供热管道直埋技术简析

 中国供热设备网  本文对蒸汽管直埋敷设技术进行了介绍，由于高温蒸汽介质的特殊性，蒸汽直埋管道敷设不同于常规的热水管道，本文从保温层性能要求出发，给出了蒸汽直埋管道的最小保温层厚度计算方法，并针对蒸汽管道直埋技术提出了设计中应该注意的问题。
  0 供热管道直埋技术简介
敷设供热管网需要选择布局合理的方式，供热管网是热电联产集中供热系统的三个组成部分之一，将热电厂中蒸汽或热水输送到采暖用户或者工业用户。在目前的集中供热系统中，随着供热半径不断增大，管网建设的投资也越来越大，管道的建设费用能占到总供热工程投资的1/3~1/2。因此，供热管网优化在节省投资、节约能源和保护环境中起着重要的作用。敷设供热管网的主要要求就是保证管网的安全可靠运行、节省投资、使用寿命长、维修方便等。因此，正确选择管道的敷设方式显得尤为重要。

供热管道敷设分为地上和地下两种方式。地上敷设的方式是一种传统的相对经济的方法。由于它不接触地下水和土壤，因而便于操作和管理，容易查找和排除故障。然而，对于大面积的集中供热系统，地上敷设的热损失较高，特别是对城市环境的影响较大。集中供热管道敷设在地下是最常用的一种敷设方式，如供热管道置入地沟等。由于地沟敷设的方式可以保证管道不暴露，因而可以避免雨雪等对管道的影响，为了解决管道受不同温度下自由膨胀和收缩的问题，地沟中可以设置专门的管道连接装置，这就是所谓的地沟敷设。地沟敷设相比地上敷设会省略地上支架等结构，解决了占用地上空间的问题，但它的成本要比地上架设高。目前供热管道直埋敷设技术得到了迅速的发展，世界上许多先进国家普遍使用该方式。我国也制定了一些相关的技术标准，如CJJ/T81-98《城市直埋供热管道工程技术规程》成为接近成熟和发展相关的行业标准，CJ/T114-2000《高密度聚乙烯外护套管埋地预制聚氨酯泡沫保温管》等。虽然蒸汽管直埋技术在实际工程中已经被部分应用，但还有许多需要解决的问题。

综上所述，不难看出正确的管网布局和供热管道敷设方式是热网效益的重要指标。管道热损失和管道阻力损失是供热管道效率的重要标志。

1 蒸汽管直埋技术
蒸汽直埋管作为城市热网的组成部分，直埋蒸汽管道首先应符合行业标准CJJ34《城市热网的有关规定设计规范》。该规范中对管道水平或垂直间距都给出了具体要求。如果实地状况不能满足间距要求，则应采取有效措施以增强管道的保温。直埋蒸汽管道敷设深度也有最低要求，根据不同的结构，最小敷设深度不一样。

直埋蒸汽管道敷设的两点特殊性：
（1）直埋中的蒸汽管应敷设在地下管线的绝大多数管道的上部，并考虑管道的热补偿方法。
（2）由于蒸汽直埋管道保温的特点和要求，蒸汽管道是用来运输高温蒸汽，管道热损失并不需要使用■分析的方法来计算管道效率。
由于直埋蒸汽管的特殊性，因而具有以下几个特点：
（1）蒸汽直埋管道不同于常规的热水管道，因而在架空或地沟敷设蒸汽管道时与热水敷设方式不同。一般直埋蒸汽管需要输送超过200℃的蒸汽，而常规的直埋热水管只需要输送100℃~150℃的热水。另外，管道直埋技术在热传递上也是不同于地沟敷设和地上敷设，直埋蒸汽管道保温是通过导热的方式向周围的土壤传递热量，而地上管道和地沟管道则是通过对流换热的方式向大气传热。因此直埋敷设技术的设计方法与其他方式不同，地上和地沟敷设可以设置为等同热阻环境（空气），而直埋管道的环境（土壤）受许多因素影响，例如：
土壤性质（主要是土壤热导率），管道的深度和管道直径等。此外，土壤本身是一种保温介质，使土壤的热阻比空气的热阻具有更多的变化范围，因而给设计计算带来一定的困难。

（2）供热直埋管道往往需要与其他各种管道并行或交叉敷设，为了避免其他管道漏水等腐蚀供热管道，因而需要对供热管道保温层特殊设计，增强抗腐蚀和抗渗漏的性能。尤其是节点（如弯头，三通，疏水和排气等）的防水和防漏要求。
（3）由于高温蒸汽通常在200℃以上，热补偿是非常重要的。

2 直埋蒸汽管道的保温要求
直埋蒸汽管道由于输送高温蒸汽和直埋敷设的要求，因而对保温有几点要求：
（1）钢管和保温材料需要隔绝。可以采用不同材质的保温材料。
（2）蒸汽直埋管道对保温材料的要求除了基本的直埋管道的要求外，对防水和防漏的要求更高，以确保管道的安全和运行的可靠性。

3 直埋蒸汽管道保温层厚度计算方法

供热管道的保温层厚度计算一般从经济性考虑，即保温管道每年投资回报率、管道保温热损失费、每年的维修费用和运行成本的总和最小。由于直埋蒸汽管道的特殊性，虽然能满足敷设经济性的要求，但由于难以控制管道外表面温度，因而在管道安全和环境保护等方面带来了许多问题。因此，直埋蒸汽管道的保温层厚度不应使用常规的经济性算法，只能根据管道与土壤的传热特性计算。

根据蒸汽直埋管传热机理分析，保温厚度计算的主要影响因素有：
（1）蒸汽最高温度；
（2）保温材料的性能；
（3）钢管的公称直径；
（5）管道的敷设深度；
（6）土壤性质；
直埋蒸汽管道通常使用复合保温结构。复合保温层分为空气和非空气层两种，无空气层复合保温结构如图1所示。钢管外有保护层，向外依次是无机保温层和有机保温层，以及外套钢管。
直埋蒸汽管道对材料保温性能要求：
（1）无机保温层需要吸水率小的材料，最好是憎水性的。导热系数较低，抗压强度高。比较常用的材料有憎水岩棉和玻璃棉。
（2）有机保温层主要采用聚氨酯泡沫塑料。该保护层需要整体铸造，避免焊缝的出现，并将无机层和外保护管连成一体。
（3）外套管一般采用钢套钢结构，从而可以加强保温与整体的防水性能。管道的防腐层可以采用多层防腐的结构。
 --河北昊天热电设备集团有限公司 郑中胜