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为完善复合保温结构的效能我们还采取如下措拖 (1)通过多种材料试验,确定了一种无机润滑材料为主的润滑剂,对工作钢管在高温下对保温层减阻润滑运动。 (2)选用耐高温漆作工作钢管表面防腐处理。 3)为解决无机保温材料硅酸镁瓦块之间接缝问题,我们把瓦块做成两层,纵横缝错开,勾缝处理,并在瓦块外层做金属热反射层。这二项措施对接缝散热减少是有效的。 (4)复合保温结构中排潮设计尽管复合预制管在制作过程中有烘干工序,但保温材料及制作中仍有一定程度的水份,同时还有各种因素。加堆放运输等造成外部水份进入保温结构内部。在暖管供热期间需使多余水份从设置的通道排出,这是地埋供热管道可靠运行一个必要措施。 该排潮装置在工作钢管上做环状透气管,并焊接在无位移量的固定支座处,其上部是一直管,高度能防止地表水倒灌进来,端部下弯以防雨水,直管在无机隔热层内也应均布透气孔。直管段上部应有阀门以控制排潮,沿排潮管应环以相应厚度的无机保温材料(在有机保温层内作隔热层)。其外再做同厚度有机保温层,直接和直管段上的密封散热钢板发泡在一起,再做外护层和主管外护层胶合成一体。 三、节点端面的保温防水设计 1.预制保温管端头密封处理与现场补头 为消除预制保温管在制作储存运输期间,从其端部进水,在预制保温管制作后期,应将其端部用聚氨酯把钢管表面与保温层复盖性密封。在施工现场两根钢管对焊,探伤合格后做中间头时再锯开密封部分,将中间裸露部分按原工序原材质原结构要求与接口两边各层胶合成一个封闭的整体。 2.固定支墩的隔热防水处理 在钢筋砼支墩上的预埋钢板上做一工作钢管等径的钢管支座与工作钢管焊牢,其内部发一定厚度的导热系数低,防水性能好的聚氨酯,上层填满无机保温材料,防止工作钢管热量大量导出,钢管支座外再做工作钢管同样的保温结构,其隔热层保温层外护层与工作钢管各层严密成一体。再做一密封环措施,这样一来防水保温效果很好。 3.补偿器、三通、弯头、疏水器、穿井壁及节点都有配套的防水保温密封措施,以达到全线保温防水密封的目的。 四、钢套管与玻璃钢外护技术经济比较 蒸汽管道直埋保温外护主要有三种形式 1.高密度聚乙烯管。这首先从热水直埋管运用而来,但出现工程事故不少。分析起来,主要是其耐温度低,其强度随温度变化大,有资料讲当其80℃时强度仅为常温25℃时的15%,线膨胀系数大,因温度变化造成它自身开裂,密封防水失效。因此和热水管不同,温度高的蒸汽管直埋用它做外护风险较大。 2.钢套管外护与玻璃钢缠绕外护的预制保温管主要区别之一是:前者,保温层与工作钢管一起对外护钢管作同步位移,后者,保温层与玻璃钢成为一体不随工作钢管伸缩。 首先,钢套管的防腐至关重要,一般防腐用环氧煤沥清刷涂,由于与土壤反复摩擦,不久就失去防腐能力,造成外护钢管腐蚀破洞,问题就大了。 再者,弯头、三通、补偿器、固定支座及管件全部都装在钢套内,并和工作钢管焊在一起,再加上外套钢管大量焊接,焊接焊口数量极大,且不能X探伤检查质量。单凭焊工的责任心是难以保证不出问题的,若有管件及某一处焊缝出问题或某焊口经过一段时间腐蚀出问题,不是内部介质就是外部地下水就会乘虚而入内外钢管之间,造成整体管道保温失效。 钢外套外护型结构散热也大。其保温层2——3米就要做夹环支撑,此处保温材料导热系数将明显大于不做夹环处,沿管道形成数量很大的热桥泄温点,对外钢管传导大量的热量:而钢外套温度越高,腐蚀越快。国化工热工设计技术中心站年会论文集139 图2是一家公司的保温结构型式,保温材料性能如下: 1.机制微孔硅酸钙瓦块:密度ρ≤200Kg/m3,抗压强度P≥0.5Mpa,280℃时λ=0.082W/m℃,线收缩率0.75,无憎水率无沸腾吸水率数据。 2.泡沫石棉:μ=0.2 3.聚氨酯泡沫;吸水率<3%,λ=0.03W/m℃,耐150℃,无沸腾吸水率数据。 4.预制玻璃钢管:厚度≥5mm,耐温70℃ 其它性能见到有书面的材料. 图3是另一家公司的保温结构型式保温材料性能如下: 1.机制微孔硅酸钙瓦块: λ=0.0311 0.0000639W/mK,从公式中看,显然有误。 2.岩棉管:λ=0.031 0.000013W/mK 3.现场缠绕玻璃钢:厚度≈5mm 其它性能参数未见,只是口头上讲的,没有书面材料。 2.5保温材料的生产 济源供热工程(即图1)所用成品材料均由一家公司生产或配制,不外包,这样该公司能保证施工进度和质量,达到设计要求。 ??供热工程(即图2、图3中)所用材料分别由两家公司提出,由各自公司自行采购或配置或外包,因此各种材料性能未能提全,图3的公司甚至有误。无论从有关规定或从大连市建委地方规程或失败的实例看,直埋敷设的蒸汽管道都不允许采用吸水的材料作为保温材料。施工前该两家公司都声称产品由自己生产,不会外包,都用憎水性保温材料,实际上外购外包都存在,且都不憎水,因此施工进度和质量难以保证,更为不妥的是未经设计人员同意,更改了设计要求。 2.6各节点的处理 济源供热工程,排潮管的设置、固定支架、热桥、补偿器保温、接头的补口及密封,均按设计要求或采用该公司成熟的经验和方法,在征得设计同意后进行施工,做法简易可行,花钱不多,效果不错。 ??供热工程处理上述问题时,图3的公司基本上参照图2公司的,看的出实践经验少些,都比较费时、费料,也未达到预期效果。固定支架处几乎都冒气,补口反复修复后有的还冒汽。 三运行效果 3.1济源供热工程由具有一定施工经验的公司负责施工,从2000年1月上旬投运至今已有一年多,直埋管保温一直较正常,温降10℃/Km左右,管沟地表温度接近环境温度,绿化树苗生长正常,业主较为满意,因此,该公司又进行二期工程保温工作。 3.2 ??供热工程从2000年3月中旬试运行,排潮从2000年1月中旬至今仍未有明显改观,甚至把岩棉喷出。保温材料经长时间暖管也未烘干,长期处于40全国化工热工设计技术中心站年会论文集 蒸煮的状态下,保湿材料导热系数会不同程度地增加,聚胺酯破孔、老化,又引起只耐70℃的玻璃钢老化、破裂,补口质量又不理想,反而产生连锁反应,恶性循环。岩棉经水泡、蒸汽蒸煮后,体积缩小不成型,而且上部岩棉少了,下部堆积的多了,起不到保温作用,玻璃钢承受不了高温而老化、裂缝,从而使补口密封失效,地下水会很容易浸入,因此笔者认为不从要害找问题,不从根本上解决隐患,排潮永远排不完,白白浪费人力、物力。2000年3月底对供热工程1.2Km 的管道进行扫描,查出共有6处管沟地表温度高达46℃-47℃,30℃以上有24处,个别地方达到70℃,当时的环境温度为14℃,所测地段为图2结构的地段。从现场实际看到图3结构的地段还不如图2结构的地段。到夏季当地面温度达到30℃-40℃时,管沟地表面温度普遍会超过50℃,这样就会形成“冬季一条白龙,夏季一条火龙”,小则三年,多则五年,整个管网将无法正常运行。 该工程从投运开始存在的问题就未能解决,且越来越严重,甚至连带“病”运行都不可能了,因此业主不得不停止运行,花费大量的人力、物力,2000年下半年挖开管沟重新对全线管道进行保温大修复,全部换成钢外护层,保温材料仍采用原来的,由于施工经验不足,目前仍有不少排温管不断冒气,运行效果仍不理想。且不说以后会发生什么问题,就直接和间接经济损失就很可观,影响也不好。施工单位工程款未能如数到位,算交了学费。 四结束语 从以上两工程实例可看出,高温蒸汽管道的直埋敷设必须采用憎水性的,而且是憎热水、耐煮沸的玻璃钢应具备耐高温120℃的材料组成的层层防水的保温结构,这样一但某个环节出现质量问题,不至于迅速蔓延到全线整个管段。 各补口的施工,不得带水、带汽操作,且必须保证有一定的固化时间,才能复土,要有严格的操作规程。 文章中所介绍的两工程实例,一个工程按设计采用了较好的保温材料,层层防水的保温结构进行施工,另一个工程在未征得设计同意的情况下,更改了设计,采用了不适合蒸汽管道直埋敷设的吸水性材料,并由不耐高温的玻璃钢组成的结构施工,当然也有施工方法和施工经验的问题,因而两工程效果不同,后者遗留下来隐患将很难解决,教训是深刻的。另外,建设单位要给予施工单位足够的施工时间,不能违反科学抢进度。笔者认为在具备上述条件的情况下,是可以搞好的。钢套钢蒸汽直埋保温钢管具有高效保温、防水、防腐、绝热、隔音、阻燃、耐寒、防腐、容量轻、强度高、施工简便快捷、不怕植物根刺等优异特点,已成为建筑、运输、石油、化工、电力、冷藏等工业部门绝热保温、防水堵漏、密封等不可缺少的材料。那么钢套钢蒸汽直埋保温钢管价格是多少呢? 钢套钢蒸汽直埋保温钢管的价格行情和市场钢材的价格有着密切的关系,钢材价格如果上涨升高,保温钢管的价格也会随着钢材价格的增长而升高;反之则亦然。钢套钢蒸汽直埋保温钢管的价格还跟钢管的规格尺寸有关,根据钢套钢蒸汽直埋保温钢管不同规格尺寸,钢套钢蒸汽直埋保温钢管的价格也从几十元到几百元不等。 直埋保温钢管自三十年代聚氨酯合成材料诞生以来,一直作为一种优良的绝热保温材料而得到迅速发展,其应用范围也越来越广泛,更由于其施工简便、节能防腐效果显著。钢套钢保温管有很强的防水和耐腐蚀能力,可直接埋入地下或水中防腐不锈钢蒸汽保温管,综合造价低。钢套钢保温管正常运行后130℃的水输送到40公里以外时,降温仅为1℃左右。 直埋管道的保护管的首要问题是严密防水的可靠性,此外要有良好的机械强度,钢套管由于强度高,采用焊接连接,防水的密封性能可靠性十分高,另外,其耐高温性能也是其它外保护管所不能比拟的。在地下水位高的地区,为保证地下水不影响蒸汽直埋管道的正常运行,外保护层好采用坚固,密闭的钢管外壳。 外壳管固定墩通常叫外固定墩,是固定外壳管的。其功能是防止或限制外壳管发生热位移,使沿干管径向外伸的分支管、疏水管、排潮管等不因为干管在轴向出现明显位移而被破坏;另一项功能是隔离轴向力,保护外套弯头。外套管采用高密度聚乙烯的,不需要外壳管固定墩。因为塑料管不发生明显热位移。玻璃钢外壳管也不发生明显的热位移,不产生明显的危及弯头套管的应力,所以也不需要设外壳管固定墩。钢制外套有时会产生较大热膨胀量,弯头套管的应力也可用聚氨酯保温的管道已经成功地在上应用了三十多年,硬质聚氨酯泡沫具有的隔热效果,同时具有的机械性能、高的抗热性能和低的吸水性,因而非常适用于管道保温,特别是直埋式热力管道。从敷设方式来看。传统保温管采用的是地沟及架空的敷设方式,工程造价高,施工时间长。但是聚氨酯预制直埋保温管采用的是直埋式敷设方式,占地少,施工简便快捷,而且有利于环境的保护。从这三个方面,我们已经可以清晰看出了聚氨酯预制直埋保温管与传统保温管的区别。 根据直埋热水管道和直埋蒸汽管道的不同特性,介绍了两种管道的 应力验算及强度计算,并对两种直埋热力管道的敷设方式和保温结构进行了 分析比较。 关键词:直埋热水管道;直埋蒸汽管道;应力计算;保温结构 1、概述 国内外热力管道直埋技术的发展已经有 60 多年的历史。随着高分子有机材料的发展,20 世纪 50年代初,国外开始研制预制保温管,采用聚氨酯泡沫塑料作保温材料,以高密度聚乙烯作为保温管的外壳。由于这种保温管具有较好的防水性,因而可用于地下水位高、土壤潮湿的地区。国内在 20 世纪 50 年代曾经采用浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷设方式,20 世纪 70 年代采用沥青珍珠岩保温的热力管道直埋敷设技术。1977 年对用沥青珍珠岩保温的直埋热力管道进行了无补偿直埋敷设实验。20世纪 80 年代出现了两种新型的预制保温管:一种是保温结构为氰聚塑形式的预制保温管,一种是管中管形式的预制保温管。目前这两种形式的预制保温管已大量生产,并广泛应用于城市供热管网及工矿企业。近年来采用复合保温管结构的直埋热力管道也得到越来越广泛的应用。 随着我国“热电联产”的迅速发展,热力管道敷设方式有了重大变革,目前对150℃以下的热水管道,几乎全部实现直埋敷设,经过多年的研究开发和实际应用,技术已比较成熟和配套,并已有相应的技术规程做指导。蒸汽管道直埋敷设近年来也得到了长足的发展。经过多年的探索,现已出现理想的预制直埋式耐高温复合保温管,并探索出一整套科学的、实用的蒸汽管道直埋敷设设计方法和节点处理技术措施。直埋热水管道和直埋蒸汽管道在设计、施工要求上均有很大不同。本文从两种管道的应力验算、保温结构等方面进行分析和比较。 2、应力验算 直埋热水管道和直埋蒸汽管道的应力验算均采用应力分类法[1]。应力分类法的主要特点是将管道上的应力分为一次应力、二次应力和峰值应力三类,并采用相应的应力验算条件。管道由内压和持续外载产生的应力属于一次应力,它是为了满足静力平衡条件而产生的。当应力强度达到甚至超过屈服极限时,由于材料进入屈服或静力平衡条件得不到满足,管道将产生过大变形甚至破坏。一次应力的特点是变形为非自限性的,对应力验算应采用弹性分析或极限分析。管道由于热胀、冷缩等变形受约束而产生的应力属于二次应力,它是为了满足结构各部份之间的变形协调而引起的应力。当部分材料超过屈服极限时,由于产生小量的塑性变形,变形协调得到满足,变形就不再继续发展。它具有自限的特点。对二次应力采用安定性分析。所谓安定性是指结构不发生塑性变形的连续循环,管道在有限量塑性变形之后,在留有残余应力的状态下,仍能安定在弹性状态。安定性分析允许的大弹性应力变化范围是屈服极限的两倍。峰值应力是指管道或附件(如三通等)上由于局部结构不连续或局部热应力效应产生的应力增量。它的特点是不引起显著的变形,是一种导致疲劳裂纹或脆性破坏的可能原因,必须根据管道整个使用期限所受的循环荷载进行疲劳分析。但对低循环次数的供热管道,对在管道上出现峰值应力的三通、弯头等局部应力集中处,可采用简化公式,计入应力加强系数进行应力计算。 在计算中,直埋供热管道的一次应力的当量应力不应大于钢材在计算温度下的基本许用应力[σ];二次应力及一次应力的当量应力变化范围不应大于钢材在计算温度下基本许用应力[σ]的三倍;管道局部应力集中部位的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力变化幅度不应大于钢材在计算温度下基本许用应力[σ]的三倍。 根据安定性理论,当直管段的当量应力变化范围满足下列表达式的要求时,管系中允许有锚固段存在:σj=(1 -v)σt-αE(t2- t1)≤3[σ](1)式中σj ———内压、热胀应力的当量应力变化范围,MPa;
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