直埋换热器蒸汽管道几个关键技术的思考

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2009-1-2 9:52:19 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器

 本文通过对直埋蒸汽管道设计、生产、施工等方面调查、研究,针对几个关键技术问 题进行了分析、探讨,供广大供热科技人员参考。

关键词: 直埋蒸汽管道 保温结构 内固定支架 微量变形

一、直埋蒸汽管道技术发展概况

  目前,我国直埋蒸汽管道市场需求愈来愈大,而且有迅猛发展之势。这种局面的出现, 主要由以下原因促成:

  A、我国推广“集中供热”、“热电联产”、“三联供”等节能、环保政策的需要;

  B、现代文明城镇建设的加速和对节能、环保的高要求;

  C、国家为了提高人民生活质量水平,供热范围由严寒的“三北”地区(即华北、东北 、西北)向广阔的冬寒夏热的“过渡地区”扩展的需求。

1.1、研究、开发、应用等方面取得了长足进步

  为适应直埋蒸汽管道迅速发展的市场需求,近几年来我国广大科技人员、生产厂家在直 埋蒸汽管道技术的研究、开发、应用等方面,付出了大量心血,取得了长足进步。保温结构 型式和选用材料之多样化,工程实践规模之大,世界上没有一个国家可以和我们相比。笔者 曾多次和德国布鲁格、意大利索克萨姆以及美国等多家公司交流,他们一般最大管径Φ500m m,用量也不大,而目前我国山东济南、河北石家庄、陕西西安、辽宁大连、河南、江浙等 地区所采用的直埋蒸汽管道已超过Φ500mm,有的已达Φ900mm。保温结构型式有内滑动、外 滑动,选用的耐高保温材料有微孔硅酸钙、玻璃棉管壳、热压珍珠岩、硅珠保温材料、复合 硅酸盐等。保温结构型式、选用保温材料种类很多。因此在直埋蒸汽管道开发和应用领域, 我国并不比发达国家落后。

1.2、一方面肯定研究、开发方面的宝贵经验,另一方面也应清醒地认识到目前我国蒸 汽管道直埋敷设技术在研究、设计、生产、材料、检测等方面,尚存在着理论、技术、管理 等方面诸多问题,距这项技术的完善还有很大距离。笔者通过对南、北方一些工程事故调研 发现,由于基础理论研究滞后于开发,设计计算不确,产品粗制滥造,施工马虎从事,运行 违规操作等,造成部分蒸汽管道直埋不久便出现“跑、冒、漏、伤”,“带病运行”问题, 遗患于后,危及安全生产。在此种情况下,应冷静、客观地对以往的实践进行实事求是的科 学分析、研究、总结,继而加强科研力度,以促进蒸汽管道直埋技术的进一步提高和完善。

二、对直埋蒸汽管道几个关键技术的思考与探讨

  蒸汽管道直埋技术是一项涉及热力学、材料力学、岩土力学、流体力学以及有机材料、 无机材料、防腐、电化学等多学科的系统工程,而且投入生产后是动态运行,所以蒸汽管道 直埋敷设与热水管道直埋敷设相比较,技术复杂的多。据有关专家总结,直埋蒸汽管道通常 有三大系统,十三个结点处理,每一项处理不当,就会立即或即将造成工程事故,隐患性很 大。篇幅所限,不能展开讨论,下面仅对几个关键技术提几点参考意见,以期“抛砖引玉” 。

2.1、关于保温结构计算

  2.1.1、蒸汽管道直埋敷设与架空、地沟敷设传热状态不同,架空敷设是向无限空间传 热,地沟敷设是热介质通过保温材料、流动空气层、沟壁等以不同传热状态向周围土壤传热 ,而直埋敷设,简化讲热介质是向周围土壤按一维稳态传热,土壤可视为保温结构一部分。 以目前国内常用的内滑动式复合结构蒸汽保温管为例,计算过程中首先应划定三个界面温度。

  无机保温材料与有机保温材料接触处可视为第一界面,外保护层与土壤接触处视为第二 界面,地表与空气接触面视为第三界面。计算时应先控制三个界面温度,第一界面温度控制 在有机材料耐温能力以下;第二界面温度应控制保护层的防腐、防水及机械性能不遭受大幅 度衰减或破坏;第三界面温度则控制不会因界面温度升高而使得管道周围土壤热阻值提高, 从而造成第一、二界面温度升高破坏保温结构。所以在保温结构计算过程中,应校核当地极 高、极低环境温度的影响,必要时应适当调整保温结构各层保温材料的厚度,以确保保温结 构安全。同时,计算过程中不能简单地按架空管道保温结构或按<通则>中公式进行计算,而 应结合节能50%,管网输送效率提高到大于90%的要求(“直埋蒸汽管道保温结构研究与计 算”,《区域供热》2001年第1期)。

  2.1.2、保温计算中,对土壤、保温材料的导热系数选取不能草率,这两个系数的选取 正确与否,往往影响保温效果和管道运行安全性。

  土壤的导热系数在0.5~2.5w/m.k之间,跨度很大,其大小与土壤种类、含水量大小、 化学成分、埋设条件等多种因素有关。在工程设计时应坚持实测当地土壤导热系数或求助当 地地质部门提供资料,认真确定土壤导热系数值。如果只根据“无资料可查时取1.5w/m.k” 确定土壤导热系数不是科学的,因为不能确切反映管道所处的土壤实际情况,造成计算结果 误差很大。例如南方高水位地区和西部干燥地区的土壤导热系数值相差成倍,那么保温结构 计算结果也会差异很大,如果草率计算,会造成管道表面温度过高或过低,破坏管道保护层 或不经济。所以,应使用当地实测土壤导热系数值来计算。石家庄供热指挥部等单位坚持实 测导热系数的做法是科学态度。

  对各种保温材料的导热系数,不能简单以厂家提供的单体数值为准,而应搞清楚该数值 是在何种温度,何种条件,哪一级检测部门测定的,有否导热系数方程式。然后尽量参照行 业标准确定的导热方程式来选取、确定导热系数。例如微孔硅酸钙,笔者见过几个厂家标出 的导热系数都不同,这时应凭据标准GB/T10699-1998〈硅酸钙绝热制品〉相关条文选取, 送样检测后确定导热系数。

2.2、保温结构型式选择应因地制宜

  由于蒸汽管道介质温度高,保温结构不可能做成像直埋热水管道那样“三位一体”,需 要做成“脱开式”,即工作钢管与保温层或外护层脱开。

  2.2.1、国外基本是采用钢外护层

  德国、美国采用外滑动式,即绑缚着保温材料的工作钢管在钢外护层内滑动。只有意大 利萨克索姆公司是采用工作钢管在保温层内滑动,即内滑动式(但他们没有设内滑动层)。 实事求是讲,国外对于蒸汽直埋技术基础理论研究及实验并不深入,只是由于他们国家的经 济条件、技术条件等优越,制造工艺精细,外防腐技术指标高,施工要求严格,所以价格也 很高。

  2.2.2、我国对于蒸汽管道直埋技术的研究与开发,是摸索前进的,在摸索保温结构型 式过程中,大致分为三个阶段。

  外护层:

  第一阶段:采用“塑套钢”,型式,即外护层采用高密度聚乙烯,工程实践发现,聚乙 烯耐温能力太差,当局部热流外泄,很容易造成外护层蠕变、鼓胀破坏,聚乙烯做外护层不 适用于蒸汽管道,目前已成为共识。

  第二阶段:采用玻璃钢做外护层,而温能力大大强于聚乙烯,加工工艺由于是采用缠挠 式,与采用聚乙烯管做保护层需要穿管比较,可以克服偏心,质量有保证。但由于对玻璃钢 制造工艺机理了解不透,采用了简陋方式,同时,玻璃钢外护层标准当时还没有颁布。制造 的玻璃钢外护层质量低下,运输、安装过程中再违规操作,出现局部开裂破坏,动摇了采用 玻璃外护层的信心。

  第三阶段:仿照国外采用钢外护层,即钢地沟型式。由于国情所限,完全仿照国外,使 用单位经济难以承受,制造企业只能简易从事,但它的“优势”是前二年、三年不易发现问 题,于制造商保一个运行循环有利,所以近期这种型式较为“走火”。不过建立开发、使用 单位应冷静考虑遗患未来问题,如防腐、电化学、检修等问题。关于此问题还要详细探讨。

  保温层:

  第一阶段:主要采用岩棉、复合硅酸盐毡与聚氨酯泡沫复合。工程事故教训说明上述两 种材料存在两大问题,一是遇潮板结变形,二是支撑力不够,特别较大管径保温管,很容易 被埋土压扁破坏,现在已基本不再用。

  第二阶段:采用微孔硅酸钙瓦与聚氨酯泡沫复合。由于硅酸钙瓦之间有缝隙,当管道运 行后容易裂缝,造成局部热流外泄,破坏有机保温层和保护层,虽然采取了一些措施,但仍 未能保证热流不外泄问题。

  第三阶段:多极化,“百花争艳”,硅酸钙、高密度玻璃棉管壳、硅珠复合材料等,现 在正在通过实践检验。



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