鍋爐換熱

直埋換熱器蒸汽管道幾個關鍵技術的思考 一

時間:2006-8-14  編輯:suiyue  來源:來信或留言  投稿郵箱:[email protected]
內容摘要:摘要: 本文通過對直埋蒸汽管道設計、生產、施工等方面調查、研究,針對幾個關鍵技術問 題進行了分析、探討,供廣大供熱科技人員參考。 關鍵詞: 直埋蒸汽管道 保溫結構 內固定支架 微量變形 一、直埋蒸汽管道技術發展概況   目前,我國直埋蒸汽管道市場需求愈來愈大,而且有迅猛發展之勢。這種局面的出現, 主要由以下原因促成:   A、我國推廣“集中供熱”、“熱電聯產”、“三聯供”等...
摘要: 本文通過對直埋蒸汽管道設計、生產、施工等方面調查、研究,針對幾個關鍵技術問 題進行了分析、探討,供廣大供熱科技人員參考。

關鍵詞: 直埋蒸汽管道 保溫結構 內固定支架 微量變形

一、直埋蒸汽管道技術發展概況

  目前,我國直埋蒸汽管道市場需求愈來愈大,而且有迅猛發展之勢。這種局面的出現, 主要由以下原因促成:

  A、我國推廣“集中供熱”、“熱電聯產”、“三聯供”等節能、環保政策的需要;

  B、現代文明城鎮建設的加速和對節能、環保的高要求;

  C、國家為了提高人民生活質量水平,供熱范圍由嚴寒的“三北”地區(即華北、東北 、西北)向廣闊的冬寒夏熱的“過渡地區”擴展的需求。

1.1、研究、開發、應用等方面取得了長足進步

  為適應直埋蒸汽管道迅速發展的市場需求,近幾年來我國廣大科技人員、生產廠家在直 埋蒸汽管道技術的研究、開發、應用等方面,付出了大量心血,取得了長足進步。保溫結構 型式和選用材料之多樣化,工程實踐規模之大,世界上沒有一個國家可以和我們相比。筆者 曾多次和德國布魯格、意大利索克薩姆以及美國等多家公司交流,他們一般最大管徑Φ500m m,用量也不大,而目前我國山東濟南、河北石家莊、陜西西安、遼寧大連、河南、江浙等 地區所采用的直埋蒸汽管道已超過Φ500mm,有的已達Φ900mm。保溫結構型式有內滑動、外 滑動,選用的耐高保溫材料有微孔硅酸鈣、玻璃棉管殼、熱壓珍珠巖、硅珠保溫材料、復合 硅酸鹽等。保溫結構型式、選用保溫材料種類很多。因此在直埋蒸汽管道開發和應用領域, 我國并不比發達國家落后。

1.2、一方面肯定研究、開發方面的寶貴經驗,另一方面也應清醒地認識到目前我國蒸 汽管道直埋敷設技術在研究、設計、生產、材料、檢測等方面,尚存在著理論、技術、管理 等方面諸多問題,距這項技術的完善還有很大距離。筆者通過對南、北方一些工程事故調研 發現,由于基礎理論研究滯后于開發,設計計算不確,產品粗制濫造,施工馬虎從事,運行 違規操作等,造成部分蒸汽管道直埋不久便出現“跑、冒、漏、傷”,“帶病運行”問題, 遺患于后,危及安全生產。在此種情況下,應冷靜、客觀地對以往的實踐進行實事求是的科 學分析、研究、總結,繼而加強科研力度,以促進蒸汽管道直埋技術的進一步提高和完善。

二、對直埋蒸汽管道幾個關鍵技術的思考與探討

  蒸汽管道直埋技術是一項涉及熱力學、材料力學、巖土力學、流體力學以及有機材料、 無機材料、防腐、電化學等多學科的系統工程,而且投入生產后是動態運行,所以蒸汽管道 直埋敷設與熱水管道直埋敷設相比較,技術復雜的多。據有關專家總結,直埋蒸汽管道通常 有三大系統,十三個結點處理,每一項處理不當,就會立即或即將造成工程事故,隱患性很 大。篇幅所限,不能展開討論,下面僅對幾個關鍵技術提幾點參考意見,以期“拋磚引玉” 。

2.1、關于保溫結構計算

  2.1.1、蒸汽管道直埋敷設與架空、地溝敷設傳熱狀態不同,架空敷設是向無限空間傳 熱,地溝敷設是熱介質通過保溫材料、流動空氣層、溝壁等以不同傳熱狀態向周圍土壤傳熱 ,而直埋敷設,簡化講熱介質是向周圍土壤按一維穩態傳熱,土壤可視為保溫結構一部分。 以目前國內常用的內滑動式復合結構蒸汽保溫管為例,計算過程中首先應劃定三個界面溫度。

  無機保溫材料與有機保溫材料接觸處可視為第一界面,外保護層與土壤接觸處視為第二 界面,地表與空氣接觸面視為第三界面。計算時應先控制三個界面溫度,第一界面溫度控制 在有機材料耐溫能力以下;第二界面溫度應控制保護層的防腐、防水及機械性能不遭受大幅 度衰減或破壞;第三界面溫度則控制不會因界面溫度升高而使得管道周圍土壤熱阻值提高, 從而造成第一、二界面溫度升高破壞保溫結構。所以在保溫結構計算過程中,應校核當地極 高、極低環境溫度的影響,必要時應適當調整保溫結構各層保溫材料的厚度,以確保保溫結 構安全。同時,計算過程中不能簡單地按架空管道保溫結構或按<通則>中公式進行計算,而 應結合節能50%,管網輸送效率提高到大于90%的要求(“直埋蒸汽管道保溫結構研究與計 算”,《區域供熱》2001年第1期)。

  2.1.2、保溫計算中,對土壤、保溫材料的導熱系數選取不能草率,這兩個系數的選取 正確與否,往往影響保溫效果和管道運行安全性。 

  土壤的導熱系數在0.5~2.5w/m.k之間,跨度很大,其大小與土壤種類、含水量大小、 化學成分、埋設條件等多種因素有關。在工程設計時應堅持實測當地土壤導熱系數或求助當 地地質部門提供資料,認真確定土壤導熱系數值。如果只根據“無資料可查時取1.5w/m.k” 確定土壤導熱系數不是科學的,因為不能確切反映管道所處的土壤實際情況,造成計算結果 誤差很大。例如南方高水位地區和西部干燥地區的土壤導熱系數值相差成倍,那么保溫結構 計算結果也會差異很大,如果草率計算,會造成管道表面溫度過高或過低,破壞管道保護層 或不經濟。所以,應使用當地實測土壤導熱系數值來計算。石家莊供熱指揮部等單位堅持實 測導熱系數的做法是科學態度。

  對各種保溫材料的導熱系數,不能簡單以廠家提供的單體數值為準,而應搞清楚該數值 是在何種溫度,何種條件,哪一級檢測部門測定的,有否導熱系數方程式。然后盡量參照行 業標準確定的導熱方程式來選取、確定導熱系數。例如微孔硅酸鈣,筆者見過幾個廠家標出 的導熱系數都不同,這時應憑據標準GB/T10699-1998〈硅酸鈣絕熱制品〉相關條文選取, 送樣檢測后確定導熱系數。

2.2、保溫結構型式選擇應因地制宜

  由于蒸汽管道介質溫度高,保溫結構不可能做成像直埋熱水管道那樣“三位一體”,需 要做成“脫開式”,即工作鋼管與保溫層或外護層脫開。

  2.2.1、國外基本是采用鋼外護層

  德國、美國采用外滑動式,即綁縛著保溫材料的工作鋼管在鋼外護層內滑動。只有意大 利薩克索姆公司是采用工作鋼管在保溫層內滑動,即內滑動式(但他們沒有設內滑動層)。 實事求是講,國外對于蒸汽直埋技術基礎理論研究及實驗并不深入,只是由于他們國家的經 濟條件、技術條件等優越,制造工藝精細,外防腐技術指標高,施工要求嚴格,所以價格也 很高。

  2.2.2、我國對于蒸汽管道直埋技術的研究與開發,是摸索前進的,在摸索保溫結構型 式過程中,大致分為三個階段。

  外護層:

  第一階段:采用“塑套鋼”,型式,即外護層采用高密度聚乙烯,工程實踐發現,聚乙 烯耐溫能力太差,當局部熱流外泄,很容易造成外護層蠕變、鼓脹破壞,聚乙烯做外護層不 適用于蒸汽管道,目前已成為共識。

  第二階段:采用玻璃鋼做外護層,而溫能力大大強于聚乙烯,加工工藝由于是采用纏撓 式,與采用聚乙烯管做保護層需要穿管比較,可以克服偏心,質量有保證。但由于對玻璃鋼 制造工藝機理了解不透,采用了簡陋方式,同時,玻璃鋼外護層標準當時還沒有頒布。制造 的玻璃鋼外護層質量低下,運輸、安裝過程中再違規操作,出現局部開裂破壞,動搖了采用 玻璃外護層的信心。

  第三階段:仿照國外采用鋼外護層,即鋼地溝型式。由于國情所限,完全仿照國外,使 用單位經濟難以承受,制造企業只能簡易從事,但它的“優勢”是前二年、三年不易發現問 題,于制造商保一個運行循環有利,所以近期這種型式較為“走火”。不過建立開發、使用 單位應冷靜考慮遺患未來問題,如防腐、電化學、檢修等問題。關于此問題還要詳細探討。

  保溫層:

  第一階段:主要采用巖棉、復合硅酸鹽氈與聚氨酯泡沫復合。工程事故教訓說明上述兩 種材料存在兩大問題,一是遇潮板結變形,二是支撐力不夠,特別較大管徑保溫管,很容易 被埋土壓扁破壞,現在已基本不再用。

  第二階段:采用微孔硅酸鈣瓦與聚氨酯泡沫復合。由于硅酸鈣瓦之間有縫隙,當管道運 行后容易裂縫,造成局部熱流外泄,破壞有機保溫層和保護層,雖然采取了一些措施,但仍 未能保證熱流不外泄問題。

  第三階段:多極化,“百花爭艷”,硅酸鈣、高密度玻璃棉管殼、硅珠復合材料等,現 在正在通過實踐檢驗。  作者:穆樹方 蔡啟林
 

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