钢塑复合预制保温管在直埋工程中的应用.docx

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钢塑复合预制保温管在直埋工程中的应用

钢—塑复合预制保温管在直埋工程中的应用

李朝襄崔振忠

开封三环防腐保温工程有限公司（原开封大学安装防腐有限公司）

[关键词]塑套钢、钢套钢、钢塑复合、内固定、外固定、内外固定

一

高温蒸汽管道直埋敷设，较地沟或架空敷设具有节约能源、降低造价、占地少、施工方便、美化环境等优点，近年来得到长足发展。

不仅在北方，而且在南方高水位地区也在普通推广。

可见，随着我国能源政策及可持续发展战略的不断深入，热网节能新技术—高温蒸汽管道直埋敷设技术的研究、开发和利用必将蓬勃发展。

二

与低温热水管道不同，高温蒸汽管道因其输送介质温度高（tj≥300℃），热膨胀量大，它不存在“驻点”，不能形成“锚固段”，整个管系的任一截面都能产生热位移，而将热应力释放掉。

所以，不能像热水管道那样做成“三位一体”的整体膨胀结构，而只能是做成滑动型（内滑动或外滑动），脱开式（工作钢管与保温层）的包裹状（保温材料与工作钢管）保温结构。

根据上述机理，国内近几年相继开发出玻钢—钢结构、钢套钢结构等多种多样适用于高温蒸汽管道直埋敷设的保温结构，在全国各地工程上运用，都取得了可喜的成果。

但是，由于高温蒸汽管道直埋敷设至今没有一个为大家应遵循的统一规范，设计上难以下手；再者，生产厂家蜂涌而起，但良莠不齐，加上有些建设单位和监理单位对直埋技术不熟悉、吃不透，所以，工程上也曾出现不少问题。

目前工程上出现问题最多的是：

保温结构外保护层密封防水不可靠、外保护层撕裂、保温结构进水；保温材料质量低劣、热损失猛增，破损溶化，冒汽，整个管系“泡汤”、“爆管”甚至殃及管网报废。

笔者近年就目睹几个工程出现上述问题，比如：

江苏省××电厂，Dn200mm直埋管网2800mm，1.0mpa。

管网施工完毕进入暖管阶段就出现冒汽，继而出现保温结构进水，从排潮管喷浆，最后整个管网“泡汤”、“爆管”，千米温降超过50℃，造成管网报废，从地下直埋全部挖出，改成架空敷设。

湖北省××××学院，Dn150直埋管网近700mm蒸汽温度158℃，0.6mpa。

属高温蒸汽管道，绝非低温热水管网。

但其按热水保温结构制成“整体膨胀式”予制保温管，结果是一通汽就拉坏保温结构，进水冒汽，从97年工程施工到现在，一直修，一直坏、四年来管网带病运行。

河南××××电厂，蒸汽300℃，1.2mpa，Dn350mm，无缝管2500m，由于保温结构、保温材料和施工上的诸多问题，峻工后在试运行阶段，外护层撕裂进水—冒汽—排潮管喷浆—隔热层抽空—热损失猛增—继而外护层大面积烧伤—最后不得不将全线改为钢套钢（钢外护）。

从而可以得出结论：

高温蒸汽直埋敷设成败的关键在于：

一、保温；二、防水而且重要的莫过于防水。

要解决好保温和防水这两个问题，就要在保温结构和保温材料上下功夫。

三

一个合理的保温结构应具备下列条件：

1.必须具有足够的整体强度和可靠的防水、防腐能力。

2.充分考虑高温蒸汽管道的热位移，并在保温结构中保证热位移的实现。

3.保证结构内部和周围土壤温度场的合理梯度。

这是高温蒸汽管道直埋敷设的关键，保温结构是否合理，保温材料的优劣，各节点、端面的处理是否正确；补头、安装、施工质量的好坏，都将影响温度场的控制，稍有不慎就将酿成严重后果。

4.重视管网排潮功能，留有充分的排潮通道。

5.保温结构内，一定要考虑疏排水功能，避免“水锤”撞击。

四

目前国内常见的保温结构基本是两种：

1.塑—钢结构：

玻钢—钢复合结构示意图

这种结构的特点是脱开式、内滑动、工作钢管受热膨胀后，在保温结构内自由伸缩。

因其外护层采用纤维增强塑料（玻璃钢）故名塑—钢（塑套钢）结构。

其结构强度高、整体性连续好、防水防腐性能好、施工方便，是直埋敷设较好的结构型式，很有发展前途。

2.钢—钢结构

钢—钢结构示意图

这种结构国内叫“钢套钢”结构，因其滑动界面的不同，可分为“内滑动”和“外滑动”两种形式。

“内滑动”型（钢套钢）结构实际上是“钢外护”结构。

其结构与“塑套钢”一样，唯将玻璃钢外护层更换为钢管做外护层。

“外滑动”型（钢套钢）结构是工作钢管与保温结构紧紧结合成一体，工作钢管受热膨胀后，连同保温结构一齐通过绝热滑动支架在外护钢管内壁自由伸缩。

这两种结构形式的外保护层均采用钢管，所以国内统称为“钢套钢”结构。

“钢套钢”结构外保护层采用钢管（无缝管或螺旋焊管），其整体强度高，长期安全运行可靠性大，密封防水性能好，潜在隐患少。

因其密封性好，无惨漏，保温效果更好。

其缺点是外钢管防腐难度大、内外钢管焊接质量要求高，造价偏高。

“外滑动”型钢套结构，国外采用真空绝热或充气绝热技术。

据说，国内有厂家采用真空绝热，但其造价肯定偏高，不易被接受。

五

我们通过多年的工作实践，总结正反两方面的经验，研究、开发出一种新型的、适用于南方高水位地区的高温蒸汽管道直埋敷设的保温结构—钢塑复合保温结构。

其制作工艺是：

（1）工作钢管：

除锈、防腐。

（2）制作滑动层：

（螺旋焊管做减阻滑动层）。

（3）安装隔热层：

（扣微孔硅钙瓦）。

（4）安装密封隔热层：

（扣离心玻璃棉管壳或缠铝箔反射层）。

（5）套外护钢管：

（采用3mm直缝焊管），防锈防腐。

（6）制作保温层：

高压自动喷注改性聚氨脂泡沫。

（7）机制缠绕玻璃钢防水防腐层。

（8）检验出厂。

钢塑复合结构示意图

从结构中可以看到：

它的外保护层是薄壁直缝焊接钢管，经除锈防腐后，采用机械湿法缠绕纤维增强塑料—玻璃钢，形成钢—塑复合外护管。

这种结构具有“钢套钢”强度高、密封好、无渗漏、保温效果好、运行安全可靠的优点；又有“塑套钢”整体性连续性好、防腐性能好、施工方便、工程造价低的优点。

取长补短，将两种结构融为一体，形成“钢—塑”复合保温结构。

同时，补口、固定支座、三通、弯头、补偿器等节点的密封防水处理，都采用与之配套的钢—塑复合工艺。

我们近二年将这种“钢—塑”复合结构运用到高土壤热阻和高水位地区都取得了满意的效果。

比如：

（一）开封开发区热力公司热网工程：

供热参数：

280℃1.0mpaDN150mm无缝管500m

保温结构：

钢—塑复合、脱开式、内滑动。

保温厚度：

1=4mm润滑层

2=60mm硅钙瓦隔热层。

3=30mm聚氨脂保温层。

4=3mm直缝钢管外护层。

5=3mm玻璃钢防腐层。

保温外径：

Dw=359mm

界面温度：

无机—有机界面：

115℃

有机—钢套界面：

45℃

保温外表面温度：

30℃以下

竣工后，经暖管—试压—试运行管网保温效果好，千米温降5℃，外表面温度小于15℃，大雪覆盖管外不融化。

管网安全运行一个采暖期，没有出现任何问题。

（二）巩义中孚集团热电厂热网工程：

供热参数：

300℃1.3mpaDn350mm螺旋管800m

保温结构：

钢—塑复合、脱开式、内滑动。

保温厚度：

1=5mm润滑层

2=80mm硅钙瓦隔热层。

3=30mm聚氨脂保温层。

4=7mm螺旋管外护层。

5=3mm玻璃钢防腐层。

保温外径：

Dw=627mm

界面温度：

无机—有机界面：

125℃

有机—钢套界面：

47℃

保温外表面温度：

20℃以下

竣工后，经暖管—试压—试运行管网保温效果好,千米温降5℃，外表面温度20℃以下，管网连续运行一个采暖期未出现任何问题。

（三）浙江嵊州市新中港热电公司热网工程：

供热参数：

280℃1.0mpaDn150mm无缝管850m

地质情况：

高水位地区，地表水丰富，管网在泥泞中。

保温结构：

钢—塑复合、脱开式、内滑动。

保温厚度：

1=4mm润滑层

2=60mm硅钙瓦隔热层。

3=30mm聚氨脂保温层。

4=3mm直缝焊管外护层。

5=3mm玻璃钢防腐层。

保温外径：

Dw=359mm

界面温度：

无机—有机界面：

115℃

有机—钢套界面：

46℃

保温外表面温度：

30℃以下

竣工后，经暖管—试压—试运行管网保温效果好,千米温降5℃，外表面温度30℃以下，管网连续运行一个采暖期未出现任何问题。

山东胶南热力公司管网，300℃1.0mpaDn250mm螺旋焊管1060m采用钢—塑复合脱开式、内滑动结构，正在加紧施工中，将于七月一日竣工投运。

这种钢—塑复合予制保温管，由于保温效果好，千米温降不超过10℃；防水性可靠，不会渗漏、冒汽；防腐性高，使用寿命长，施工方便，造价低等优点，一起步就得到认可。

六

一个合理的保温结构，要有良好的保温材料支撑，才能发挥最大的作用。

否则，保温结构再好，也难以达到预期目的。

适用于高温直埋的保温材料多种多样，但应优选出密度小、导热系数小、使用温度高、抗折强度高、吸水率低、收缩率低、耐腐蚀、造价低、易于施工的品种。

目前收录入国家标准的无机和有机保温材料共有17种可供选择。

这17种保温材料都有规定的性能指标，规定的检测方法，产品质量的优劣，可以通过国家指定的检测部门，检测评定。

国内保温材料市场上也有虚假广告：

什么“专利”、“首创”、“耐煮沸不吸水”等等，其实是欺骗宣传，拿不出科学根据和标准依据，不可轻信上当。

因为这些保温材料都没有标准可查，质量无法评估。

其性能指标只好听任其自吹自擂。

我们通过多年的实践，筛选出几种适用于高温直埋的保温材料，与我们的几种保温结构搭配使用，取得了很好效果。

（一）微孔硅酸钙瓦块：

GB10699-89。

这是一种容重轻、导热系数低、强度高、线收缩率小、耐水耐腐蚀性好的无机硬质保温材料，它的最大特点是全靠自身的化学变化粘合成型，不含任何有机粘合剂。

沸水煮短时间不吸水，长期浸泡水中不溶化，不变形、吸水后经蒸汽烘烤干燥，其形状与性能不变。

所以它最适于高温直埋复合保温结构做隔热层。

硅酸钙保温瓦性能指标

项目

国家标准值

备注

密度kg/m3

抗压强度Mpa

抗折强度Mpa

导热系数W/M.K

线收缩率%

憎水率%

≤220

≥0.30

>0.3

≤0.062

≤2.0

99%

依据标准：

GB/T10699-98

导热系数方程式：

λ=0.0311+0.0000639×Tn（本方程式适用温度范围为273k-623k），623k（350℃的导热系数为0.0709W/w.k）

（二）离心玻璃棉管壳：

GB/T13350-92。

这是一种半硬质无机保温材料。

容重60-90kg/m3时其导热系数为0.043w/mk。

弹性好，回弹率高达95%以上，最高使用温度350℃，可憎水，憎水率可达98%，用作高温直埋复合保温结构中做密封隔热层，一可防止蒸汽外溢，烧坏保温层；二可做为纵向排潮通道，排潮顺畅；三可保证径向位移实现，确保不挤碎隔热层。

离心玻璃棉管壳

项目

标准值

产品实测值

备注

容重kg/m3

导热系数W/M.K

最高使用温度℃

≥70

≤0.043

350

70

0.041

350

标准依据：

GB/T13350-92

（三）聚氨脂泡沫塑料：

其容重在60-80kg/m3时导热系数≤0.027w/mk,闭孔率>3%,抗压强度>0.2mpa,碳化温度150℃，因为它保温效果极佳，防水性能好，所以一直为直埋敷设所青睐。

做为高温直埋复合保温结构的保温层是上好的保温材料。

聚氨脂泡沫塑料

项目

标准

备注（依据标准）

压缩强度

密度>55kg/m3

体积吸水率

闭孔率

导热系数

耐温

>0.3Mpa

GB8813-88

<4%

>88%

0.03W/M.K

150℃

GB/0342-96

GB8810-88

GB10297-98

SY/T0415-96

（四）硅酸铝纤维毡：

GB/T16400-96

工作钢管采用螺旋埋弧焊钢管时，需作减阻滑动层。

该层主要采用硅酸铝纤维毡抚平螺旋焊缝，再佐以无机润滑剂形成减阻滑动层（内滑动脱开式）。

硅酸铝纤维毡耐高温800℃以上，500℃时导热系数为0.161w/mk。

除了起减阻作用外，也是很好的保温材料。

这几种保温材料我们多年来在不少工程中使用，都取得了满意的效果。

（五）钢—塑塑复合外护管：

我们采用3mm直缝焊管做外护管，其上机制缠绕3-5mm纤维增强塑料（玻璃钢）形成钢—塑复合外护管。

这样，提高了予制保温管的整体强度，密封性好，防水性可靠，保温效果更好。

外护管外缠绕3-5mm厚玻璃钢，比环氧煤沥青（三布五油）防腐效果好，使用寿命长且施工方便，工期短，整体造价比一般钢外护、钢套钢要低30%左右。

七

高温蒸汽管道直埋技术中的强度验算、管道布置、补偿量计算、保温热力计算与地沟或架空敷设的设计方法大体相同，可参照CJJ/T81-98“城镇直埋供热管道工程技术规范”进行设计。

采用钢—塑复合予制保温管，在工程设计上应注意几个问题：

1.要考虑外套钢管的热补偿，设外补偿器。

外补偿器也应采用专业厂家生产的产品。

2.管网上应留有足够的疏排水点，避免“水锤”撞击造成事故。

3.注意保温结构排潮功能，适当设置排潮点。

排潮示意图

4.直埋管出、入土端的L形管段，应考虑水平和垂直位移的实现。

5.应考虑设置内固定并辅以外固定的内外固定支座，这样可以减小固定墩的几何尺寸和数量节约投资。

内外固定支座示意图

6.管沟开挖应注意地质情况，泥泞、松软土质、沟底一定得垫层处理。

八

钢—塑复合予制保温管几个节点的防水处理：

1.补口：

采用钢塑复合工艺，在补口处采用与予制管同材质、等厚度的保温结构。

将予制好的外套钢管短节（钢套钢）两端各压边50mm焊于予制管上，再开孔—现场浇注聚氨脂泡沫。

最后，以玻璃钢套袖粘结于钢套袖之上，两端各压边100mm与予制管玻璃防腐层形成连续的整体，完美地解决了防水、防腐问题。

2.其他管件如补偿器、固定支座、三通、弯头等，同样采用钢—塑复合工艺。

所有管件均在工厂内进行保温防水处理，予制成品后，随予制管一并出厂。

九

一个直埋管网是否能长期安全运行，除了予制保温管质量优劣外，安装、土建施工质量也是不可忽视的因素。

（一）直埋敷设对安装施工的要求：

1.予制管下沟、排管要轻吊轻放，避免撞坏保温结构；沟内有水应彻底排水，予制管进水后应采取措施干燥后再施工。

2.要保证焊接质量，采用氩电联焊、探伤，保证焊口无泄漏。

3.管道与各种管件的焊接要控制好中心与标高。

（二）直埋敷设对土建施工的要求：

1.管沟开挖前，应先按图纸开挖全线的固定墩，将固定墩浇筑完毕—养护—凝固待用。

2.开挖管沟后，应按设计要求对中轴线、沟断面、高程进行校核。

同时，应详细验槽，发现土质不匀，有铁渣、尖锐利器等杂物应进行清理。

3.在高水位地区，应采取排水措施。

4.对泥泞、湿陷性沟底应做垫层处理。

5.固定支墩浇筑完成后，应对中心线、标高、予埋件位置进行校核，并应充分凝固后方可交付使用。

6.回填时一定要分层实施三级回填。

三级夯实图

（三）直埋敷设的施工程序：

1.放线定位—全线固定墩开挖、浇筑、养护。

2.分段开挖管沟—沟底处理（排水、垫层）。

3.分段下管—分段焊接安装—拍片、探伤—试压。

4.现场补口—分段回填。

5.吹扫—暖管—排潮—试运行

6.竣工验收。

总之，安装与土建施工应与保温施工密切配合，切不可各自为正。

经验证明：

凡是各方面协调的好，配合的好的工程，施工进度快、质量好，一次试车成功，不留后遗症。

钢—塑复合予制保温管是我们近几年总结工程中的教训，以及多年施工经验研制出的产品，经几个工程的实际应用，确实取得了满意的效果。

借此机会将我们的体会介绍给业内同仁，以求赐教。

一、聚氨酯发泡的优点

　　聚氨酯发泡由双组分组成，甲组分为多元醇，乙组分为异氰酸酯，施工时两组分进入喷涂机械中混合喷出，呈雾状，一分钟发泡凝固成型。

这种材料近几年才引进，用于建筑保温防水。

经过二、三年的使用，对它有了较多的了解，优点很多，使用范围很广。

　　1.保温性能好。

导热系数0.025左右，比聚苯板还好，是目前建筑保温较好的材料。

　　2.防水性能好。

泡沫孔是封闭的，封闭率达95%,雨水不会从孔间渗过去。

　　3.因现场喷涂，形成整体防水层，没有接缝，任何高分子卷材所不及，减少维修工作量。

　　4.粘结性能好。

能够和木材、金属、砖石、玻璃等材料粘结得非常牢固，不怕大风揭起。

　　5.用于新作屋面或旧屋面维修都很适宜特别是旧屋面返修，不必铲除原有的防水层和保温层，只需清除表面的灰、砂杂物，即可喷涂。

　　6.施工简便速度快。

每日每工可喷200多平米，有利于抢进度。

　　7.收头构造简单。

喷涂发泡聚氨酯收头，不用特别处理，大为简化。

如使用卷材，在女儿墙处，需留凹槽，收头在凹槽内;若不能留凹槽，需用扁铁封钉收头，还要涂嵌缝膏。

　　8.经济效益好。

如果把保温层和防水层分开，不仅造价高，而且工期长，而发泡聚氨酯一次成活。

　　9.耐老化好。

据国外已用工程总结和研究测试获知，耐老化年限可达30年之久。

　　10.速度快。

发泡之后耐用，可以明显提高使用寿命。

编辑本段二、聚氨酯发泡的应用施工

　　将保温层—聚氨酯发泡用现场浇罐或预制成型等方法敷于钢管的防腐层外，方法简便，工效迅捷。

　　导热系数小：

　　聚氨酯泡沫的导热系数在保温材料中是最低的，因此能使物料的热损失减少到最低限度。

　　防水、防腐、耐老:

　　由于聚氨酯泡沫的闭孔率达92%以上,因此,用聚氨酯泡沫作为直埋管道的保温层,不仅可以起保温隔热作用，而且能有效地防止水，湿气以及其它多种腐蚀性液体、气体的浸透，防止微生物的滋生和发展。

编辑本段三.性能与参数

技术性能

单位

技术

容量

Kg/m3

45-60

导热系数

W/m.k

0.016-0.024

使用温度

℃

-90-+120

闭孔率

%

≥97

吸水率

Kg/m2

≤0.2

氧指数

h

≥26

抗压强度

Mpa

≥200

编辑本段四.　安全适用性强

　　聚氨酯泡沫能与各种材料进行牢固的粘合，因此作为直埋管的保温层几乎无需考虑防腐层与之粘合的问题。

聚氨酯保温层的适应温度为+120℃-196℃，短时（十几小时）可达+190℃。

如果用户需长期温度190度，我们可根据用户需要用高温料成型。

　　1.平屋面防水保温不上人屋面加喷一道彩色涂料，作为保护层;上人屋面，在上坐浆铺面砖。

　　2.瓦顶坡屋面将发泡聚氨酯喷在望板下沿，瓦块座浆在望板上，不会发生滑动。

　　3.墙体保温发泡聚氨酯用作墙体保温更具优越性装。

配式大墙板，喷在板肋间，粘结好又严密。

如用空心砌块，可将发泡聚氨酯喷在孔洞内，塞充饱满冻库的墙壁，喷涂尤佳。

目前墙体改革很关键的是保温技术，发泡聚氨酯可以大展宏图。

　　4.地下室外墙保温防水，是发泡聚氨酯大显身手的部位，既能保温、防水，又省去其他保护层，一举二得。

编辑本段五、发泡聚氨酯发泡的缺点

　　虽然发泡聚氨酯有如此多的优越性，但也不是万能的，存在短处和不适宜之处。

　　1.在10℃以下的温度，发泡率降低。

因此使用时明显受到季节的制约。

　　2.发泡聚氨酯喷涂成型速度快，不易喷得非常平整，凹凸不平属于正常的。

用于屋面防水保温，平整度可放宽，但檐沟、天沟平整度不好，会影响排水流速。

　　3.因此还需与其他防水材料配合使用。