真空技术在钢套钢直埋蒸汽管道中的应用

真空基础 杨帆 中国矿业大学

引言

  目前蒸汽管道敷设方式有架空、地沟和直埋3种,由于架空和地沟管道敷设方式热损失大、占地面积大,以及不利于环保等原因,已经逐渐被直埋敷设所取代。但国内目前生产的直埋蒸汽管道存在较多的技术问题,如防腐达不到要求,固定支架、导向支架采用橡胶隔热材料,存在严重的老化和冷桥问题等等,这些问题严重影响了管道的正常运行和使用,制约了蒸汽管道直埋敷设技术的应用和推广。近年来,将真空技术应用到钢套钢直埋蒸汽管网中, 很好地解决了管网的热损失和内外管空腔中的腐蚀问题, 取得了很好的经济效益和社会效益。

1、用于真空系统的蒸汽管道的结构形式

  钢套钢抽真空直埋蒸汽管道结构如图1 所示。

蒸汽管道结构图

图1  蒸汽管道结构图

2、真空系统应用的技术要求

2.1、管道焊接

  真空系统实现的前提是管网中钢管焊接的密闭性,工作钢管焊接后进行X光拍片,达到Ⅱ级标准,同时作2. 0 MPa 的水压实验;外套钢管焊接后进行超声波探伤,达到Ⅰ级标准,同时作80 kPa 的气压实验,检测焊口的气密性。

2.2、分段要求

2.2.1、间距要求

  真空泵抽吸能力由下式计算:

式中S ———平均有效的抽吸能力,m3/ h ;
  V ———容积(内、外管之间的空间) ,m3 ;
  p0 ———抽真空的起始压力,约为101. 3 kPa ;
  p1 ———抽真空后的压力,Pa ;
  t ———抽真空时间,h 。

  真空泵一经确定,抽吸能力S 即为定值,当设计真空压力p1确定以后,抽真空的时间由容积V决定。所以,当直埋蒸汽管道距离很长时,要实现管道的真空状态,通常要对管道进行分段。根据工程经验以及理论计算,取500m作为一个抽真空管段。

2.2.2、密封方式

  用不锈钢波纹管实现内外钢管的柔性密封,既可解决管道抽真空的隔断问题,又可解决冷桥问题和工作管的补偿问题。波纹管的数量和长度要经过计算后确定。密封方式如图2 所示。

分段密封装置结构图

图2  分段密封装置结构图

2.2.3、真空度要求

  根据德国对玻璃棉保温钢套钢管道所作的实验,真空度越小,导热系数下降越快。但在实际抽真空过程中,真空度越小,抽真空难度越大。从国外经验及我国经济技术现状来看,抽吸并保持真空2kPa以下,在实际工程中是切实可行的。管道不抽真空时的外套钢管表面设计温度为50℃,抽真空在2kPa以下时,外套钢管表面温度在40℃以下,管道热损失降低40%左右。

2.3、关键部件的密封处理

2.3.1、阀门、三通的密封处理

  当管道上设置阀门时,由于阀门的外型特殊,很难实现密封,所以通常将阀门处作为管道的抽真空分段处,然后在阀门小室处对阀门作特殊保温处理;三通支管处的密封采用与图2 相同的密封方式。

2.3.2、疏水器的密封处理

  疏水器的密封处理如图3 所示。

疏水器密封处理

图3  疏水器密封处理

  疏水器可以解决抽真空的密封问题,由于在集水罐处使用了波纹管密封,增加了工作钢管向外传热的散热面积,降低了密封处外套钢管的表面温度,同时由于采用了柔性密封,解决了集水罐微量的轴向位移问题。

2.3.3、放气点的处理

  放气点设在管道的高处,试压时为了排出工作钢管高处的空气,在管道接头处焊接排气管,在试压结束后,割断排气管,密封工作钢管,然后作接头的保温及防腐处理。