论直埋蒸汽管道的设计.doc

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1、论直埋蒸汽管道的设计-暖通论文论直埋蒸汽管道的设计目前在我国，直埋蒸汽管道技术已越来越多地得到应用，尽管如此，该项技术仍不成熟，在国内还处于起步阶段，国家还没有制定专门的、统一的技术规范。笔者近几年就直埋蒸汽管道的生产及应用在国内外作了多次调研，并先后作了天津市利顺德饭店及小白楼蒸汽管道直埋工程的设计，通过调研及工程实践，对直埋蒸汽管道技术有了逐步深入的认识。国内一些蒸汽管道直埋的技术论文在介绍蒸汽直埋保温管道的结构时，将其结构类型划分为两大类：一类是滑动界面在工作钢管与保温材料之间的复合保温结构；另一类是滑动界面在管道滑动支座与钢外

2、套管内壁之间的“钢管沟”结构。笔者所做的上述两项工程均采用的是复合保温结构的预制保温管，这里结合工程实践单就这一类型的直埋蒸汽管道的工程设计谈一谈笔者的认识、体会。1、直埋蒸汽管道设计的基本原则：1.1、直埋蒸汽管道与直埋热水管道的设计方法有着根本的区别1.1.1、因管网运行参数不同而造成的区别：直埋蒸汽管道所输送的均为高温蒸汽介质，因其温度高，所以设计方法不同于直埋热水管道。首先，按照我国国家建设部颁布的《城市直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T81-98的规定，直埋热力管道的直管段的当量应力变化范围应满足下式：σj＝(1－V)σt

3、－aE(t2－t1)3σ［σ］式中：σj-内压、热胀应力的当量应力变化范围(MPa);v-钢材的泊松系数;a-钢材的线膨胀系数(m/m.℃)；E-钢材的弹性模量(MPa);t1-管道工作循环最高温度(℃);t2-管道工作循环最低温度(℃);σt-管道内压引起的环向应力(MPa)［σ］-钢材在计算温度下的基本许用应力(MPa)。按照上式，若循环最低温度按停运时的10℃计算，则管道循环最高温度t1允许达到150℃，而按照我市第一热电厂所供蒸汽温度-296℃计算，显然不能满足上式。因此，直埋蒸汽管道的设计不能象直埋热水管道那样允许有锚固段存

4、在，直埋蒸汽管道的设计必须使整个管系的热应力释放掉，即管道必须能产生热位移。此外，由于高温蒸汽管道的计算温差远远大于热水管道的计算温差，并且钢材的线膨胀系数也随温度升高而有所增大，因此相同长度管道的热伸长量，296℃的蒸汽管道比150℃的热水管道大一倍多。由于受补偿器补偿能力的限制，直埋蒸汽管道固定墩的间距比直埋热水管道要小得多。1.1.2因管道保温结构不同而形成的区别：众所周知，直埋热水管道使用的是“三位一体”的预制保温管，即聚氨脂保温层紧密地粘结在工作钢管的外表面。但由于聚氨脂的耐热温度最高为140℃，因此直埋蒸汽管道只能做成包裹

5、式的复合保温结构，即必须使用耐高温的保温材料，这种包裹式的结构使得工作钢管与保温层必然是脱开的，仅此一点区别就决定了直埋蒸汽管道不能按照直埋热水管道的设计方法进行设计。1.2、直埋蒸汽管道的设计思路：综上所述直埋蒸汽管道不能采用直埋热水管道的设计方法，因此我们对直埋蒸汽管道设计的基本构思借鉴了地沟与架空管道的设计方法，同时又特别明确了它与地沟或架空管道的设计方法也存在着区别。主要的区别是直埋蒸汽管道的保温结构对管道热膨胀及管道补偿方式的影响及限制。此外，地沟及架空管道两固定点之间的最大长度是由管道失稳条件决定的，它与管径的大小及补偿器

6、的补偿能力有关，而直埋蒸汽管道两固定点之间的最大长度在受补偿器补偿能力的限制的同时也受管道保温结构的约束。例如，由于保温结构对直管段及弯头的径向位移空间的限制，使得直埋蒸汽管道不能象地沟或架空管道那样可以利用管网的实际路由走向选择不同形式的补偿器，直埋蒸汽管道的补偿器只能采用轴向型的，自然补偿管段也只能设计得较短。而直埋蒸汽管道的强度验算和地沟或架空敷设的设计方法是一致的，即采用弹性分析的方法，工程实践证明这种设计方法是可靠的。2、合理地选择预制复合保温管道是直埋蒸汽管道工程设计的关键：当我们做一项工程设计时，首先要根据工程的实际情况

7、合理选择复合保温管，确认它的保温结构、材料及其性能能满足设计参数及工程特性的要求，并根据管网的布置状况向生产厂家明确提出管系及特殊管件的具体要求。直埋蒸汽管道对管道的保温材料及保温结构的基本要求是，保温材料本身的性能优良，具有较强的憎水性，并且在特殊环境(如高温)下其自身特性变化不大；保温管道的整体结构要具有足够的机械强度；外保护套要有可靠的防腐能力和承内压、外载能力。此外，直埋蒸汽管道还应满足以下要求：2.1、管道在保温层内能够充分地滑动管道在工作时因温度的变化会出现热胀冷缩，在直管段上产生轴向位移，在弯头及其附近会有轴向位移和径向

8、位称同时产生。为了保证管系热应力的充分释放同时减小管道对固定墩的推力，要求管道与保温层之间的滑动摩擦系数要低。现生产厂家多采用在管道与保温层之间设减阻层的方法，效果好的可将摩擦系数减小到0.3以下。当弯头处采取自然补偿的