预制钢套钢蒸汽直埋保温钢管节能设计
预制钢套钢蒸汽直埋保温钢管节能设计
国内外供热管道直埋技术的发展已经有60多年的历史。随着高分子有机材料的发展,20世纪50年代初,国外开始研制预制保温管,采用聚氨酯泡沫塑料作保温材料,以高密度聚乙烯作为保温管的外壳 [1—4] 。由于这种保温管具有较好的防水性,因而 可用于地下水位高、土壤潮湿的地区。国内在20世纪50年代曾经采用浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷设方式,20世纪70年代采用沥青珍珠岩保温的供热管道直埋敷设技术。1977年对用沥青珍珠岩保温的直埋供热管道进行了无补偿直埋敷设实验。20世纪80年代出现了两种新型的预制保温管 [4,5] :一 种是保温结构为氰聚塑形式的预制保温管,一种是管中管形式的预制保温管。目前这两种形式的预制保温管已大量生产,并广泛应用于城市供热管网及工矿企业。近年来采用复合保温管结构的直埋供热管道也得到越来越广泛的应用。
预制钢套钢蒸汽直埋保温钢管节能设计
2 直埋供热管道计算与设计 2.1 直埋供热管道热力计算 直埋供热管道的敷设一般有两种方式:无补偿方式及有补偿方式。无补偿直埋供热管道敷设设计的理论基础是安定性分析理论和弹塑性分析理论。实践证明,对于dn500mm以下,使用温度在150
以下的供热管道可以采用无补偿敷设方式。有补偿 直埋供热管道敷设分为有固定点和无固定点两种方式。无固定点方式直埋管道敷设要求直管段长度小于两倍的两补偿器间的zui大距离lmax。供热管道一般采用材质为10号钢、20号钢无缝钢管。管道受热产生的热应力应不大于许用应力
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(3)两补偿器zui大间距计算 根据摩擦力要小于弹性力的原则,即ff<fe,则两补偿器zui大间距lmax按下式计算: lmax<feπ (πdff′) (4)zui大安装长度计算 直埋管道受热膨胀伸长,由于外壳管与沙层之间的摩擦力约束,因而在管道断面上产生了轴向应力。在固定端处的轴向应力zui大,在自由端处轴向应力为零。轴向应力可按下式计算: σax=πdlff′πa式中:σax 管道断面上的轴向应力,mpa。 (5)管道纵向稳定zui小埋设深度hmin 直埋供热管道在运行时处于轴向压缩状态,其稳定是靠上部的覆土来维持。因此,在直埋管道的上部要保持一定的覆土深度hmin。由于其轴向力计算较为复杂,一般工程上采用查表的方式[6] 。 2.2 直埋供热管道的设计要点 直埋供热管道用于输送热水、低压蒸汽等,应符合规范手册要求[6—8] 。设计要点如下: (1)对于车间内直埋管道敷设,由于上面有地坪,覆土深度可适当减少。另外,当直埋供热管道敷设已有不小于0.003的坡度,当其停止运行时,能够使管网凝结水(或冷凝水)通过自流排除的情况下,覆土深度可在冻土深度以上。对于北方严寒地区,由于冻土深度较厚,如果供热管道直埋在冻土深度以下,开挖的土方量是很大的,设计时采取以上方法可节省投资。
(2)管道的热补偿可采用波纹管补偿器、套筒式补偿器或方型补偿器。在车间内敷设时热补偿器宜布置在地沟(伸缩穴)内,上面设置活动盖板便于检修;在厂区敷设时热补偿器宜布置在检查井内,但如果采用寿命次数大的直埋型波纹管补偿器且采用焊接时,可直埋敷设。 (3)直埋管道的zui高点设放气阀,zui低点设放水阀。对于直埋蒸汽管道的敷设应每隔一定间距设一个疏水装置。放水阀和疏水装置布置于伸缩穴或检查井内。同时,伸缩穴或检查井内应设有集水坑。2.3 直埋供热管道的优点 供热管道的直埋敷设方式与地沟敷设方式相比优点如下:①开挖土方量小,不需设地沟,直埋敷设与不通行地沟敷设相比,可节省土建费用约30%
②施工简单,工期短。 3 直埋供热管道保温结构 直埋供热管道由无缝钢管、导线、保温层、保护 层4部分组成。主要有管中管预制保温管结构、预制保温管结构及复合保温管结构。 (1)管中管预制保温管 管中管预制保温管是由外套管、保温层、钢管3部分粘结成一个整体。保温材料采用硬质聚氨酯泡沫塑料,耐温性在120℃以下。外套管是高密度聚乙烯管,适用温度范围是-60～120℃。聚乙烯管具有较好的防水性,寿命较长。导线,又称报警线,与报警显示器连接,用于自动检测直埋供热管道是否泄漏。管中管预制保温管的规格为dn25～800mm,烟草行业一般用dn25～300mm的供热管道,由于其保温材料耐温性在120℃以下,仅用于制冷、低温热水、0.2mpa饱和蒸汽的输送。
(2)预制保温管 预制保温管由无缝钢管、导线、保温层、保护层4部分组成。预制保温管保温层是硬质聚氨酯泡沫塑料,是一种热固性泡沫塑料,通过化学反应下形成无数气孔,体积膨胀几十倍,同时固化成块,可制成硬质、半硬质、软质、开孔、闭孔、高弹性等多种不同性能的泡沫塑料。聚氨酯泡沫塑料具有密度小、热导率小、闭孔率高、较好的抗压强度和耐温性,具有良好的耐水、耐化学腐蚀、耐老化等性能。保护层为 玻璃钢[5] 。玻璃钢是一种强度高、密度小、热导率低、耐腐蚀的材料,同时还具有良好的电绝缘性及较高的机械性能。安装玻璃钢保护层宜用具有防水防腐性能的材料粘接。 (3)复合保温管结构复合保温管结构保温层有内层岩棉制品或超细玻璃棉(或其他耐高温的保温材料)和外层的硬质聚氨酯泡沫塑料(或橡塑绝热材料)组成。根据直埋供热管道输送的介质zui高温度,可先选定外层预制定型规格的硬质聚氨酯泡沫塑料管壳,再计算出内层保温材料的厚度,取25～35mm厚即可。保护层一般采用玻璃钢,由于此种保温结构可以现场制作,价格比预制保温结构低,适用范围广,可根据需要选用耐高温的保温材料。
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2 直埋供热管道计算与设计 2.1 直埋供热管道热力计算 直埋供热管道的敷设一般有两种方式:无补偿方式及有补偿方式。无补偿直埋供热管道敷设设计的理论基础是安定性分析理论和弹塑性分析理论。实践证明,对于dn500mm以下,使用温度在150
以下的供热管道可以采用无补偿敷设方式。有补偿 直埋供热管道敷设分为有固定点和无固定点两种方式。无固定点方式直埋管道敷设要求直管段长度小于两倍的两补偿器间的zui大距离lmax。供热管道一般采用材质为10号钢、20号钢无缝钢管。管道受热产生的热应力应不大于许用应力
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(3)两补偿器zui大间距计算 根据摩擦力要小于弹性力的原则,即ff<fe,则两补偿器zui大间距lmax按下式计算: lmax<feπ (πdff′) (4)zui大安装长度计算 直埋管道受热膨胀伸长,由于外壳管与沙层之间的摩擦力约束,因而在管道断面上产生了轴向应力。在固定端处的轴向应力zui大,在自由端处轴向应力为零。轴向应力可按下式计算: σax=πdlff′πa式中:σax 管道断面上的轴向应力,mpa。 (5)管道纵向稳定zui小埋设深度hmin 直埋供热管道在运行时处于轴向压缩状态,其稳定是靠上部的覆土来维持。因此,在直埋管道的上部要保持一定的覆土深度hmin。由于其轴向力计算较为复杂,一般工程上采用查表的方式[6] 。 2.2 直埋供热管道的设计要点 直埋供热管道用于输送热水、低压蒸汽等,应符合规范手册要求[6—8] 。设计要点如下: (1)对于车间内直埋管道敷设,由于上面有地坪,覆土深度可适当减少。另外,当直埋供热管道敷设已有不小于0.003的坡度,当其停止运行时,能够使管网凝结水(或冷凝水)通过自流排除的情况下,覆土深度可在冻土深度以上。对于北方严寒地区,由于冻土深度较厚,如果供热管道直埋在冻土深度以下,开挖的土方量是很大的,设计时采取以上方法可节省投资。
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(2)预制保温管 预制保温管由无缝钢管、导线、保温层、保护层4部分组成。预制保温管保温层是硬质聚氨酯泡沫塑料,是一种热固性泡沫塑料,通过化学反应下形成无数气孔,体积膨胀几十倍,同时固化成块,可制成硬质、半硬质、软质、开孔、闭孔、高弹性等多种不同性能的泡沫塑料。聚氨酯泡沫塑料具有密度小、热导率小、闭孔率高、较好的抗压强度和耐温性,具有良好的耐水、耐化学腐蚀、耐老化等性能。保护层为 玻璃钢[5] 。玻璃钢是一种强度高、密度小、热导率低、耐腐蚀的材料,同时还具有良好的电绝缘性及较高的机械性能。安装玻璃钢保护层宜用具有防水防腐性能的材料粘接。 (3)复合保温管结构复合保温管结构保温层有内层岩棉制品或超细玻璃棉(或其他耐高温的保温材料)和外层的硬质聚氨酯泡沫塑料(或橡塑绝热材料)组成。根据直埋供热管道输送的介质zui高温度,可先选定外层预制定型规格的硬质聚氨酯泡沫塑料管壳,再计算出内层保温材料的厚度,取25～35mm厚即可。保护层一般采用玻璃钢,由于此种保温结构可以现场制作,价格比预制保温结构低,适用范围广,可根据需要选用耐高温的保温材料。
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