鋼套鋼蒸汽管道直埋過河的設(shè)計(jì)

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，探討了在鋼套鋼蒸汽管道直埋過河設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的關(guān)鍵問題——熱補(bǔ)償、防水、抗浮、排水、排潮、焊接檢驗(yàn)，提出了今后應(yīng)進(jìn)一步研究的問題。關(guān)鍵詞：蒸
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，探討了在鋼套鋼蒸汽管道直埋過河設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的關(guān)鍵問題——熱補(bǔ)償、防水、抗浮、排水、排潮、焊接檢驗(yàn)，提出了今后應(yīng)進(jìn)一步研究的問題。
關(guān)鍵詞：蒸汽管道；鋼套鋼蒸汽管道；直埋；過河；熱補(bǔ)償；防水；抗浮；排潮
Design of River Crossing of Directly Buried Steel Steam Pipeline with Steel Jacket
CHENG Jian-kun，LI Qiu-peng
Abstract：Combined with a project example，the key problems including compensation of thermal expansion，waterproofing，anti-floating，drainage，tidal drainage and welding test to which attention should be paid in design of river crossing of directly buried steel steam pipe with steel jacket are discussed，and some problems requiring further research in the future are put forward.
Key words：steam pipeline；steel steam pipe with steel jacket；direct burying；river crossing；compensation of thermal expansion；waterproofing；anti-floating；tidal drainage
1 工程概況
   承德熱力集團(tuán)在熱電廠遷建項(xiàng)目中為滿足老用戶用汽需求，于2008年敷設(shè)DN 600mm和DN 500mm蒸汽主管道7km，采用鋼套鋼外滑動(dòng)管材，由工作鋼管(以下簡稱內(nèi)管)和外護(hù)鋼管(以下簡稱外管)組成，保溫材料采用超細(xì)玻璃絲綿，固定支架采用內(nèi)固定，全線直埋敷設(shè)[1]。電廠蒸汽出口參數(shù)為：溫度310℃、壓力0.98MPa。此管道3次穿越灤河，穿越處管道規(guī)格分別為DN 600mm、DN 500mm、DN 250mm，穿越處主河道寬度為240～260m。為了不影響灤河景觀帶的景觀，3處穿越均為河底直埋敷設(shè)。由于此河道不通航，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，過河直埋管道采用大開挖形式施工，在枯水期河床寬度較窄，較適合此種施工方式。施工時(shí)通過圍堰改變河床位置，分段施工[2]。下面以DN 600mm管道為例進(jìn)行介紹。
2 熱補(bǔ)償
    管網(wǎng)除過河處外均采用直埋外壓波紋管補(bǔ)償器進(jìn)行熱補(bǔ)償?？紤]到埋在河底的管道檢修、運(yùn)行等方面原因，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，過河管道采用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)姆绞?。以下是針對過河管道對幾種補(bǔ)償方式的比較。
   ① 波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償
   波紋管補(bǔ)償器在直埋蒸汽管道中最為常用，其主要優(yōu)點(diǎn)為：管網(wǎng)布置簡單，占地少，技術(shù)成熟；缺點(diǎn)為：內(nèi)壓力大，補(bǔ)償量小，補(bǔ)償器設(shè)置數(shù)量較多。DN 600mm波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償量基本在300mm以下，針對該過河管道，按每個(gè)補(bǔ)償管段4根12m直管加上固定節(jié)、疏水裝置等管件計(jì)算，每個(gè)補(bǔ)償管段長度約為52m，計(jì)算補(bǔ)償量為240mm。該DN 600mm過河管道長度為250m，則需要分為5段，需要裝波紋管補(bǔ)償器5只。由于補(bǔ)償器屬于管網(wǎng)中薄弱環(huán)節(jié)，在河床下設(shè)置補(bǔ)償器無疑給將來的運(yùn)行檢修留下隱患。
    ② 方形補(bǔ)償器補(bǔ)償
    方形補(bǔ)償器屬于直管和彎頭焊接結(jié)構(gòu)，比波紋管補(bǔ)償器安全性、密封性高，但由于其補(bǔ)償量小，需設(shè)置大量補(bǔ)償器及支架，增加了大量設(shè)備購置費(fèi)；對于大管徑管道，方形補(bǔ)償器占地面積較大，焊口較多，增大了土方開挖量及管道安裝時(shí)間，增加了施工費(fèi)用。經(jīng)綜合考慮，不宜采用。
   ③ 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器補(bǔ)償[3、4]
   旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)在于補(bǔ)償量大，對整個(gè)過河管段，只需在岸上安裝1對補(bǔ)償器即可滿足補(bǔ)償要求，節(jié)省造價(jià)；河床下均為直管段，安全性高，檢修工作量小。其缺點(diǎn)是需要建設(shè)井室，而且井室較大，防水處理較為復(fù)雜，防水井室造價(jià)較高。根據(jù)地形條件，采用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器時(shí)過河管道布置見圖1。
 
3 防水
    外管應(yīng)采用較高防腐等級，由于此段管道埋在河床下，并長期浸泡于水中，一旦外管腐蝕滲漏，保溫層進(jìn)水，則影響保溫效果，增大熱損失；如果大量漏水，則影響運(yùn)行，需對滲漏處進(jìn)行處理，但很難確定漏水位置，增加檢修工作量。故在設(shè)計(jì)時(shí)對此段管道防腐等級要求比較嚴(yán)格，采用了特加強(qiáng)級防腐。對保溫補(bǔ)口防腐也應(yīng)及時(shí)進(jìn)行，防腐等級與外管相同。防腐層應(yīng)采用電火花檢測儀檢測，測漏電壓為5000V。
    對于井室土建防水，根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB 50108—2008，確定此井室防水采用二級設(shè)防，主體結(jié)構(gòu)采用防水混凝土內(nèi)襯鋼板的做法。
    管道穿井室采用井室防水密封裝置，DN 600mm管道外管的外徑為1020mm，外管計(jì)算熱伸長為185mm，如果外管與井壁采用止水環(huán)剛性連接，限制外管的位移，則外管對井室的推力將達(dá)到6200kN。采用傳統(tǒng)的柔性密封方式可靠性較差。解決這一問題的方法有兩個(gè)：①外管加裝波紋管補(bǔ)償器，但又存在波紋管補(bǔ)償器長期浸于水中檢修、維護(hù)問題。②外管與井壁連接處采用防水性能較為可靠的井室防水密封裝置，此裝置結(jié)構(gòu)與套筒補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)相似，確保了井室整體的防水性。經(jīng)研究，在此工程中采用了井室防水密封裝置，通過專用注料器把密封填料通過注料口壓進(jìn)填料空腔，這樣在保證外管自由伸縮的同時(shí)也阻止水滲漏入井室。井室防水密封裝置見圖2。
 
    內(nèi)外管之間設(shè)波紋端封。為避免事故狀態(tài)下井室進(jìn)水導(dǎo)致保溫層進(jìn)水，需將內(nèi)外管之間封閉。但內(nèi)外管相對位移較大，封閉裝置采用不銹鋼波紋端封形式，波紋端封補(bǔ)償量按內(nèi)外管相對位移選取，經(jīng)計(jì)算波紋端封補(bǔ)償量為1050mm。這樣有效地解決了保溫層進(jìn)水及內(nèi)外管相對位移的問題。波紋端封結(jié)構(gòu)見圖3。
 
4 抗浮驗(yàn)算
   ① 管道抗浮
   管道敷設(shè)在浸水的土壤中時(shí)會(huì)受到靜水或流水的作用而產(chǎn)生浮力，為了克服浮力對管道產(chǎn)生的影響，必須采取一定的措施來保證管道的穩(wěn)定性。使用加重塊可以抵消浮力的作用，為降低造價(jià)，設(shè)計(jì)中采用毛石混凝土砌筑重塊，重塊的尺寸和數(shù)量由土建專業(yè)通過計(jì)算來確定。重塊砌筑完成后，才能進(jìn)行管溝的回填，保證管道在管溝中的設(shè)計(jì)位置。
   ② 井室抗浮
   由于井室體積較小，經(jīng)計(jì)算，井室底板向外突出部分上部的土重和壁板與土的摩擦力大于地下水對井室的浮力。故井室不需要采取特殊的抗浮措施。因?yàn)榫乙坏┥细『茈y歸位，所以在施工時(shí)，井室澆筑后，回填前，應(yīng)嚴(yán)格控制地下水位，采取可靠的降水措施，避免井室上浮。
   在直埋管道過河的設(shè)計(jì)中，抗浮計(jì)算是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)充分重視埋地管道和井室的抗浮設(shè)計(jì)，有效防止管道上浮造成的安全事故。
5 排水、排潮
   由于過河處管道埋深較深，使過河管道呈u形布置，成為系統(tǒng)的低點(diǎn)。在系統(tǒng)水壓試驗(yàn)及暖管過程中會(huì)存在大量的積水，運(yùn)行中如不及時(shí)排出，積水將會(huì)發(fā)生水擊，影響正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對管道造成破壞。經(jīng)計(jì)算，過河段管道積滿水時(shí)水的質(zhì)量將達(dá)到73t，僅靠疏水裝置排水，排水時(shí)間將過長。針對這一問題，設(shè)計(jì)時(shí)在旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器井室內(nèi)加裝了低點(diǎn)排水裝置(見圖1)，采用DN 80mm雙閥串聯(lián)排水裝置，主要是為了排出運(yùn)行前期的管內(nèi)積水，在正常運(yùn)行時(shí)嚴(yán)禁開啟。
排潮管是直埋蒸汽管道不可缺少的重要組成部分，主要是為了排出保溫管在生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝過程中保溫材料吸收的潮氣，并可以作為管道泄漏的報(bào)警裝置。此過河管段左側(cè)為封閉固定節(jié)，右側(cè)為端封封閉，故此段僅需加一個(gè)排潮管即可，設(shè)計(jì)時(shí)把排潮管設(shè)在端封上(見圖3)。
6 焊接檢驗(yàn)
    在管道安裝過程中，焊口是管道中的薄弱環(huán)節(jié)。此過河管段中，內(nèi)外管焊口共80余道，埋入河底后任何一道焊口出現(xiàn)問題都很難確定位置，而且維修困難。因此，在設(shè)計(jì)中對焊口的檢驗(yàn)提出了較為嚴(yán)格的要求，要求過河部分管道焊縫100%進(jìn)行X射線探傷檢查，焊縫內(nèi)部質(zhì)量不得低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼管環(huán)縫熔化焊對接接頭射線透照工藝和質(zhì)量分級》GB/T 12605—2008中的Ⅲ級質(zhì)量要求[5]。
7 結(jié)語
    本工程中沒有要求鋼套鋼蒸汽管道外管的內(nèi)側(cè)防腐和鋼管的陰極保護(hù)。在以后的工作中還應(yīng)對外管是否做內(nèi)側(cè)防腐和過河管道鋼管是否需要陰極保護(hù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
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(本文作者：程建坤 李秋鵬 河北華熱工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 河北承德 067000)