关于直埋蒸汽管道设计施工及运行管理的探讨
摘要：蒸汽管道直埋敷设在我国尚属探索阶段，本文根 据我公司近五年的运行经验就直埋蒸汽管道在设计及运行方面的问题进行分析及探讨。
热水 管道(T<150℃)直埋技术在国内已有二十多年的历史，该项技术已较成熟。而高温蒸汽管道由于介质温度远比热水管道高，这就构成了高温蒸汽管道在直埋敷设时的特殊技术特性，使其直埋敷设难度较大，尽管我国蒸汽管道直埋技术在研究、设计、制造、施工等环节上存在着诸多问题，这方面的基础理论尚不完善，但在全国各地已进行了大量的工程实践与调查研究工作，基本上形成了具有我国特色的先进、经济、实用的高温蒸汽管道直埋技术。目前全 国直埋蒸汽管道已达数百公里，最大管径为DN700mm。
我公司从1995年迄今已建成的直埋蒸汽管道约10公里，最大管径DN500mm。在实践中我 们不断总结经验教训，形成了一套比较完善的设计、施工及运行管理方法。这里就将我们的 一些做法介绍给大家，供同仁们参考，以促进我国高温蒸汽管道直埋技术的发展。
一、选择合适的蒸汽操作压力
我们采用的是高压输送低压使用的方式，其优点是高压下蒸汽体积小，可减小管道口径 及管道散热量，减少了保温材料，另外高压下蒸汽干度高，品质好，而低压蒸汽中有更大比 例的潜热能，可减小凝水的显热能，同时低压使用可降低设备的费用。
二、准确地掌握蒸汽负荷
工艺设计中选定管径时要准确地落实用户和用量，同时考虑用汽高峰和低峰的差别，若运行负荷远低于安全运行负荷时，可考虑敷设双管方案，否则按过热蒸汽设计的管道在饱和蒸汽下运行，出现管道疏水困难，管道振动大和汽水冲击造成波纹管补偿器损坏等问题。例如我公司为烟台大宇重工有限公司等用户设置的蒸汽管道设计用汽量为100T/H，而实际用汽量只有5T/H，再加上沿途部分热用户为断续用汽，运行两年后，管网上就有五个波纹管补偿器损坏，使管网处于病态运行。波纹管补偿器损坏的原因：第一、地下水沿补偿器的活动端进入到外护套与波纹节之间，由于波纹节外表面温度很高，使水汽化，长时间汽化便在此范围内结垢，水垢填充了波谷，使波纹管失去了补偿作用。第二、由于用汽量波动，地下水中氯离子浓缩，结果在波节上形成死点，波纹管局部被腐蚀透。第三、由于运行负荷远小于设计负荷，凝水量大，造成疏水不通畅，水击现象严重，将导流筒冲击变形。第四、选用的波纹管补偿量大(300mm)，波节多，第五、波纹管的设计不符合蒸汽运行参数的要求，如波纹管的层数少，导流筒薄，波节间的法兰无防失稳措施等。九八年我们又为该管线敷设了另一 DN250的蒸汽管道，使之成为双路，并在设计中克服了原有管道中的不足之处，补偿器改用 套筒式，到目前为止该管道运行状况良好。
三、合理的布置与敷设管道
1.由于土壤是一种很好的保温材料，管道埋深越大外壳温度及土壤温度场就越高，所以 ，蒸汽管道直埋以浅埋为有利。
2.为保证补偿环节的可靠性，设计跨度不宜大于100m，补偿量不宜大于200mm，但设计的跨度也不宜太小，以免增大管道投资，况且，固定支架及补偿器处是薄弱环节，处理不好会影响整个管网的使用寿命。另外，变径及管壁厚度变化处，应设补偿器或固定支架，固定 支架应设在管壁厚度较大的一侧。
3.分支管的设计时，宜靠近干管固定支架，且最好从管顶引出，并在支管上设固定支架 、补偿器或采用自然补偿。
4.管网中的控制阀门及分段阀门当管径大于150mm时，应设旁通阀，旁通管管径按设计 流量的30％考虑，以便于控制调节。
5.疏水装置应设置启动疏水及永久疏水两套。启动疏水装置采用截止阀组，初运行时手 动疏水用。永久疏水装置设置间距不应大于150米。疏水器采用斯派沙克工程有限公司生产 的热动力式疏水器，并将凝水引至附近的雨、污水井。
四、补偿器的选用：
选用波纹管补偿器时，应注意：(1)补偿量不大于200mm，(2)应要求波纹管生产厂家根 据蒸汽参数进行应力计算，确定波高、波数、波板的层数及波纹管的材料。
由于目前波纹管补偿器多采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成，在运行中拉压应力和波纹节 成型过程中形成的内在应力联合作用下，如管道内、外部环境中有氯、硫离子，极易受到穿 晶应力腐蚀破坏，温度越高，氯、硫离子浓度越大这种腐蚀破坏速度越快。
我们认为沿海地区，应优先选用套筒补偿器，因为它耐腐蚀、抗汽水冲击的能力强，价 格相对较低，寿命长，缺点是要定期注密封填料。目前国内已有改进产品，可以几年注一次 填料。
五、保温材料及保温结构的选择
直埋蒸汽管道保温技术已较成熟，目前国内直埋蒸汽管道保温多数采用内滑动复合型结构，同时也在不断发展新型保温结构，如内支撑钢套钢结构等。保温材料也有多种，如隔热层材料有泡沫玻璃、微孔硅酸钙、超细玻璃棉等；保温层一般采用聚氨酯(耐温150℃)；保护层则采用高密度聚乙烯套管、树脂玻璃钢、钢管等，我们公司在烟台大宇重工业工程中采用的是内滑动式复合型结构，隔热层为微孔硅酸钙，保温层为聚氨酯，保护层为T0树脂。98 年8月5日，我们对正在运行的直埋蒸汽管道的保温情况进行了测试。
管道状况：DN300管道，微孔硅酸钙隔热层厚90mm，聚氨酯保温层厚30mm，管道已运行 两年。
测试时气温：27℃，使用仪表为DM801C数字式测温表。由保护层经保温层、隔热层到管 壁，每隔1cm测试一次温度。测试结果如下：
可见 ，保护层外表面温度低于40℃，隔热层与保温层交界面处的温度为98℃，低于聚 氨酯的耐温能力，保温效果较好。
六、施工及运行管理
1.直埋蒸汽管道的施工质量极为重要，必须严格控制每道生产工序，严格检查质量，按 设计要求实施，尤其是接头保温施工，必须严格控制，逐个检查，确保施工质量；
2.雨季施工要采取必要措施，防止水淹、浮管发生。一旦保温材料进水，将很难全部排 除，这样会大大降低保温效果，增大热损失，并有可能导致保温管的损坏、破裂；
3.为保证施工质量，焊口应采用氩弧焊打底，并对主干线进行100％探伤；
4.管道试运行前，一定要对管沟进行回填，保证保温层外壳与土壤形成足够的摩擦力， 防止保温层随内钢管一起进行伸缩而引起保温层的破坏；
5.严格初运行程序。运行时一定保证暖管时间，因为蒸汽温度高，管道升温一定要缓慢，以保证管道与隔热层顺利脱离，避免保温层损坏。由于隔热层潮湿，缓慢加热才能使隔热层中的水分均匀的通过排气管排出，以免保温层发生爆管现象，待排气管基本无气体排出时，可增大送汽量，并逐渐达到运行负荷值。图为我公司的暖管升温、恒温曲线图：
另外，通汽前必须将蒸汽管网中的凝结水放净，运行中尽量减少热负荷的波动幅度和频率；经常检查疏水装置，确保凝水畅通疏出，避免水击现象的发生；因为水击不仅易破坏补偿器，而且由于强烈的振动，造成保温结构破坏。这是由于当热负荷变化幅度和频率较大时，热位移经常变化，若采用复合保温管时，将增加工作管与内保温材料的摩擦系数，据有关资料介绍，按热网寿命16年计算，则工作管与内保温层摩擦最小达15000—20000次，一般硬质保温材料很难经受这样多次的磨损，特别由于管道自重作用，下部摩擦更为严重，如果处 理不当，必定会破坏保温结构的保温性能，降低保温管寿命。