浅谈直埋蒸汽管道暖管过程异常工况的原因及对策

李佳楠

（中冀石化工程设计股份有限公司吉林分公司，吉林 吉林 132002）

0 引言

在城市化建设背景下，蒸汽管网建设范围扩大，同时大部分管线以埋地的方式设置。但一些区域地下管线混杂，使管线的维护难度提高，无法保证维护工作的顺利进行；同时，管网的压力及温度比较高，产生的应力比较大，管线受到破坏之后会产生较多的问题。因此，需要对直埋蒸汽管道暖管中的异常情况进行分析，采取有效措施来控制，使管道能够保持良好的状态。

1 蒸汽直埋管道的设计内容

1.1 蒸汽管道的应力计算

蒸汽直埋管道的设计需要使用相应的计算软件，结合管道的应力情况来计算。布置管道的过程中，可使用弯头来实现自然补偿，可使管道的设计效果加强，同时能够降低管道的造价。

1.2 蒸汽管道的保温设计

蒸汽管道直埋敷设技术应用时间比较久，保温管可使蒸汽管道在地下长期运行，还可保证保温管的保温功能，避免能源浪费。以往的直埋蒸汽管道使用保温结构为塑套钢的保温管，目前已从玻璃钢保护层保温管道发展成为了钢套钢保温管，经过长时间对蒸汽管道直埋敷设技术的研究及改善，结合目前的使用需求，可使用硅酸铝棉毡+硅酸镁瓦块+聚氨脂发泡的材料，使其具有良好的保温作用。

其中，硅酸镁瓦块材料，其导热系数小于0.042 W/m·k，密度为200±5 kg/ m3，抗压强度大于0.5 MPa，抗折强度大于0.36 MPa，使用温度-40～800 ℃。

硅酸铝棉毡导热系数小于0.051 W/m·k，密度为90 kg/m3，使用温度为 -40～1 000 ℃。

聚氨酯发泡的导热系数小于0.035 W/m·k，密度为50 kg/ m3，最高使用温度为120 ℃。此外，还包括钢管材料以及玻璃丝布、环氧煤沥青漆构成的保护层。

1.3 疏水节点的设计处理

疏水节点作为蒸汽直埋管道施工的重要部分，占据比例小，在架空管道及直埋管道的设计中，如果没有将疏水节点处理好，会导致蒸汽管道停气检修。蒸汽直埋管道产生问题时，会涉及到其他地下管线的安全性。直埋蒸汽管道的疏水点设置方式与架空管道相同，一般位于固定点及管道翻高之前。疏水时，借助蒸汽压力来进行施工，可使用疏水器来达到疏水的作用，在装置设计的时候使用内插法，使管道插入蒸汽管道集水管中，可使施工的效率提高，简化施工的流程[1]。

1.4 钢套管的防腐层设计

钢套管保温管的使用可使直埋蒸汽管道整体性能加强，但也存在一定的缺陷：外套钢管的防腐情况受到了关注。钢套管的防腐层影响着管道的寿命，防腐层的材料具有多样性，使用相应的材料进行涂刷，通过这样的方式可形成保护层，耐温性也可得到提升。在这样的条件下，即使钢套管的外表温度达到了100 ℃，防腐层也不会被影响[2]。蒸汽直埋管道运行中期钢套管温度升高，需要对其防腐层性能提升，使其具有更好的防腐性，避免长期使用产生老化，对管道的寿命造成影响。通过使用有效的材料可使性能加强，避免管道受损。当前防腐层使用的材料得到了更新，这使耐温性显著加强，保证了使用的效果，但是成本比较高。

2 直埋蒸汽管道安装施工措施

2.1 材料验收管理

材料应符合质量要求，有相应的证明书，其中管材、阀门以及补偿器等生产厂商应获得压力管道元件制造许可。直埋蒸汽管道的保温层厚度应要求大于架空管，不应根据经济厚度来进行计算。如果结合经济厚度进行计算，保温厚度比较薄、管道外表面的温度比较高，对植被及设施的外防腐层都会产生影响。需要对保温层厚度进行分析，参考其情况进行验收。一般埋地蒸汽管网的管径比较粗，应保证管材具有相同的内径，仔细检查管端的圆度，避免因圆度不足导致对口无法平齐的情况。当外护管的焊接余高及错边量等超出了标准范围的时候，会使外防腐层质量受到影响，难以保证防腐的实际效果。

2.2 焊接过程控制

直埋蒸汽管道焊接施工需要考虑到天气情况带来的影响，了解天气因素的影响结果。当遇到恶劣天气时，应采取有效的防护措施来进行焊接施工。直埋蒸汽管道焊接直管段时，应保证接头对直，不应在接头位置产生转角，同时避免使用焊缝两侧加热延伸管道长度、夹焊金属填充物等方式来进行焊接施工。在管道补偿器安装施工中，需要对施工进行控制，使其质量符合要求。补偿器包括波纹管补偿器、旋转补偿器以及“Π型”补偿器等类型。安装旋转补偿器时，需要控制好施工操作[3]。首先，补偿器应与管道之间保持同心，在靠近补偿器的两端应有一个导向支座，使其在运行中能够自由伸缩，加焊限位装置，避免管道侧向位移过大，安装之后应保证各压盖螺栓都得到一致拧紧，使施工效果符合要求。安装“Π型”补偿器时，应根据设计图纸内容来预拉伸处理，还需进行复测，外护管应按照芯管预定的膨胀伸长方向偏心安装，使芯管的自由度符合要求，确保安装施工的效果。安装轴向波纹管补偿器时，应保证补偿器与管道之间同轴，避免运行中补偿器产生扭曲变化而被破坏。对有流向标记的补偿器进行安装的过程中，需要使流向标记与管道蒸汽流向一致。补偿量比较大，压力比较小，使用寿命长，在热应力补偿完成之后，可使管道处于无应力的状态，因此这种补偿器的选择方式在热网工程中应用比较广泛。

3 蒸汽直埋管道的运行要求

进行暖管冲管操作前，应将试验过程留下的水被排除，避免暖管时间过长影响操作的效果，防止冲击问题的产生。可借助空气压缩泵进行处理，将其中的水压出。暖管的时候，应使蒸汽压力逐渐提高，并且结合疏水系统的使用特点来将管中留下的水排去，可使蒸汽直埋管道的运行更加稳定。采用这样的方式使其在疏水旁通管压出，在水基本排除干净之后冒气再升压[4]。在该过程中，应从前到后进行处理，使暖管环节规范完成，保证施工质量。为了避免产生水击的情况，需要对疏水器进行调整，由于疏水器失灵会导致该问题，当产生了水击情况的时候，冲击力比较大，会对蒸汽管道产生严重影响。在管道中设置的补偿器及钢套管难以承受冲击力的影响，不利于管道的稳定运行。在这样的情况下，需要重视对管道运行情况的关注，避免使管道体系受到影响，当管道受到了损坏，修复的难度比较高，应加强对管道的管理，对疏水的情况进行检查。同时，应避免下雨过程中积水的产生引起的倒灌进入管道中的情况，通过对管道情况的关注，落实管理工作，可使管道得到有效的保护，进而加强其使用效果。

4 暖管异常工况及原因

4.1 异常工况

例如，在一次蒸汽直埋管道暖管施工过程中，排潮管排出了大量的汽水混合物，管道沿线局部位置有渗出。应先选择开挖点，在开挖之后发现工作管与外护管之间的绝热层中间进水，几处外护管接口漏焊，其中一处波纹管补偿器外壳有砂眼漏气，部分波纹管补偿器的外壳两端存在变形的问题，台肩位置的焊口开裂。

4.2 原因

分析异常问题的原因，当发现存放、安装等环节存在问题的时候，可能的原因包括直埋蒸汽管道现场存放条件不佳、外护管接口漏焊，导致工作管及外护管间的绝热层进水。暖管升压速度比较快，会使管子、管件损坏。直埋蒸汽管道绝热层中有大量的水，会使暖管过程中绝热材料的热导率提升。水分蒸发之后，使外护管的温度升高，这种情况下温度会超出外护管的设计温度，外护管的轴向应力会变大，这使波纹管补偿器外壳的台肩部位产生破坏的情况。

5 解决对策

当前外护管的固定支座属于全封闭形式的结构，在严密性测试中可发挥有效的作用。在试验过程中，将排潮管作为接入位置，并且进行严密性检测，找到存在问题的部分。在实际施工中，需要对压力进行合理控制，使施工顺利进行。针对波纹管补偿器，需要进行开挖处理，完成修复之后做好更换工作，可使用变径管来取代波纹管补偿器外部的结构，有效避免应力带来的影响，有效加强施工的质量，使结构更加稳定，发挥出管道的作用[5]。暖管可采用低温烘烤的方式，排除绝热层中的潮湿气体及积水。暖管的时候可按照以下顺序进行操作：在蒸汽压力0.1 MPa的条件下，稳压暖管30 min；对波纹管补偿器的外壳台肩位置的改造暖管过程进行检查，当没有异常情况的时候，可将蒸汽逐步升压，并且稳压暖管1 h；在没有异常的时候，蒸汽压力可提升到工作压力水平。

结合异常情况的分析，应避免直埋蒸汽管道在现场存放及安装等环节产生绝热层进水的问题。当有少量进水情况的时候，需要在安装前采取低温烘烤的方式将绝热层的水分排除。直埋蒸汽管件生产企业需要考虑到不利工况，加强设计的效果，针对管件的应力集中点需要采取有效的措施进行预防，避免对其造成影响。工程各参与单位需要按照要求开展工作，加强管理，使施工质量得到保障，同时应落实责任，使人员能够有效完成工作，为施工的进行提供支持，进而避免异常问题造成不良影响。

6 结语

在直埋蒸汽管道施工中，暖管作为其中的重要环节，异常工况会对施工的进行及质量产生影响。因此，需要对直埋蒸汽管道暖管进行控制，结合问题分析其原因，使问题得到有效的解决，为施工的进行带来帮助。直埋蒸汽管道需按照要求来开展施工，根据实际情况采取有效的手段来进行操作，可避免异常问题的产生，为施工提供支持，进而使施工的效果达到要求，有效提高工程施工质量，发挥出管道的作用。