预制直埋保温管道的优化研究new.doc

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莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈节莁蚂螇肅莇蚁羀莀蚆蚀肂膃薂虿膄莈蒇蚈袄膁莃蚇羆莇艿螆聿腿薈螆螈莅蒄螅袀膈蒀螄肃蒃莆螃膅芆蚅螂袅聿薁螁羇芄蒇螀聿肇莃袀蝿芃艿衿袁肅薇袈羄芁薃袇膆膄葿袆袆荿莅袅羈膂蚄袄肀莇薀袄膃膀蒆羃袂莆莂蕿羄腿芈薈膇莄蚆薈袆芇薂薇罿蒂蒈薆肁芅莄薅膃肈蚃薄袃芃蕿蚃羅肆蒅蚂肈 目 录一、问题的提出1二、直埋蒸汽管道保温结构的分类1三、直埋蒸汽管道保温结构的优化设计21、影响直埋蒸汽管道保温结构的因素22、直埋蒸汽管道几种保温结构形式的应用比较34、常见直埋蒸汽管道保温结构比较：35、常见的各种保温结构形式的经济比较5保温材料的优化设计6外护层的优化设计6防腐层的优化设计6防腐层的经济比较8直埋蒸汽管道保温层厚度的优化计算8保温结构的选择与计算：10直埋蒸汽管道保温结构的优化设计一、问题的提出 随着我国基本建设向基础设施项目的倾斜，我国近年来用于集中供热的直埋蒸汽管道逐渐增多，投资额和里程数突飞猛涨。2005年城镇供热预制直埋蒸汽保温管技术条件和城镇供热直埋蒸汽管道技术规程国家标准的相继出台，标志着我国直埋蒸汽管道技术的发展进入了一个新的台阶。但是蒸汽管道直埋技术是一项涉及热力学、材料力学、岩土力学、流体力学以及有机材料、无机材料、防腐、电化学等多学科的系统工程，稍有处理不当，就会立即或即将造成工程事故，隐患性很大。如：因保温结构外保护层密封防水不可靠导致外保护层撕裂、保温结构进水；或者因保温材料质量低劣导致保温材料破损溶化，进而保温管冒汽，热损失猛增，最后导致整个管系“泡汤”、“爆管”甚至殃及管网报废等等。随着国家提出建设“节约型社会、和谐型社会”的口号，随着国家节能方针的加强，保温结构的多样化以及不同保温厂家保温层厚度的差别，决定了直埋蒸汽管道保温结构的优化设计越来越重要。二、直埋蒸汽管道保温结构的分类 河南省集中供热发展很快，郑州、洛阳、平顶山、漯河、信阳、安阳、鹤壁、濮阳等地方相继铺设了直埋蒸汽管网，其保温结构和保温材料也各不相同。保温结构大多为复合保温，其中以内滑动（无机-有机）复合保温型居多。直埋蒸汽保温管的基本结构为工作管-保温层-外护管。保温层结构采用单一绝热材料层或多种绝热材料的复合层（复合层中含空气层、绝热辐射层等），外护管采用钢制外护管或玻璃纤维增强塑料外护管。直埋蒸汽管道从其产生的根源和机理无外乎是从直埋热水管道和管沟发展衍生而来的两种形式，大致可分为内滑动型和外滑动型。根据固定形式的不同，又可分为：内滑动外固定 就是工作钢管受热膨胀时，钢管运动，发生位移，而保温结构层与外套管成一整体结构，不产生运动。外固定即工作钢管和外保护管同时固定，在每一段管道和补偿器的两端，都要设两个很大的钢筋混凝土支墩，才能保证管道的固定。不设导向支架。外固定因为必须设钢筋混凝土支墩，所以施工占地大、投资多、工期长，而且支墩又是直埋管道的薄弱部位，该部位易产生热桥，也易出现渗水现象，管道运行不正常时，该部位也易出现事故。特别是对钢套钢保温结构，由于温升引起的外钢管热应力特别大，钢筋混凝土支墩的尺寸也特别大，该部位也更易出现事故。根据外护管的不同，又可分为塑套钢结构、玻璃钢套钢结构和钢套钢结构。经过实践证明，塑套钢结构已经不适应直埋蒸汽管道的特点，基本上被淘汰。“玻璃钢套钢”保温结构必须采取这种固定形式。其结构形式可见下图1。内滑动内固定 就是将工作钢管通过一定的结构形式固定在外保护管上，充分利用外保护管的强度和刚度以及外保护管与土壤之间的摩擦力来使内管固定，不用钢筋混凝土结构固定，可节省钢筋混凝土支墩。只有以钢管作为外保护管才可能采用内固定形式。固定端有隔热设施，以减少热桥效应，同时外保护管应有足够的强度，以满足管道水平推力的要求。对钢套钢保温结构，采用内固定结构具有很大的优越性。根据外护管的不同，又可分为钢套钢结构和钢套钢复合结构，其结构形式可见下图2和图3。 外滑动内固定 就是保温材料和工作钢管精密结合，捆绑成一个整体，保温结构和工作钢管在管道热膨胀时同时运动。外套管与保温结构层之间有1020mm的间隙，既起到进一步保温作用，又是排潮的良好通道。工作钢管与外套管之间每隔一段距离采用一组隔热导向支架，以减少管道位移时的摩擦力。其结构形式可见下图4。三、直埋蒸汽管道保温结构的优化设计1、影响直埋蒸汽管道保温结构的因素 土壤热阻的影响：直埋蒸汽管道不同于架空或地沟敷设。架空管道是向外界空气换热，保温设计时可以看作向无限空间换热。而直埋蒸汽管道是向周围土壤换热，在稳态传热情况下，土壤视为保温结构一部分，保温结构设计受到周围土壤热阻的影响。 保温结构界面温度和周围环境因素的影响：由于蒸汽介质温度高，不仅要根据选用的不同保温层、保护层材料性能，严格控制保温结构内部温度场(或称各界面温度)，而且要考虑蒸汽介质形成的热桥对结构混凝土(如固定支墩)以及管道长期运行形成的温度场对周围树木、电缆、煤气管、水管等的影响。 保温层内水分的影响：由于直埋蒸汽管道在生产、运输、安装、运行过程中，难免保温层内会有一部分水分或潮气，这些水分或潮气在管道投入运行后经蒸汽烘烤会变成蒸汽，如果不及时迅速排出，会因工作钢管外的蒸汽压力迅速升高，造成保温结构“放炮 ”破坏。因此，保温结构必须有径向、轴向排潮通道。 热位移的影响：直埋蒸汽保温结构，基本上均是采用脱开式，管道投入运行后必然会产生远大于直埋热水管道的位移。在直管段主要是轴向位移，在弯头、三通附近除轴向位移外还会产生侧向位移，这些位移要求设计保温结构时必须予以保证。2、直埋蒸汽管道几种保温结构形式的应用比较地下水位低的地区，直埋蒸汽管道保温结构解决的主要矛盾是土壤热阻值等问题，城市主要街道地区敷设的管道和由电厂通过野外向城区输送蒸汽的管道，又不宜同等对待。前者要求严格些，可采用钢套钢保温结构型式，后者则可简易些，可采用玻璃钢套钢保温结构型式。因此直埋蒸汽管道保温结构外护层不一定必须采用价格较高的钢外护层，也可以采用相对价格较低的玻璃钢外护层。前面所列举的常见的蒸汽直埋管道的几种保温结构在我省的实际工程中都有应用。在城镇供热预制直埋蒸汽保温管技术条件和城镇供热直埋蒸汽管道技术规程未出台之前，初期直埋蒸汽管道塑套钢保温结构和外固定形式应用的较多，而近几年玻璃钢套钢和 钢套钢保温结构形式应用最多。塑套钢保温结构初期应用多的主要原因是，这种保温结构相对于玻璃钢套钢和钢套钢保温结构，投资能节省一些，但这种保温结构外套管的接头处不好处理，接头处的强度和严密性得不到保证。特别是固定支墩处的外套管与钢管的连接一直找不到好的方法，还有高密度聚乙烯这种有机材料的耐温性受到一定的限制，如超过一定的温度，容易老化，大大地缩短使用寿命，而在一些节点连接处，由于热桥效应，这部分管段的外表面极易产生超温现象，因此这部分外保护管的寿命大大缩短，以塑套钢保温结构的使用寿命就难以保证。河南省某热电厂直埋蒸汽管网工程初期采用塑套钢保温结构，95年11月正式投入运行，96年5月开始，这种保温结构的蒸汽管道就逐步开始冒汽，成为当时城市的一种特殊的景观。到98年这部分管道不得不改为钢套钢保温结构。有了这个教训，后来的直埋蒸汽管道都采用了钢套钢和玻璃钢套钢保温结构，再没有发生上面那种情况。玻璃钢套钢保温结构因为玻璃钢耐温性受到一定的限制，只能应用在地下水位低、土壤干燥的地区。在地下水位高、土壤湿润的地区，应大力提倡采用钢套钢 保温结构。因为钢套钢 保温结构外保护管的连接是采用焊接方式，外钢管是完全一体地连接在一起,没有任何泄露点，并且外钢管局部过热也不会影响使用寿命，同时采用钢套钢 保温结构，可将整段管道做成单元形式，各单元管道都可在工厂预制，因取消了钢筋混凝土支墩，预制好的单元管道只要运到施工现场进行焊接连接即可完成，既节省了占地，又可大大缩短施工时间，也减少了事故点，特别是对施工条件受限制的地区施工，具有极大的便利，同时管道的综合造价得到降低。经过多年的实践调查，内滑动钢套钢 保温结构在应用中从设计、制作到施工已有一整套成熟经验，并且实际应用效果良好，已成为蒸汽直埋管道应用的必然选择。4、常见直埋蒸汽管道保温结构比较：各种直埋保温管道由于结构的不同而具有各自不同的特点、生产方式、安装方式，同时也造成其成本方面的差异。因此如何在满足要求的情况下，经济、合理地选用管道结构，就成为一个重要的课题。下面单纯从结构的角度对其加以简要的比较说明，以郑州市秦岭路热力管网改造工程为例。其设计参数为工作管道D529X9、设计温度350、管道中心埋设深度为1.5m、土壤导热系数1.75W/m.K、管道运行工况外表面温度50、复合保温结构保温层间界面温度120、埋深处土壤平均温度17.1、规划蒸汽管线位置为人行道（车辆轮载不大于75KN）。 内滑动塑套钢结构规格参数：工作钢管D D529X9 减阻层厚度4mm耐煮沸硅酸镁瓦块保温层厚度250mm聚氨酯保温层厚度30mm高密度聚乙烯外护管D1155X14由于高密度聚乙烯外护管的使用温度不允许超过50，以及其环刚度差等致命缺点，该种保温结构的管道不适合于输送蒸汽介质，仅可用于高温热水管网。即便是高温热水管网，同样性能要求下，其造价往往高于玻璃钢外护管结构，不能采用。内滑动玻璃钢套钢结构1规格参数：工作钢管D529X9 减阻层厚度4mm耐煮沸硅酸镁瓦块保温层厚度250mm聚氨酯保温层厚度30mm玻璃钢外护管D1101X102结构性能说明：减阻层采用纤维类材料，能减小工作钢管滑动阻力。耐煮沸硅酸镁瓦块保温层高温隔热性能好，吸水率高，吸水后强度下降明显、易碎。铝箔反射层能减小辐射传热。聚氨酯保温层低温区保温隔热性能好，辅助承载性能好，压缩强度符合结构要求。玻璃钢外护管防水性能好，承载性能好，耐温满足正常运行工况（壁厚应根据承载要求计算）。3结构缺点：a工作钢管重量全部落在耐煮沸硅酸镁瓦块上，对于启动频繁或参数变化频繁的管网，保温瓦容易被工作钢管滑动及重量所损坏。B如果硅酸钙瓦在施工或其他过程中大量吸水，其完整性将受到较大破坏。所以，使用该结构的管道时，管道端部防水密封必须牢固可靠，防止耐煮沸硅酸镁瓦块进水。C在以外进水的情况下，排潮不能排出聚氨酯层中的水分。在运行温度环境下，聚氨酯中的水分会使聚氨酯明显体积缩小，失去辅助承载和固定耐煮沸硅酸镁瓦块的作用。耐煮沸硅酸镁瓦块保温层在长期运行中易松散。玻璃钢外护管失去聚氨酯层支撑后，承载能力会大打折扣。4在管道自然补偿管段，不能使用耐煮沸硅酸镁瓦块保温层，因为管道的侧向位移会导致硅酸钙瓦受压损坏。5排潮阶段外护管温度有可能超过设计温度，应采用耐温超过120的树脂材料制作玻璃钢外护管。6一旦发生内漏的情况下，玻璃钢外护管和聚氨酯层将面临致命损坏。采用该种结构必须配备严格的管端防水密封，自然补偿管段应适当采用其它结构。该种管道排潮不应是排除保温层因意外造成的进水，而是排出保温材料生产过程、运输和储存过程中有可能吸入的潮气，硅酸钙瓦保温层结构不适合通过排潮的方式排出大量的保温层吸水的水分。建议在地下水位很低的地区非雨季施工情况下使用该种结构。输送的蒸汽介质温度最好在195以下。内滑动钢套钢结构1规格参数：工作钢管D529X9 减阻层厚度4mm耐煮沸硅酸镁瓦块保温层厚度250mm聚氨酯保温层厚度30mm钢外护管D1219X102结构性能说明：减阻层采用纤维类材料，能减小工作钢管滑动阻力。耐煮沸硅酸镁瓦块保温层高温隔热性能好，吸水率高，吸水后强度下降明显、易碎。铝箔反射层能减小辐射传热。聚氨酯保温层低温区保温隔热性能好，辅助承载性能好，压缩强度符合结构要求。钢外护管承载性能好（壁厚应根据承载要求计算），玻璃钢外防腐层防水性能好，耐温满足正常运行工况。3结构缺点：a工作钢管重量全部落在耐煮沸硅酸镁瓦块上，对于启动频繁或参数变化频繁的管网，保温瓦容易被工作钢管滑动及重量所损坏。B如果耐煮沸硅酸镁瓦块在施工或其他过程中大量吸水，其完整性将受到较大破坏。所以，使用该结构的管道时，管道端部防水密封必须牢固可靠，防止耐煮沸硅酸镁瓦块进水。C在意外进水的情况下，排潮不能排出聚氨酯层中的水分。在运行温度环境下，聚氨酯中的水分会使聚氨酯明显体积缩小，失去辅助承载和固定耐煮沸硅酸镁瓦块的作用。耐煮沸硅酸镁瓦块保温层在长期运行中易松散。4在管道自然补偿管段，不能使用耐煮沸硅酸镁瓦块保温层，因为管道的侧向位移会导致耐煮沸硅酸镁瓦块受压损坏。5排潮阶段外护钢管温度有可能超过设计温度，应加设补偿设施。采用该种结构必须配备严格的管端防水密封，自然补偿管段应适当采用其它结构。该种管道排潮不应是排除保温层因意外造成的进水，而是排出保温材料生产过程、运输和储存过程中有可能吸入的潮气，耐煮沸硅酸镁瓦块保温层结构不适合通过排潮的方式排出大量的保温层吸水的水分。建议在地下水位很低的地区非雨季施工情况下使用该种结构。输送的蒸汽介质温度不应超过350。外滑动导向钢套钢结构1规格参数：工作钢管D529X9 离心玻璃棉保温层厚度210mm钢外护管D987X6纤维缠绕增强玻璃钢外防腐层3mm2结构性能说明：滚动导向支架导向性能好，工作钢管基本自由位移，支撑工作钢管重量，保护玻璃棉保温层。离心玻璃棉保温层高温隔热性能好，浸水干燥后几何尺寸及物理性能无明显变化。铝箔反射层能减小辐射传热。空气层外钢管温度均匀，排潮通畅，厚度不大于15mm。钢外护管承载性能好（壁厚应根据承载要求计算），纤维缠绕增强玻璃钢外防腐层防水性能好，耐温满足正常运行工况。3结构缺点：a在排潮过程中，钢外护管外表面温度会超过设计界面温度，在无抽真空结构情况下，外护管需进行有补偿安装。b在无抽真空条件下，在排潮过程临近结束阶段，外护管底部达不到水气化温度，部分水分不容易排出。C运行过程中外护钢管内壁温度为碳钢腐蚀速度最快的温区，外护钢管内壁需作严格的防腐处理。D为保证排潮充分及取消外护管补偿器，最好配备抽真空设备及在管段上进行分段密封。抽真空可以降低水的汽化温度，达到低温排潮的目的。在配备抽真空系统的结构中，外护钢管不会超过设定界面温度，可以取消外护钢管补偿器。高强隔热环能减小支架热桥作用，隔热作用明显。采用该种结构建议安装抽真空设备。输送的蒸汽介质温度不应超过350。外滑动导向A类复合结构1规格参数：工作钢管D529X9 离心玻璃棉保温层厚度180mm聚氨酯保温层厚度30mm外护钢导管D987X6纤维缠绕增强玻璃钢外护管D1101X102结构性能说明：滚动导向支架导向性能好，工作钢管基本自由位移，支撑工作钢管重量，保护玻璃棉保温层。离心玻璃棉保温层高温隔热性能好，浸水干燥后几何尺寸及物理性能无明显变化。铝箔反射层能减小辐射传热。空气层能使钢导管温度均匀，排潮通畅，厚度不大于15mm。外护钢导管能使工作钢管位移导向，并辅助承载。内、外防腐通过结构及参数设定解决，防止聚氨酯层进水。聚氨酯保温层低温区保温隔热性能好，辅助承载性能好，压缩强度符合结构要求。玻璃钢外护管防水性能好，承载性能好，耐温满足正常运行工况（壁厚应根据承载要求计算）。本结构产品内、外钢管需要有补偿安装。主要使用全固定形式，固定墩推力较小。采用该种结构的管道的管线布置设计较为简单，现场适应性强，管道应力水平低。输送的蒸汽介质温度不应超过350。5、常见的各种保温结构形式的经济比较从以上分析可以看出，对于郑州市秦岭路热力管网改造工程，选用内滑动钢套钢保温结构是个比较好的选择。所以，不同地区当选用直埋蒸汽保温结构时，一定要根据当地的气候、水文、地质、经济以及介质温度高低、管径大小等，全面、认真地进行经济、技术比较，论证后确定方案，不能盲目草率仿照其它地区。选择时应根据使用单位地质、气候 、地理、经济等不同条件，进行经济、技术比较而定。保温材料的优化设计外护层的优化设计按照标准的规定，当地下水位高于敷设的直埋蒸汽管道管底时，应采用钢质外护管。钢质外护管应选用符合国家相关标准的直焊缝钢管或螺旋焊缝钢管。考虑到工程经济因素，也可采用非标准钢管，比如卷焊钢板。禹州市热力管网工程直埋蒸汽管道采用的外护管和前面所述的不一样，采用的是非标准卷焊钢板外护层。因该工程地质情况是地下水埋藏较深，挖至4m未见地下水，无不良地质现象。根据此情况，考虑到输送蒸汽温度为350，若选用玻璃钢，因考虑玻璃钢耐温较低，蒸汽一旦泄露，将会把玻璃钢炭化，从而破坏保温层。外护层选用卷焊钢板，不仅可以加强直埋蒸汽保温管外护层强度，而且也可以节省大量资金，减小工程造价，实践也证明了外护层选用卷焊钢板满足了施工运行正常要求。防腐层的优化设计 直埋蒸汽管道的外套管应该保证使内管和保温材料在严格防水的空间内运行，如果外套管损坏（腐蚀、机械、操作、焊接质量等原因造成），地下水渗流进保温层，受到内管高温的蒸发变为水蒸气，使保温材料的界面温度和外套管的外表温度难以控制，严重时能够造成全线保温和防腐失效，管线报废。因此对于蒸汽管道的外套管外壁防腐措施是非常重要的。普遍采用的几种涂层型式如下：1.环氧煤沥青 此涂层于80年代在我国开始应用，十几年内在各种埋地管线中大量应用，由环氧与煤沥青两种主要成份组成，是甲（环氧）乙（固化剂）双组分涂料，它缩合了环氧树脂（强度高）与煤沥青（防腐性能好）的优点，具有防腐层性能稳定，使用年限长，耐一定高温（110以下），涂层强度高，施工方便可半机械化或手工生产，涂层造价低廉。适合直埋蒸汽管外套管对防腐涂层的要求，但在生产中存在下列问题：固化受温度影响较大，低温（5以下）固化慢，北方冬季施工受限制。尤其在现场补口时，该涂层达到固化的时间长，难以得到工期保证。2.玻璃钢 采用聚脂、环氧树脂、或酚醛树脂作为主要原材料。性能特点：强度高、硬度高、耐冲击、表面光滑，防腐性能高，可半机械化或手工生产，固化时间较短，但造价较高。3.熔结环氧粉末 熔结环氧粉末于20世纪60年代在美国和加拿大普及应用，是采用热固性粉末涂料喷涂一次成膜的生产工艺，其防腐性能极其优越，耐化学腐蚀性好，与基材粘结强度高，表面光滑，耐磨、耐高温，寿命可超过40年。在美国几乎取代了传统上使用的煤焦油瓷漆，从1992-1995年五年统计数据中看，它的用量占了全部管线防腐用量的41%。熔结环氧粉末的每个颗粒均包含所有的组成成份，使它成膜后的涂层具有连续稳定的均匀性。熔结环氧粉经熔融结合涂装，充分熔化流动，并且流平覆盖于钢管表面，与基材间没有空隙，完全紧密结合，更重要的是在此过程中发生化学反应，环氧粉末树脂受热固化交联形成连续的热固性聚合物，并且和钢管形成某种程度的化学键，从而决定了它的优良防腐层起源于穿越工程，迄今为止熔结环氧粉末依然是埋地管线穿越工程的首选外防腐层。我国的一些长输管线也采用此型式防腐。它的补口采用双组份液态环氧，一般2个小时即可完全固化，可大大提高施工速度。目前国内直埋蒸汽管生产厂家应用该技术的比较少，由于其造价逐渐下降，目前基本达到65-70元/m2，具有很大的发展潜力和应用前景。4.聚乙烯三层结构聚乙烯三层结构防护层又称三层PE/PP，是近几年从国外引进的先进的外防腐技术。它的全称为熔结环氧/挤塑聚乙烯结构防护层，结构由以下三层组成：底层为熔结环氧（60-80m）中间层为胶粘剂（170-250m）；面层为挤塑聚乙烯（约2mm）。防护层总厚度大于2.2-2.9mm。在三层结构中，环氧底漆的主要作用是形成连续的涂膜，与钢管表面直接粘结，具有很好的耐化学腐蚀性和抗阴极剥离性能；与中间层胶粘剂的活性基团反应形成化学粘结，保证整体防腐层在较高温度下具有良好的粘结性。中间层通常为共聚物粘结剂，其主要成分是聚烯烃，目前广泛采用的是乙烯基物胶粘剂。共聚物胶粘剂的极性部分官能团与环氧底漆的环氧基团可以反应生成氢键或化学键，使中间层与底层形成良好的粘结；而非极性的乙烯部分与面层聚乙烯具有很好的亲合作用，所以中间层与面层也具有很好的粘结性能。聚乙烯面层的主要作用是起机械保护与防腐作用。聚乙烯三层结构防腐层缩合了环氧涂层和挤压聚乙烯两种防腐剂的优良性质，将环氧涂层的界面特性和耐化学特性，与挤压聚乙烯防腐层的机械保护特性等优点结合起来，从而显著改善了各自的性能。并且其在补口方式上采用热缩带式接口方式，简便易行，施工周期短，因此作为埋地管线的外防护层是非常优越的。据有关资料介绍，三层PE可埋地管道的寿命达到50年，目前，在国际上被认为是最先进的管道外防腐技术。除上以上几种防腐方式外，目前应用比较广泛的还有聚脲涂层防腐等等。该涂层附着黏结性强，耐磨损，既有很高的延伸率，同时又保持很高的抗张强度和硬度，最高使用温度120，凝结时间很短，喷涂后6秒内凝胶，80秒内表面