钢-塑复合预制保温管在直埋工程中的应用

全国化工热工设计技术中心站年会论文集127钢—塑复合预制保温管在直埋工程中的应用李朝襄崔振忠开封三环防腐保温工程有限公司（原开封大学安装防腐有限公司）[关键词]塑套钢、钢套钢、钢塑复合、内固定、外固定、内外固定一高温蒸汽管道直埋敷设，较地沟或架空敷设具有节约能源、降低造价、占地少、施工方便、美化环境等优点，近年来得到长足发展。不仅在北方，而且在南方高水位地区也在普通推广。可见，随着我国能源政策及可持续发展战略的不断深入，热网节能新技术—高温蒸汽管道直埋敷设技术的研究、开发和利用必将蓬勃发展。二与低温热水管道不同，高温蒸汽管道因其输送介质温度高(tj≥300℃)，热膨胀量大，它不存在“驻点”，不能形成“锚固段”，整个管系的任一截面都能产生热位移，而将热应力释放掉。所以，不能像热水管道那样做成“三位一体”的整体膨胀结构，而只能是做成滑动型(内滑动或外滑动)，脱开式(工作钢管与保温层)的包裹状(保温材料与工作钢管)保温结构。根据上述机理，国内近几年相继开发出玻钢—钢结构、钢套钢结构等多种多样适用于高温蒸汽管道直埋敷设的保温结构，在全国各地工程上运用，都取得了可喜的成果。但是，由于高温蒸汽管道直埋敷设至今没有一个为大家应遵循的统一规范，设计上难以下手；再者，生产厂家蜂涌而起，但良莠不齐，加上有些建设单位和监理单位对直埋技术不熟悉、吃不透，所以，工程上也曾出现不少问题。目前工程上出现问题最多的是：保温结构外保护层密封防水不可靠、外保护层撕裂、保温结构进水；保温材料质量低劣、热损失猛增，破损溶化，冒汽，整个管系“泡汤”、“爆管”甚至殃及管网报废。笔者近年就目睹几个工程出现上述问题，比如：江苏省××电厂，Dn200mm直埋管网2800mm，1.0mpa。管网施工完毕进入暖管阶段就出现冒汽，继而出现保温结构进水，从排潮管喷浆，最后整个管网“泡汤”、“爆管”，千米温降超过50℃，造成管网报废，从地下直埋全部挖出，改成架空敷设。湖北省××××学院，Dn150直埋管网近700mm蒸汽温度158℃，0.6mpa。属高温蒸汽管道，绝非低温热水管网。但其按热水保温结构制成“整体膨胀式”予制保温管，结果是一通汽就拉坏保温结构，进水冒汽，从97年工程施工到现在，一直修，一直坏、四年来管128全国化工热工设计技术中心站年会论文集网带病运行。河南××××电厂，蒸汽300℃，1.2mpa，Dn350mm，无缝管2500m，由于保温结构、保温材料和施工上的诸多问题，峻工后在试运行阶段，外护层撕裂进水—冒汽—排潮管喷浆—隔热层抽空—热损失猛增—继而外护层大面积烧伤—最后不得不将全线改为钢套钢(钢外护)。从而可以得出结论：高温蒸汽直埋敷设成败的关键在于：一、保温；二、防水而且重要的莫过于防水。要解决好保温和防水这两个问题，就要在保温结构和保温材料上下功夫。三一个合理的保温结构应具备下列条件：1.必须具有足够的整体强度和可靠的防水、防腐能力。2.充分考虑高温蒸汽管道的热位移，并在保温结构中保证热位移的实现。3.保证结构内部和周围土壤温度场的合理梯度。这是高温蒸汽管道直埋敷设的关键，保温结构是否合理，保温材料的优劣，各节点、端面的处理是否正确；补头、安装、施工质量的好坏，都将影响温度场的控制，稍有不慎就将酿成严重后果。4.重视管网排潮功能，留有充分的排潮通道。5.保温结构内，一定要考虑疏排水功能，避免“水锤”撞击。四目前国内常见的保温结构基本是两种：1.塑—钢结构：玻钢—钢复合结构示意图这种结构的特点是脱开式、内滑动、工作钢管受热膨胀后，在保温结构内自由伸缩。因其外护层采用纤维增强塑料(玻璃钢)故名塑—钢(塑套钢)结构。其结构强度高、整体性连续好、防水防腐性能好、施工方便，是直埋敷设较好的结构型式，很有发展前途。2.钢—钢结构全国化工热工设计技术中心站年会论文集129钢—钢结构示意图这种结构国内叫“钢套钢”结构，因其滑动界面的不同，可分为“内滑动”和“外滑动”两种形式。“内滑动”型(钢套钢)结构实际上是“钢外护”结构。其结构与“塑套钢”一样，唯将玻璃钢外护层更换为钢管做外护层。“外滑动”型(钢套钢)结构是工作钢管与保温结构紧紧结合成一体，工作钢管受热膨胀后，连同保温结构一齐通过绝热滑动支架在外护钢管内壁自由伸缩。这两种结构形式的外保护层均采用钢管，所以国内统称为“钢套钢”结构。“钢套钢”结构外保护层采用钢管(无缝管或螺旋焊管)，其整体强度高，长期安全运行可靠性大，密封防水性能好，潜在隐患少。因其密封性好，无惨漏，保温效果更好。其缺点是外钢管防腐难度大、内外钢管焊接质量要求高，造价偏高。“外滑动”型钢套结构，国外采用真空绝热或充气绝热技术。据说，国内有厂家采用真空绝热，但其造价肯定偏高，不易被接受。五我们通过多年的工作实践，总结正反两方面的经验，研究、开发出一种新型的、适用于南方高水位地区的高温蒸汽管道直埋敷设的保温结构—钢塑复合保温结构。其制作工艺是：(1)工作钢管：除锈、防腐。(2)制作滑动层：(螺旋焊管做减阻滑动层)。(3)安装隔热层：(扣微孔硅钙瓦)。(4)安装密封隔热层：(扣离心玻璃棉管壳或缠铝箔反射层)。(5)套外护钢管：(采用直缝焊管)，防锈防腐。(6)制作保温层：高压自动喷注改性聚氨脂泡沫。(7)机制缠绕玻璃钢防水防腐层。130全国化工热工设计技术中心站年会论文集(8)检验出厂。钢塑复合结构示意图从结构中可以看到：它的外保护层是薄壁直缝焊接钢管，经除锈防腐后，采用机械湿法缠绕纤维增强塑料—玻璃钢，形成钢—塑复合外护管。这种结构具有“钢套钢”强度高、密封好、无渗漏、保温效果好、运行安全可靠的优点；又有“塑套钢”整体性连续性好、防腐性能好、施工方便、工程造价低的优点。取长补短，将两种结构融为一体，形成“钢—塑”复合保温结构。同时，补口、固定支座、三通、弯头、补偿器等节点的密封防水处理，都采用与之配套的钢—塑复合工艺。我们近二年将这种“钢—塑”复合结构运用到高土壤热阻和高水位地区都取得了满意的效果。比如：(一)开封开发区热力公司热网工程：供热参数：280℃1.0mpaDN150mm无缝管500m保温结构：钢—塑复合、脱开式、内滑动。保温厚度：润滑层硅钙瓦隔热层。聚氨脂保温层。直缝钢管外护层。玻璃钢防腐层。保温外径：Dw=359mm界面温度：无机—有机界面：115℃有机—钢套界面：45℃保温外表面温度：30℃以下竣工后，经暖管—试压—试运行管网保温效果好，千米温降5℃，外表面温度小于15℃，大雪覆盖管外不融化。管网安全运行一个采暖期，没有出现任何问题。(二)巩义中孚集团热电厂热网工程：供热参数：300℃1.3mpaDn350mm螺旋管800m保温结构：钢—塑复合、脱开式、内滑动。保温厚度：润滑层硅钙瓦隔热层。全国化工热工设计技术中心站年会论文集131聚氨脂保温层。螺旋管外护层。玻璃钢防腐层。保温外径：Dw=627mm界面温度：无机—有机界面：125℃有机—钢套界面：47℃保温外表面温度：20℃以下竣工后，经暖管—试压—试运行管网保温效果好,千米温降5℃，外表面温度20℃以下，管网连续运行一个采暖期未出现任何问题。(三)浙江嵊州市新中港热电公司热网工程：供热参数：280℃1.0mpaDn150mm无缝管850m地质情况：高水位地区，地表水丰富，管网在泥泞中。保温结构：钢—塑复合、脱开式、内滑动。保温厚度：润滑层硅钙瓦隔热层。聚氨脂保温层。直缝焊管外护层。玻璃钢防腐层。保温外径：Dw=359mm界面温度：无机—有机界面：115℃有机—钢套界面：46℃保温外表面温度：30℃以下竣工后，经暖管—试压—试运行管网保温效果好,千米温降5℃，外表面温度30℃以下，管网连续运行一个采暖期未出现任何问题。山东胶南热力公司管网，300℃1.0mpaDn250mm螺旋焊管1060m采用钢—塑复合脱开式、内滑动结构，正在加紧施工中，将于七月一日竣工投运。这种钢—塑复合予制保温管，由于保温效果好，千米温降不超过10℃；防水性可靠，不会渗漏、冒汽；防腐性高，使用寿命长，施工方便，造价低等优点，一起步就得到认可。六一个合理的保温结构，要有良好的保温材料支撑，才能发挥最大的作用。否则，保温结构再好，也难以达到预期目的。适用于高温直埋的保温材料多种多样，但应优选出密度小、导热系数小、使用温度高、抗折强度高、吸水率低、收缩率低、耐腐蚀、造价低、易于施工的品种。目前收录入国家标准的无机和有机保温材料共有17种可供选择。这17种保温材料都有规定的性能指标，规定的检测方法，产品质量的优劣，可以通过国家指定的检测部门，检测评定。国内保温材料市场上也有虚假广告：什么“专利”、“首创”、“耐煮沸不吸水”等等，其实是欺骗宣传，拿不出科学根据和标准依据，不可轻信上当。因为这些保温材料都没有标准可查，质量无法评估。其性能指标只好听任其自吹自擂。我们通过多年的实践，筛选出几种适用于高温直埋的保温材料，与我们的几种保温结132全国化工热工设计技术中心站年会论文集构搭配使用，取得了很好效果。(一)微孔硅酸钙瓦块：GB10699-89。这是一种容重轻、导热系数低、强度高、线收缩率小、耐水耐腐蚀性好的无机硬质保温材料，它的最大特点是全靠自身的化学变化粘合成型，不含任何有机粘合剂。沸水煮短时间不吸水，长期浸泡水中不溶化，不变形、吸水后经蒸汽烘烤干燥，其形状与性能不变。所以它最适于高温直埋复合保温结构做隔热层。硅酸钙保温瓦性能指标项目国家标准值备注密度kg/m3抗压强度Mpa抗折强度Mpa导热系数W/M.K线收缩率%憎水率%≤220≥0.300.3≤0.062≤2.099%依据标准：GB/T10699-98导热系数方程式：λ=0.0311+0.0000639×Tn（本方程式适用温度范围为273k-623k），623k（350℃的导热系数为0.0709W/w.k）(二)离心玻璃棉管壳：GB/T13350-92。这是一种半硬质无机保温材料。容重60-90kg/m3时其导热系数为0.043w/mk。弹性好，回弹率高达95%以上，最高使用温度350℃，可憎水，憎水率可达98%，用作高温直埋复合保温结构中做密封隔热层，一可防止蒸汽外溢，烧坏保温层；二可做为纵向排潮通道，排潮顺畅；三可保证径向位移实现，确保不挤碎隔热层。离心玻璃棉管壳项目标准值产品实测值备注容重kg/m3导热系数W/M.K最高使用温度℃≥70≤0.043350700.041350标准依据：GB/T13350-92(三)聚氨脂泡沫塑料：其容重在60-80kg/m3时导热系数≤0.027w/mk,闭孔率3%,抗压强度0.2mpa,碳化温度150℃，因为它保温效果极佳，防水性能好，所以一直为直埋敷设所青睐。做为高温直埋复合保温结构的保温层是上好的保温材料。聚氨脂泡沫塑料项目标准备注（依据标准）压缩强度密度55kg/m3体积吸水率闭孔率导热系数耐温0.3MpaGB8813-884%88%0.03W/M.K150℃GB/0342-96GB8810-88GB10297-98SY/T0415-96(四)硅酸铝纤维毡：GB/T16400-96工作钢管采用螺旋埋弧焊钢管时，需作减阻滑动层。该层主要采用硅酸铝纤维毡抚平螺旋焊缝，再佐以无机润滑剂形成减阻滑动层(内滑动脱开式)。硅酸铝纤维毡耐高温800℃以上，500℃时导热系数为0.161w/mk。除了起减阻作用外，也是很好的保温材料。全国化工热工设计技术中心站年会论文集133这几种保温材料我们多年来在不少工程中使用，都取得了满意的效果。(五)钢—塑塑复合外护管：我们采用直缝焊管做外护管，其上机制缠绕-5mm纤维增强塑料(玻璃钢)形成钢—塑复合外护管。这样，提高了予制保温管的整体强度，密封性好，防水性可靠，保温效果更好。外护管外缠绕3-5mm厚玻璃钢，比环氧煤沥青(三布五油)防腐效果好，使用寿命长且施工方便，工期短，整体造价比一般钢外护、钢套钢要低30%左右。七高温蒸汽管道直埋技术中的强度验算、管道布置、补偿量计算、保温热力计算与地沟或架空敷设的设计方法大体相同，可参照CJJ/T81-98“城镇直埋供热管道工程技术规范”