蒸汽管道直埋敷设设计的探讨

蒸汽管道直埋敷设设计的探讨

杨平修高远

摘要：探讨蒸汽管道直埋敷设和补偿、固定墩设置防滑移及倾覆、系统的排汽和疏水

关键词：蒸汽管道直埋敷设固定墩防滑移和倾覆排气和疏水

0．引言

蒸汽直埋管道敷设已被广泛的应用于城市热力网设计，下面笔者就设计、协助热力公司进行现场热力系统调试中，对蒸汽管道直埋敷设遇到的问题进行探讨。

在蒸汽直埋管道工程设计过程中，应根据热负荷的大小和发展情况，按照蒸汽的压力、温度和地形、土壤结构等因素进行设计计算、选择管材及保温结构，设置补偿器和控制阀门以及排汽阀、疏水阀，布置直埋管道固定支墩。

1．蒸汽管道直埋敷设和补偿

（1）蒸汽管道的直埋敷设

蒸汽管道直埋敷设主要为城市热力管网的热源管道，目前常用的预制直埋保温管最高运行温度为140℃，蒸汽压力小于0.3MPa。压力大于0.3MPa的蒸汽直埋保温管道，其保温应根据介质温度采用五层高温复式保温结构形式，由工作钢管向外分为硅酸铝减阻层、硅酸钙瓦高温隔热层、铝箔反射层、聚氨脂保温层及高密度聚乙烯保护层。其技术指标必须符合《高密度聚乙烯外护管聚氨脂泡沫塑料预制直埋保温管》CJ/T114的要求。蒸汽管道采用直埋敷设与传统的地沟敷设相比具有占地少、不需砌地沟、不需做防水工程、施工周期短等优点，在保证施工质量的前提下，直埋敷设在地下的蒸汽管道维护工作量小，直埋敷设的蒸汽管道使用寿命可达40～50年，而地沟敷设的蒸汽管道使用寿命仅20年。由于复合保温埋地蒸汽管各保温材料与管道紧密结合，没有缝隙，保护层也是严密的，加上土壤也起保温作用，减少热损失，节能效果好，很适合城市热力建设的需要。

（2）直埋蒸汽管道的补偿

埋地蒸汽管道分有补偿敷设和无补偿敷设两种，无补偿埋地管道适用距离较

短，平面、立面管道转角较多，且可通过转角管段达到自然补偿。有补偿敷设的蒸汽埋地管道常用的补偿器有直埋外压式波纹补偿器和直埋全密封防腐波纹补偿器。在设计中应注意，在主直干管上宜选择直埋外压式波纹补偿器，应成对布置，且应法兰连接。选择补偿器补偿能力不应小于过渡段热伸长量或分支三通位移的1.1倍，当过渡段一端为驻点时，应乘以1.2系数，但不应大于按过渡段最大长度计算出的伸长量的1.1倍。为避免由于供气压力波动频繁，形成补偿器伸缩频繁而引起波纹管疲劳损坏，影响安全供汽，选择补偿器满足管网轴向补偿量X0时，其疲劳损坏次数不得小于1500次。压力波动不太频繁的支线，伸缩选择满足管网轴向伸长量X0时，其疲劳损坏次数不得小于1000次，补偿器宜选用直埋全密封防腐波纹补偿器，采用管式焊接连接。

2.固定墩设置防滑移及抗倾覆

（1）固定墩设置的原则

固定墩设置必须满足以下条件：管道在两固定墩间的热伸长值，不得超过两固定墩间补偿器的允许补偿值。管道的垂直荷重和各向推力和力矩，不得超过固定墩结构强度计算的允许值。固定墩的设置，应能防止管道产生振动。

直埋敷设管道支墩间距表

公称直径（mm）最大允许轴向力

（KN）

最大间距

（m）

单位管长摩擦力

（KN/m）

50 15 35 1.8

65 15 35 2.1

80 20 45 2.4

100 25 55 3.1

125 40 70 3.6

150 70 80 4.0

200 115 80 5.3

250 165 85 7.1

300 250 95 8.2

400 290 85 10.9

500 455 85 12.8

600 685 60 15.0 （2）固定墩防滑移及抗倾覆

固定墩结构设计应以管道热胀冷缩受约束产生的作用力，内压产生的不平衡力，活动端位移产生的作用力计算管道对固定墩的推力作为固定墩立板设计的主要依据。固定墩底板设计应以管道对固定墩形成推力后不倾覆、不滑移为原则。固定墩设置后必须进行抗滑移和抗倾覆的稳定性验算：

抗滑移验算 Ks＝(KEp+f

1+f

2

+f

3

)/(Ea+T) ≥1.3

抗倾覆验算 K

0v ＝｛KE

p

X

2

+(G+G

1

)d/2｝/｛E

a

X

1

+T(H-h

2

)｝≥1.5

σmax≤1.2f

E P =1/2ρgbh(h

1

+H)tg2(45°+φ/2)

E P =1/2ρgbh(h

1

+H)tg2(45°-φ/2)

式中 E

P

—背动土压力（N）；

E

a —主动土压力（N），当固定墩前后为粘性土时E

a

可略去；

f 1、f

2

、f

3

—固定墩底面、侧面及顶面与土壤产生的摩擦力（N）；

T—供热管道对固定墩作用力（N）；

K

s

—抗滑移系数；

K

0v

—抗倾覆系数；

K—固定墩后背土压力折减系数，取0.4～0.7；

f—地基承载力设计值（P

a

）；

G—固定墩自重（N）；

G

1

—固定墩上部覆土重（N）；

σmax—固定墩底面对土壤的最大压应力（P a）；

b、d、h—固定墩的几何尺寸（宽、厚、高）（m）；

h

1、h

2

、H—固定墩顶面、管孔中心和底面至地面的距离（m）；

X

1—主动土压力E

a

作用点至固定墩底面距离（m）；

X

2—被动土压力E

P

作用点至固定墩底面距离（m）；

φ—回填土内摩擦角，对砂土取30℃。

为降低工程造价，增加固定墩的稳定性，笔者认为尽可能将固定墩设置于分支管阀门井或补偿器检查井内，以阀门井壁经计算后作为固定墩的立板，或在补偿器井内增设固定墩立板。在设计过程中，应根据地形地貌、沿途热用户的多少综合考虑，根据实际情况确定具体方案。