蒸汽管道的设计、附件的选择、支架和补偿器的选择必须经过严格的设计计算,在补偿器安装时,要做预拉伸,只有如此才能保证管道安全、可靠、经济运行。汽管道主要用于输送工业蒸汽和满足部分采暖需求。近年来,随着集中供热事业的蓬勃发展和
城市现代化建设要求的逐步提升,原有架空形式虽有诸多优势,但其在城市内实施存在着较大的局限
性,因而,蒸汽管道直埋技术得以迅速发展和完善。
在此期间,科技人员、生产厂家在直埋蒸汽管道技术的研究、开发、应用等方面,付出了大量心
血,选用了几乎所有适用的材料,也取得了长足进步,出现了大量的管道设计理念和结构形式,较好
地解决了力系分解与固定形式、合理的补偿方式、保温结构与热桥处理、施工工艺及运行工艺等。
目前,得到业内人士较为认可和推广率较多的直埋蒸汽管道形式为:钢套钢直埋。其固定方式一
般选用钢套钢内固定支架,补偿器常规选用无约束轴向型直埋补偿器,保温选用内滑动(或滚动),
好一点的对补偿和固定等节点处防热桥处理。这种结构形式,我们半岛供热公司应用了近10年,但
实践过程中发现存在较多问题,主要有:
①轴向型波纹补偿器因其结构特性不耐水击(锤),带来管道安全性较差。长年稳定负荷运行管
道略好,负荷变动大经常启停管道尤其严重,出现问题较多。
②轴向型波纹补偿器补偿量相对较小,补偿管段短,同一管系补偿器数量应用多,并很难做到与
管道同寿命,因其质量问题和实际使用工况条件变化,达到15年以上的很少,部分不足10年已先后
出现问题,因而管系二次建设更换费用较高。
③工作温度变化对补偿量、刚度和工作压力均需要修正,因而其实际工况运行中出现问题几率较
大。如文登铺头热电厂至西区φ377主管道原设计280℃,施工后运行参数调整为320℃,此时如选
择轴向型补偿器,肯定无法运行(温度提升后,相应刚度减小、补偿量增大、当量工作压力增大)。④施工同心度要求严格,在同一补偿管段内如超出偏差量,则易发生波纹损坏而致泄漏。
保温结构的不完善,特别是外防腐层出现泄漏(地下腐蚀严重)等问题带来的管系失稳。
基于此,我们针对实际情况,做了大量实践研究,力求寻找更加合理的补偿装置进行替代旧有模式。
2、旋转补偿器的应用
旋转补偿器是近年发展起来的一种新型的管道补偿器,并在具体的制造和实践过程中逐渐成熟。其工作原理简言之,就是利用空间杠杆转动原理进行旋转补偿的机理吸收管道热位移。因其具有补偿量大(常规200——500m)、无内压推力(固定支架小)、安全性好(不受管网压力和温度变化而导致的补偿极限***)、设计简单补偿设置灵活多样、密封性能好(无类似波纹等薄弱部件)、与管道同寿命、综合***少等优点,而逐步得到业内人士的认可和应用,发展较快。
我公司在良好了解旋转补偿器性能的基础上,结合原有直埋工艺,对将旋转补偿器应用于蒸汽直埋方面进行了系统研究和实践,并对相关作法小有归纳,现总结部分粗浅认识,以供参考。
二、管系设置及工艺
1、设计原则及注意事项:
①着重于管系合理分解,优选稳定组合形式。补偿装置设置点优选地上设置,确实无法地上时,应详尽考虑设施的防水性能和管系的疏水设置。
②长直敷设宜设置成半地上“Ω组合”形式;有Z型折向管段可采用半地上的“∏型组合”,也可采用全地下的倒“∏型组合”;L拐点管段宜设置成单侧“∏型组合”。
③采用“△”型内滚动支架,主要起平衡同心支撑作用,但同时也起到导向做用,限定了其工作管的侧向位移,应用“∏型组合”时,关键点是需着力规避离心摆动值Y的影响。
④补偿管段长度建议略小于常规架空管长。选取一合适结合点,既实现长距离补偿,又保证安全运行。
2、管系形式及各自控制点。
(1)“Ω组合”形式:
①鉴于地埋钢套钢管外套与支架限制工作管侧向位移的局限性,建议直埋优选此种形式,因其不存在径向位移,且补偿管段长度基本不受影响。
②布置方式:补偿器组合两侧钢套钢支架内滚动支架尽可能距旋转臂近一些,蒸汽流向的前端设置疏水器,该侧支架距外套管端长度L>单侧伸缩长度△+800mm,另一侧支架距外套管端长度L>单侧伸缩长度△+300mm。既起到支撑作用,同时又做为导向支架,增加自由管系运动时的稳定性。两支架间不设支柱,但选用热压弯头,并加高一级压力等级。
③使用该组合进行直埋管设计时,建议采用半地上形式,如采用全地下方式,由于旋转臂向下,一方面,相当于管系中的沉淀池,易沉积吹扫不净杂物、停运腐蚀物和凝水,对补偿器正常运转造成④补偿装置设置及与钢套钢外套管衔接。补偿装置因外形较大,并考虑与外套管连接防水问题,一般我们采用半地下钢水箱形式,以焊接方式连接,地上采用类似于小型变电箱变的封闭形式。水箱外侧采用玻璃钢防腐。安装时采用井点低位排水、整体预制(地下、地上两件套)下装模式,安装后与外套连接并局部防腐。
管系布置:加长中间旋转臂L 长度(一般要求L >2.5Lmin ,Lmin 为架空许用***小长度),小口径管道在旋转中轴设置支架,并将两侧钢套钢内滚动支架尽量向外移位,两支架单侧展开长度为0.7倍的管道水平布置跨距;大口径管道或L 超过4米的旋转臂在两立臂旋转轴分别设置两处支架,支架至两侧滚动支架的间距以管线展开长度0.7倍的管道水平布置跨距为宜。
目的尽可能减少旋转角θ,限制Y 值过大,减少支架对钢外套产生的附加扭矩。见图一。
②综合考虑地质可能局部沉降、管道内滚动卡涩、旋转角θ过大造成离心摆值过大产生较大扭矩、内部位移量过大对保温的破损影响等,尤其是针对该种形式地埋,其***大跨距宜不超过架空固定间距
③采用该组合进行直埋管设计时,可根据需要采用半地上或地下模式,因地下形式,其转动轴并没有转动部件,因而只需在低位合理设置疏水装置即可,该疏水装置建议采用启动疏水和经常疏水并联形式设置,并合理设置沉淀池和引出疏水管。
④补偿装置设置及与钢套钢外套管衔接(同上)。
(3)固定支架及滚动结构①套管内腔部分:首先在管道外包覆20mm耐高温***毯做为滑动层,外包高温离心玻璃管壳(用包扎带绑扎,不用管板,考虑包扎稳定性),然后用铝箔缠绕一道,目的是起到反射层作用并在包扎带失效后适当稳定保温结构。铝箔层与外护管间留有30mm间隔空气层,在固定支架隔板封闭后形成保温气腔(排潮管在正常运行后封闭)。同时保持良好的间隙,以便于加工安装时穿管便捷。
②外防腐部分:前述保温结构因需留有间隙而常规减小了保温结构层,因而外套管除锈后在外部采用聚氨酯喷涂工艺进行增强保温层10——20mm,再用玻璃钢缠绕方式制作外防腐层。该工艺中聚氨酯喷涂层同时起到与外套管紧密结合作用。
(5)主要特点:
①管道补偿管段长,地下易损件少,安全性好,补偿装置维修***方便,另外,通过加强管道焊接工艺,几乎做到运行零隐患。
②保温结构完整,不但保温效果可以得到保障,而且管道因防腐结构处理较好,发生进水造成管道运行失稳的情况也得到有效控制。
③因旋转补偿器的特性,管系对于温度、压力变化的适应性较好,管道更加安全可靠。
三、结论和拟进一步研究的问题
通过上述管道与保温工艺的互相衔接,较有效地使旋转补偿器良好应用于直埋蒸汽管道。从07年、08年陆续施工的主蒸汽管道运行情况看,我们选择的结构还是很合理的。
拟进一步研究的问题:①因使用旋转补偿器固定支架受力较小,能否采用较好的玻璃钢夹砂管替代外护钢管,内滚动无法做需改滑动,其结构形式如何设置,固定支架无法用内固定改用外固定后如何进行工艺调整,相对于钢套钢其稳定性和经济性如何。②如采用混凝土外套管,其结构工艺如何做,特别是外护防水防沉降如何做,相对于钢套钢其稳定性和经济性如何。