、可耐寒，施工便捷，且強度高。其熱損失至少比普通管道降低40%，壽命也比普通保溫管道至少多3-5 倍，防腐壽命為 30～50年。

青東礦區(qū)供汽系統(tǒng)進行改造，童亭煤礦供暖管路改造工程，選定的是WGB 鋼套鋼直埋保溫管。（1）結(jié)構(gòu)中輸送蒸汽的內(nèi)部鋼管，其材質(zhì)選定為20#無縫鋼管，管徑自小而大分別是Φ273×8mm、Φ325×10mm。（2）外護管材質(zhì)選定為螺旋縫埋弧焊接鋼管，管徑自小而大分別是Φ530×8mm 和Φ630×8mm。（3）成品保溫層選定為厚50mm～120mm 的超細高溫玻璃棉和納米雙層氣囊，按管道選型手冊來看該成品保溫層具備0.05W（/m·k）的導(dǎo)熱系數(shù)。

3.施工技術(shù)。

（1）施工流程。

圖2 給出了鋼套保護蒸汽直埋保溫管的具體施工流程、

圖2 “鋼套鋼”蒸汽直埋保溫管施工的具體流程

（2）組對焊接保溫管道。

按《城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T104-2014）里面8.2.5 條中要求，工作管的連接需要以氬弧焊打底。正式焊接前還要用專用坡口機在管道口處預(yù)制“V”型坡口。打底的氬弧焊，要求120A～140A 的焊接電流，22V～26V 的焊接電壓，JG-50 焊材，Φ2.0 的焊條，8cm/min 的焊接速度，流量 12L/min 的 99.99%氬氣。蓋面的手工電弧焊，第一層要求105A～160A 的焊接電流，24V～36V 的焊接電壓，J422 焊材，Φ3.2 焊條；第二三層要求 135A～180A 的焊接電流，24V～28V 的焊接電壓，J422 焊材，Φ4.0 焊條，焊接速度均為10cm/min，焊接系數(shù)均為0.80，焊縫均需做無損探傷。

蒸汽凝結(jié)水管的焊接則以氬弧焊形式完成，HOCr21Ni10 焊絲，Φ2.0 的焊條，8cm/min 的焊速，流量12L/min 的99.99%氬氣，焊接系數(shù)0.85。其保護管按蒸汽管道保護管同樣方式焊接。

（3）無損檢測與強度、嚴密性試驗。

遵循設(shè)計規(guī)范及施工驗收規(guī)范標準，對工作管做無損檢測，并展開強度、嚴密性試驗。升壓要慢，待升至試驗壓力后借助向密封點涂刷中性發(fā)泡劑的形式檢查是否泄漏。試壓完成后，以至少30m/s 流速的蒸汽吹掃蒸汽管道，以清水沖洗蒸汽凝結(jié)水管道。對接好外套管后，先展開氣壓嚴密性試驗，然后再對對接段做防腐處理。展開嚴密性試驗時，試驗壓力需要慢慢的逐級升高，升高到0.2MPa 后，還要穩(wěn)壓10min，然后降至設(shè)計壓力，再借助發(fā)泡劑檢驗是否泄漏。

（4）對接段的防腐與保溫修補。

在對工作管道做過無損探傷，并展開強度試驗，得到合格結(jié)果后，可對管道連接處展開保溫修補操作。保溫修補時采用具有彈性的復(fù)合硅酸鹽對縫隙做填充處理，要求其與兩側(cè)保溫層連接緊密。修補前，確保保溫材料與兩側(cè)保溫均為干燥狀態(tài)。因外套管稍后還要焊接，在保溫修補口的外套管焊縫處還要做一個耐高溫防護，防止保溫層被破壞，具體可以在焊縫與保溫棉間設(shè)置一個薄鐵皮防護。外套管的焊接為對焊式，焊口打底為氬弧焊，蓋面為手工電弧焊，焊接參數(shù)類同于工作管。外套管的焊接可通過拼接半圓瓦片方式做保溫修補。

（5）管道附件的安裝。

敷設(shè)直埋保溫管道時要求3‰的坡度，將放氣閥設(shè)置在汽水管中的最高點，而疏水閥與放水閥則置于低點。與管道相連的波紋管、截止閥要借助帶頸對焊WN 突面RF 法蘭完成連接，墊片用的是具有強柔性的金屬石墨墊片（RSB），可耐850℃高溫。WGB 鋼套鋼直埋保溫管外套管還要在專門的排潮井內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的排潮管。排潮井內(nèi)要設(shè)置排水設(shè)施，排水設(shè)施要保持流暢。

疏水裝置周邊0.5m 范圍內(nèi)要做固定支架，以確保管道的伸縮不會對疏水裝置造成破壞。疏水井內(nèi)除了疏水閥還要設(shè)置關(guān)斷閥，疏水管與排水均應(yīng)就近連入排水井。

（6）管道回填。

用土方回填管道前，要將槽底雜物清理干凈，埋深1.5m 的管子，自管子下方開始往上先用碎石米沙0.1 米，再用C15 素混凝土0.1 米，然后是細沙0.15 米依次做好墊層，安好管子后再以細沙完全灌實，并鋪0.75 米厚的細沙層，最后再以黏土做回填并按要求夯實。管道回填后的土層密實度務(wù)必與《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》（CJJ28-2014）中的要求相符。

四、結(jié)語

通過工程實例可以看出，外護管滑動法用于蒸汽管網(wǎng)及供熱工程中，完成“鋼套鋼”直埋蒸汽管道的施工是相當成功的。與以往的施工方法相比，“鋼套鋼”外護管至少減少了1/3 的焊接量，不僅大幅提升了外護管的整體防滲質(zhì)量，還能大大縮短施工工期。該技術(shù)無論是在“鋼套鋼”導(dǎo)向支架保溫管的安裝工程中，還是在自鐵路、公路、河道穿越的地下管道工程中，甚至在借助頂管技術(shù)實現(xiàn)過路套管后的穿管施工中，均有著極大的推廣價值。