淺談鋼套鋼蒸汽保溫鋼管補(bǔ)償與熱應(yīng)力

       從安全角度，人們對蒸氣管網(wǎng)的重視遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過熱水管網(wǎng)，事實也的確如此，因而無論是經(jīng)驗豐
富理論精深的專家，還是施工現(xiàn)場的焊工，對焊工探傷的檢驗人員，莫不謹(jǐn)慎有加，對蒸汽保溫管
芯管絲毫不敢造次，但是對直埋保溫管鋼外殼管，很多人（甚至專家）則不以為然，這就是蒸汽直
埋管網(wǎng)事故因外殼處理不當(dāng)所占比例居高不下的原因所在。
早期蒸汽保溫直埋管鋼外殼曾有人設(shè)置補(bǔ)償裝置，因較難操作很快就被“無補(bǔ)償”方式取代，
盡管有了外套管口徑大到 1200mm，可是幾乎沒有聽到有人對此擔(dān)心，和熱水保溫管不設(shè)補(bǔ)償器尤
其是大于 DN500mm 更不敢不設(shè)計補(bǔ)償器相比，構(gòu)成了一副有趣的“近不怕水、遠(yuǎn)不怕鬼”的圖象。

蒸汽管道當(dāng)然泄漏不得，國家將熱力管道管件列入安全監(jiān)察范圍之內(nèi)，但是讀者如果去驗算一
下，在工業(yè)蒸汽可能達(dá)到的力（指管網(wǎng)而非鍋爐中）在厚徑比小的大口徑管中，鋼管壁中
的由內(nèi)壓引起的應(yīng)力也超不過許用應(yīng)力，蒸汽管網(wǎng)中是一定設(shè)置補(bǔ)償器的，在管道軸向，只受到摩
擦力、彈性反力，大的一項是蒸汽壓力引起的封頭力，這些力合計引起的軸向應(yīng)力對鋼管材質(zhì)承
受能力都是微不足道的，軸向熱應(yīng)力研究不是蒸汽管芯管的重要內(nèi)容，相反，補(bǔ)償是蒸汽芯管需要
著重探討的課題[6]，而蒸汽保溫管外套管的應(yīng)力反倒是要認(rèn)真加以研究的。
（1） 蒸汽直埋保溫管外套筒的熱應(yīng)力
根據(jù)規(guī)范 CJJT 104-2014 《城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術(shù)規(guī)程》要求蒸汽直埋保溫管工作溫度應(yīng)
不高于 50℃，這里需要特別強(qiáng)調(diào)的是：50℃是對直埋管作保溫?zé)峁ぴO(shè)計需要設(shè)計的極限。正常情
況下，外套鋼管應(yīng)不高于 50℃，但是這并不是意味外套管溫度不會超過 50℃，架空敷設(shè)的蒸汽管
保溫層吸水的概率很小，但直埋敷設(shè)的情況就兩樣了，管溝里因雨積水常有發(fā)生，南方地區(qū)地表淺
層多水，管道泡在水里是很常見的事，稍有不慎管殼的保溫層便吸飽水分，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)增加，
一旦管網(wǎng)投入運行，外殼管上的排潮管會有大量蒸汽涌出，外殼管的溫度達(dá)到 100℃左右，這種情
形在外殼管不嚴(yán)密（制作不嚴(yán)，被破壞開裂）時，在工作管泄漏時也會發(fā)生。

淺談鋼套鋼蒸汽保溫鋼管補(bǔ)償與熱應(yīng)力

        基于上述分析，蒸汽直埋保溫管外套管有兩個溫度值，50℃用來做保溫設(shè)計，100℃用來作外

套鋼管應(yīng)力計算，順便提及，外套鋼管防腐也應(yīng)按 100℃考慮。
實踐證明：蒸汽保溫直埋敷設(shè)管道鋼外套管在達(dá)到 100℃時無補(bǔ)償是可行的。設(shè)計者可以按無
補(bǔ)償理念處理，但對于三通、彎管、變徑、以及補(bǔ)償器外殼、疏水節(jié)等管件，在產(chǎn)品設(shè)計和熱網(wǎng)設(shè)
計中都應(yīng)嚴(yán)格遵照國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技術(shù)處理，防止在高應(yīng)力下發(fā)生破壞。
（2） 蒸汽直埋保溫管工作管熱補(bǔ)償
用于蒸汽直埋管網(wǎng)上的補(bǔ)償裝置有如下幾種：
1 波紋管補(bǔ)償器：包括橫向拉桿、角向和無推力波紋補(bǔ)償器；
2 套筒補(bǔ)償器：包括注入填料套筒補(bǔ)償器和無推力補(bǔ)償器；
3 彎管補(bǔ)償：包括直角彎管、π型彎管；
4 旋轉(zhuǎn)套筒補(bǔ)償器；
5 球型補(bǔ)償器；

上述各種裝置各有特點，適合不同場合，下面分別介紹：
（a）軸向波紋補(bǔ)償器：阻力小，無須維護(hù)，壽命有限。
適于負(fù)荷連續(xù)的穩(wěn)定長距離管線，不適于用戶頻繁開停的支線。
（b）橫向拉桿、角向波紋補(bǔ)償器：無須維護(hù)，壽命有限。
適于轉(zhuǎn)角位置負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定管段；不適于頻繁開停支線用戶。
（c）無推力波紋補(bǔ)償器；又稱壓力平衡式波紋補(bǔ)償器。
價格昂貴，壽命有限，阻力大，不耐汽水沖擊。不須維護(hù),無封頭力。
適用于封頭力有特殊限制的場合，不適于長距離干線，飽和蒸汽管網(wǎng)應(yīng)慎用。
（d）軸向套筒補(bǔ)償器，阻力小，壽命長，可靠，需要維護(hù)。
適用于長距離管線、支線、不適于于無法提供維護(hù)條件的場合。
（e）無推力套筒補(bǔ)償器，壽命長，可靠，要維護(hù)，無封頭力，阻力大，昂貴。
適用于對封頭力有特殊限制的場合；不適用于長距離干線。
（f）彎管補(bǔ)償：壽命長、可靠，補(bǔ)償能力較小。
利用轉(zhuǎn)彎機(jī)會進(jìn)行熱補(bǔ)償，屬于必選方式，無適用場合。
（g）π型彎管補(bǔ)償，壽命長、可靠、阻力大、占地大。
適用于支線，尤其是近熱源的支線（有足夠的資用壓頭）負(fù)荷頻繁波動的食堂、浴室、公建采
暖等用戶宜；不宜在干線上采用，占地有限制時不能采用。
（h）旋轉(zhuǎn)套筒補(bǔ)償器，可靠、壽命長、補(bǔ)償量大，需要維護(hù)，占一定空間。
適用于長距離管線，不適用用于支線。
（i）球型補(bǔ)償器，與旋轉(zhuǎn)套筒補(bǔ)償器相似。
4. 結(jié)論
（1）對于采暖熱水管道，無補(bǔ)償直埋敷設(shè)是成熟的技術(shù)，但同時考慮到熱網(wǎng)安全性問題且采
用有補(bǔ)償設(shè)計時，設(shè)計施工難度增加，建設(shè)成本增加，熱網(wǎng)安全程度降低，本文建議設(shè)置一次性補(bǔ)
償器，讓管道中可能產(chǎn)生的熱應(yīng)力，有一次釋放機(jī)會然后管網(wǎng)轉(zhuǎn)換成無補(bǔ)償狀態(tài)，介質(zhì)達(dá)到溫
度時，管道受壓應(yīng)力，介質(zhì)溫度降到時，管道受拉應(yīng)力，在整個過程中，保證管道不發(fā)生屈服，
或者控制在設(shè)計的應(yīng)力限度以下。
（2）對于蒸汽管道，蒸汽保溫直埋敷設(shè)管道鋼外套管在達(dá)到 100℃時無補(bǔ)償是可行的。設(shè)計
者可以按無補(bǔ)償理念處理，但對于三通、彎管、變徑、以及補(bǔ)償器外殼、疏水節(jié)等管件，在產(chǎn)品設(shè)
計和熱網(wǎng)設(shè)計中都應(yīng)嚴(yán)格遵照國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技術(shù)處理，防止在高應(yīng)力下發(fā)生破壞。
（3）用于蒸汽直埋管網(wǎng)上的補(bǔ)償裝置多種多樣，針對不同的管線，不同的場合，應(yīng)該采用不
同的補(bǔ)償裝置。