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世界上最长的一条为单一用户服务的高
压、高温蒸汽管道目前正沿着芝加哥、密尔
瓦基、圣保罗以及圣保罗的太平洋铁路5.5
英里长的线路上敷设。
“北方各州动力公司”(以下简称NSP公
司)的管线将以高达7500C的温度和850磅/
英时2的压力供汽 它与市区的民用供热无
关。
美国和世界上的一些国家有不少更长的
蒸汽管线 但没有一条象这样长的线路具有
这么高的压力和温度。
虽然这条管线在尺寸方面是首屈一指
的 但据NSP公司热能供应部经理大卫·
奥斯特列讲 研究表明这一线路“大概是世
界上高压蒸汽系统中最安全的设计”。
NSP公司所属的“高桥”电厂将在燃煤
锅炉中生产蒸汽 并用管道把蒸汽输送到温
达莱大街和大学路附近的Champion国际
造纸厂的发电机组 汽轮机排出的蒸汽用于
造纸干燥过程。
这种商业蒸汽可以降低Champion国际
造纸厂的能源费用 从而有助于这个具有
75年历史的造纸厂的废纸回收工艺保持竞
争能力。
目前该公司在厂内使用天然气和石油作
为燃料生产蒸汽用于造纸生产 该公司将保
留原有设备 但只作为备用热源。
价值四千万美元的蒸汽管线和与其串联
的凝汽回收管道在完工时几乎是看不见的。
因为除了在五个铁路交叉口由高架越过街道
的地方 以及在两头的厂区内 其余地段的
管道均被深埋在铁路路基以下8英叹深的地
方。在上述部位管道露出了地面 它们铺设
在高于路基1-r3英叹用柱子支撑的支架上。
在可见处 暴露的线路用保温材料包
裹。奥斯特列说 大多数情况下附近的街道
将看不到管道 但是从“高桥”电厂出来的管
道有1500英叹用T型水泥柱架高20-}30英
叹。
早先设计的五个交叉点上的支架高8}
10英叹 但是市民小组和城市规划委员会
成员的担心使计划不得不很快修改 降低了
桥墩的高度。
奥斯特列说 NSP公司所属的子公司
诺兰克与密沃瓦基路段达成协议 同意支付
150万美元以取得管线在该段铁路的通过权。
这项付款为铁路提供了资金 以便使用新的
焊接钢轨去替换邻近路基上的旧轨 并安装
一个新的双线通讯系统。这样 这个新的双
轨铁路将比老的双轨系统有更大的运输量。
这个工程是私人投资 与城市有些牵连
仅仅因为在七个地点管道要横跨公共街道。
这些街道已经或将要挖开 以便敷设管道。
它们是:威斯敦、易勒哈特、加罗尔和克利
夫兰林荫路、伊利城、阿纳达和费莱街 这
些街道与密沃瓦基路都是同平面交叉。
4月14日市议会通过一项决议允许沃
兰克子公司在交叉点埋设管道 并且规定使
用土地的租金为一年50万美元 共交8年。
沃兰克子公司设计了一个内设的安全装
置 由管中管组成 可以吸收从破裂处发出
的任何压力冲击。奥斯特列说 NSP公司
己经试验过各种可能的管道破裂 一个人即
使直接站在一个埋在地下的破裂管道的模型
上面 也不会看到任何蒸汽的泄漏。
奥斯特莱说 管道破裂的可能性很小。
而且因为大多数管道都是埋在地下 所以可
能跑气的地方就只有在NSP公司或Cham--
pion造纸厂的厂区内 或者在铁路桥上.
但这些地方与公共场合还有相当的距离。
油脂工厂中有很多用间接汽加热的设备 如蒸炒锅、长管加热器、汽提塔、蒸烘机 炼
油锅内的加热盘管等。这些设备加热后的乏汽都须安装疏水器。此外 蒸汽管道、蒸汽分水
器等也需安装疏水器。疏水器是油厂必不可少的设备之一。然而不少的油脂工厂 由于对选
用、安装疏水器不太熟悉或忽视这一工作 往往不能正确选用 导致疏水失灵 汽水不分
造成蒸汽的大量浪费。据资料报导 一只一英时的疏水器失灵 一年要浪费30吨煤 数量
十分惊人。而且 间接蒸汽加热设备后的凝结水也未予以回收利用。蒸汽回汽管埋于地下
远离设备无保温措施 也造成部分热量的浪费。国务院颁布的节能指令中要求利用间接蒸汽
的生产设备 其凝结水的回收率一般不低于60一8000。因此正确地选用、安装疏水器并回收
凝结水 是当前油脂工厂开展节能活动的主要内容之一。
一、如何选用疏水器
疏水器的作用是自动的排除蒸汽加热设备或管道中蒸汽凝结水及空气等不凝气体。但不
漏出蒸汽 疏水器的这种阻汽排水作用 可使蒸汽加热设备均匀给热、充分利用蒸汽潜热提
高热效率 防止凝结水对设备的腐蚀。又可防止蒸汽管道中的水击、振动 结冰胀裂等现象
发生。
要发挥疏水器上述功能 就必须正确地选用和安装。
目前油厂中常用的疏水器有热动力式和钟形浮子式(即倒吊桶式)。、热动力式疏水器的
工作原理是应用蒸汽与凝结水的热力学特性的不同 而钟形浮子式疏水器是应用蒸汽与凝结
水比重差的原理。现将两种疏水器的主要技术性能列表如下:
两种疏水器的性能表
表1
热动力式疏水器
钟形浮子式疏水器
匕匕匕匕
办口目占目
性性
水气
妇引刀引
使用条件变动时
允许背压度
间歇排水
较好(随每次动作排气)
自动适应
不大于5000
最低工作压力0.5公斤/厘米z
敏感、可靠
可用于过热蒸汽
G3%
垂直安装可防止结冰
不怕
不要
水平、垂直
接近饱和温度
较好
小
间歇排水
带双金属片的好
自动适应
不大于95
迟缓但动作规律稳定可靠
2~3%
要
不怕
要(启动时)
水平
饱和温度
阀和销钉尖部磨损较快
大
能围漏.冻击否向度性小
性范泄防水水方温大
怕久
作用汽否否充装水构
动适蒸要是要安排耐结
热动力式疏水器具有表中所述优点 故被广泛应用。
表1中的允许背压度 指允许最高背压与入口压力之比的百分率。
允许背压度=
允许最高背压
入口压力
x 100%
例如:允许背压度为50%的疏水器 其允许最高背压是入口压力的一半。
若背压超过最高允许背压则疏水器工作不正常。低于最低工作压力则疏水器不能动作。
各种疏水器都具有一定的技术性能和最适宜的工作范围 要根据使用条件进行选择。不
能单纯地从最大排水量的观点去选用 更不能只根据凝结水管的大小去套用疏水器。一般选
用时主要根据以下两个方面来确定。
1.疏水器的工作压差
疏水器的工作压差是指疏水器的入口压力P:和出口压力P:之差值。即
DP 二P 一Pz
疏水器的入口压力是指入口处的压力 而不是指蒸汽系统的压力 一般疏水器入口压力
比蒸汽压力低0.5-1.0公斤/厘米“ 对蒸汽管道的疏水 蒸汽压力可视为疏水器入口压
力。
疏水器出口压力是由疏水器后的系统压力决定的。一般将凝结水经管网集中回收做为热
量综合利用(如锅炉供水)。这时疏水器出口压力P:是凝结水管网的压降、凝结水管上升
的高度和二次蒸发器(扩容器)压力三者之和。列式表示如下:
。H.二.‘。
rz=一i不十r3十pr
式中:Pz疏水器出口压力 kg/cm2(表压)
H疏水器与二次蒸发器(扩容器)之间的位差 米
凝结水管网架空敷设时 由于凝结水管升高造成的背压 每升高}0米约
产生1公斤/厘米“的静压。一般H, 5米。
P3—一扩容器或凝结水罐内的压力 kg/cm2(表压)
考虑各方面的因素 油脂工厂可采取凝结水罐与大气接通 则Ps = 0 0
OPS--凝结水管网压降(包括局部损失)。kg/cm2-
凝结水管网的压降的计算 由于蒸汽冷凝产生的凝结水在管内流动时 随管线压力的降
低而有自蒸发现象 呈汽水两相混合状态 体积要比单纯液相大得多。此时 凝结水管网的
压力降可先按液体水计算 知道了流率 选取管径(一般出口管径应大于或等于疏水器口
径) 查图1即可得出压降。然后按其混合重度(见表2)用下式进行换算 即可求得其压
力降。
BPS_r I,
OPL r5
管径、流率也可按上述方法进行。
对于管径:
对于流率:
奇二(令)。‘”
GSGL二(一L_..r }0rs’6
式中:APL, r}, dl,, GL—按液体水计算的压力降、重度、管内径、流率。
L1P5, 1'S, ds, Gs—按汽水混合物计算的压力降、重度、管内径、流率。
在一定压力PI下 蒸汽冷凝产生的饱和凝结水降至常压时汽水混合物的重度
混合物贡度表
表2
由于疏水器的排水能力与甲P 一P2成正比(但△P<1o-15公斤/厘米2) 故P& P:的
计算不可忽视 表3即可看出 进出口压力差越大 排水量越大。
S 18H-10的排水f表
表3
疏水器
介质温度
锥管螺纹
Dg
英时
}to
n舀nl口吱
八七 止no
八匀︼0 LO
惬...几﹄............1..................
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15
20
25
<185
<185
G 185
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3/4n
1 }}
120
95
2。硫水登的排水
考虑到各种因素 疏水器的设计排水能力应大于理论排水量。
Gsh=kG:公斤/时
式中:}-' s h一一疏水器的设计排水量公斤/时
k—一选择疏水器的倍率
GL—理论排水量(即加热设备的蒸汽耗量)公斤/时
k值的大小 由以下因素决定:
(1)安全系数:理论计算与实际使用是有出入的 包括负荷和压力的影响。
(2)使用系数:考虑开车时 低压重荷的情况及设备速热的要求 疏水器的设计疏水能
力要大于设备正常运行的凝结水量。
在油脂生产上 一般亩取k=3一40
知道了疏水器的进出口压差 排水量以及其它 就可根据有关手册或产品样本选用。
安装注意.项:
fl)为保证蒸汽加热设备的正常工作 每个加热设备应单独设疏水器 不应几个设备供
用一个疏水器。
(2)如果凝结水量超过单只疏水器的最大排水量时 可选用相同型式的疏水器并联安
装。
(3)安装疏水器时 其机体上指示的流向箭头必须与管线内凝结水流向一致 否则疏水
器即失去作用。
(4)疏水器的入口管应设在加热设备的最低点。对于蒸汽管的疏水 应从管底部接至疏
水器。
(5)根据生产实践的经验 一般疏水器可不装旁通管。
(6)从凝结水出口至疏水器的入口管段应尽可能的短 并尽量减少拐弯 且使凝结水自
然流下进入疏水器。
(7)疏水器入口管不保温。
(8)一般宜在凝结水出口管的最低点设Dg20排污闸阀。
二、凝结水的回收
蒸汽加热设备后的乏汽 通过疏水器后排出的凝结水 其温度较高 接近10 0 0C。将凝
结水回收与新鲜软化水混合进锅炉 不但可提高锅炉进水温度 节约煤炭 保证锅炉压力的
正常供汽。而且能节省软化水 减轻软水器的负担。据资料报导:入锅炉软水温度上升1 0C ,
燃料煤耗下降1.1400。每吨软化水耗电和其它消耗平均折算热量3400大卡 合等价标准煤
0.486公斤。可见回收凝结水 其节能意义也很大。当然 要增加一些设备 但所需费用短
期内即可收回。因此这项工作很有必要进行。
疏水器排出的凝结水的回收 首先应将各疏水器的凝结水汇集起来 架空敷设 并予保
I温。如图1所示。
图1凝结水管(集合管)的图2疏水器出口管与凝结水管
敷设示意图斜交示意图
为了保证凝结水畅通 各支管与集合管相接 宜采用顺流与管上方成45“斜交。如图②
所示。凝结水集合管应坡向回收设备。为了不增加静压和防止水锤现象产生 集合管不宜向
上抬升。
疏水器的出口压力是决定于疏水器后的系统压力 因此高低压蒸汽系统的疏水可合用一
个凝结水系统 不会相互干扰(不设置旁通管时)。
凝结水集合管(凝结水管网)的管径 可根据凝结水量 按汽液两相混合物 并在允许
的压降条件下计算管径。如前述。
.疏水器的出口管安装时应注意:
(1)疏水器的出口管段应尽量减少背压 因此管径要大而短 且少弯曲 并尽量减少向
_L的立管。出口管径应按汽液混相计算 一般应比疏水器口径大1一2级。
(2)出日管有向上的立管时 在疏水器后应设单向阀 由于热动力式疏水器能起到止回
作用 其后可不设一单向阀。
(3)在疏水器出fl管段上宜设f }g20检查用阀。
摘要上海金桥出口加工区的地下水位高、雨季降水量大 对埋地敷设的高温蒸汽管道的防
腐保温结构提出很高的要求。在无工程先例可借鉴和无设计施工规范可循的条件下 首次进行了
大规模工业化试验—1 .6km供热(250 C蒸汽)管道埋地敷设工程。本文全面总结了该工程防
腐保温结构的设计与施工 为今后埋地供热管道建设提供了重要数据和借鉴经验。
丰题词埋地管道热力管道保温层结构设计工艺技术
1概况由于输送介质温度为250 C 在运行中管
上海金桥出口加工区总面积为12.38km2 道将产生较大的轴向蠕动 因此 保温层不可
根据上海浦东新区的总体规划和环境评估要能将管道嵌固 在设计上应考虑用脱开式结
求 确定金桥地区采用锅炉房集中供热 所有构 并进行适当的润滑 使管道在热膨胀时能
管道均埋地敷设 以减少环境污染 美化城市在保温层内自由胀缩 避免产生较大的热应力
建设。而影响管道的安全运行。
上海金桥地区属于淤泥质亚粘土 地下水2.2保温材料
位高 施工期间正值雨季 管道防腐保温层易((1)要求保温材料在250℃左右的温度下
进水 造成早期损坏。据统计 上海地区所有性能基本不变 有好的保温效果。
地沟敷设的蒸汽管道均告失败 最终仍由地下(2)要求保温材料有足够的抗压强度 在
敷设改为地上。施工中能耐受机械、土壤、地面构筑物以及其
据检索 供大面积保温所需的直埋蒸汽管它载荷。
道的施工 目前国内外尚无先例 且无设计、(3)由于保温材料存在大量的孔隙 在雨
施工规范可循。国际上仅有少数北欧国家地下季、地下水位高的条件下施工、运行时易吸水
敷设了170℃的蒸汽管道。全国城镇供热学会造成保温层失效。因此 对保温材料必须进行
多次建议 在地下水位较高的地区采用直埋蒸闭水或僧水处理。
汽管道要慎重。(4)保温材料的价格应比较低廉。
据此 上海金桥热力公司决定 将第一期2.3外护层
工程约1.6km (D325m讯、D219mm, D108mm外护层的结构必须保证起到防水作用 同
三管同沟敷设)的管道作为试验段 进行大规时必须具有一定的机械强度 密封性要好 有
模工业化试验 以便为整体热网管道的埋地敷一定的柔韧性 表面平滑 有较好的耐温性能
设提供依据。为了保证该项工程能顺利施工 等。
上海金桥热力公司多次组织专家咨询 进行反2.4预制
复磋商研究 笔者也就防腐保温结构设计参加所设计的防腐保温结构要便于施工预制
过多次深入探讨 最终在试验段工程进行了实特别应适合现场预制 以防止拉运过程中的损
施。伤 确保整体施工质量。
2对防腐保温结构的基本要求3埋地供热管道防腐保温层的结构设计
2.1保温层结构据上述要求 经反复研究 明确了复合预
制保温管的设计思路 确定了复合预制保温管
的基本结构 如图1示。
3.1石油沥青底漆
为满足管道热膨胀时在保温层内自由胀缩
的要求 本设计采用了b= lmm的石油沥青
底漆层 当管道受热开始轴向伸长时 石油沥
青熔化形成润滑膜 以减小管道与保温材料间
的摩擦阻力。
3.2无石棉微孔硅酸钙保温层
目前国内常用的保温材料如表1。根据工
圈>< 合预制保退 的基本结构
表><
茗一”~’械1密!I}(kR少m3)
程条件对保温材料的要求 我们与中科院上海
硅酸盐研究所合作筛选了无石棉微孔硅酸钙。
该材料不仅具有较低的热导率 而且有优良的
抗压强度 预制后的形状规则 便于施工成
形 其性能如表20
国内常用的保温材料及制品
}热导率(W / (m .K))}适用温度(℃)1抗压强度((kPa)
水泥珍珠岩
水玻瑞珍珠岩
僧水珍珠岩
徽孔硅酸钙
水泥蜓石管壳
酚醛树脂矿渣棉管壳
岩棉保温管壳
0.058-0.08 i
0.056一0.065
0.058
0.059一0.060
0刀93+0.0025tP
0.042一0.049
0.052-0.058
<600
<650
G 600
<600
<300
-268- 350
500一1000
600-- 1200
>500
500一1000
500 }-1000
填充后易沉陷
热导率(W/(m·K))
} = 0.054+0.00011 tP
250--400
200-- 300
200一300
200 } 250
400一500
150一180
100一200
表2
密度(kg / m')
220
无石棉徽孔硅酸钙性能
坑压强度(MPa)抗折强度(M Pa)
线收缩率(%)
含水率(%)
J0.5
》0.3
加巧10肠
住住住住
日\污9一.一x︶叹哥听簇
无石棉微孔硅酸钙有较大的吸水性 而保
温层的含水率对热导率有较大的影响 从图2
可以看出 随含水率的增加 其保温性能迅速
下降 当微孔硅酸钙的含水率达20%时 它
的热导率是其干燥时的2.5倍。为使该保温材
料在施工和运行时能保持干燥 我们对其进行
了闭水处理 通过正交试验的方法 选择了树
脂型胶液对其进行封装 并在表面均匀粘附僧
水粉。经过闭水处理的该保温材料 在4小时
的浸水试验后 重量未见增加。
3.3铝箔、防腐胶粘带、防水涂料外护层
设计提供无石棉微孔硅酸钙保温层外表面
为50 `} 考虑到哈夫块缝隙辐射效应 局部
温度可达80 `}。因此 在防水层结构设计
含湿率w(0i0)
图2徽孔硅酸钙热导率随含水军变化曲线
中 第一层采用铝箔 一是作为反射层使用
可以反射回一部分热量;二是由于保温层上粘
附的僧水粉与其它防水层不粘结 利用铝箔进
行隔绝;三是铝箔本身不透水 可以起到防水
作用。第二层采用管道专用的防腐胶粘带 其
性能如表3。缠绕后的防腐胶粘带和铝箔紧密
粘结 形成了一道严密的防水屏障。第三层采
用防水涂料与玻纤布形成三油二布结构 用以
充填胶粘带缠绕搭边处可能形成的皱折造成的
孔道。我们与上海建筑材料研究所多次合作
在进行了大量的试验基础上筛选了交联固化型
的聚氨醋防水涂料。由于聚氨醋防水涂料表面
强度不够 为防止施工及运行中的损坏 在其
外缠绕保护胶粘带 从而形成了完整的热力管
网保温防水结构体系。
表3防腐胶粘带性能
4防腐保温结构的预制
4.1工艺流程
根据长期从事防腐工作的经验 我们提出
如图3所示的工艺流程
┌──────────────────┬─────┐
│ 项目 │标淮值 │
├──────────────────┼─────┤
│抗拉强度(MPa) │>22 │
├──────────────────┼─────┤
│断裂伸长率(%) │>400 │
├───┬──────────────┼─────┤
│ 剥离│对背材聚乙烯 │>2 │
│ 强度│对不锈钢 │>2.8 │
│(N/cm)│对涂底漆不锈钢 │> 8.0 │
├───┴──────────────┼─────┤
│体积电阻系数(0·m) │>1 x 1015 │
├──────────────────┼─────┤
│击穿强度(kV/mm) │>30 │
├───┬──────────────┼─────┤
│耐介质│在70 C NaOH 1溶液中浸泡l0 │>2.8 │
│ 性能│天 胶带对不锈钢片的剥离强度│ │
│(N/cm)├──────────────┼─────┤
│ │在70℃人造海水中浸泡10天 │>2.8 │
│ │胶带对不锈钢片的剥离强度 │ │
├───┴──────────────┼─────┤
│水蒸气透过率((B / (mz·24h)) │<3 │
├──────────────────┼─────┤
│吸水率(%) │1 │
└──────────────────┴─────┘
图3工艺流程
4.2工艺及设备
防腐保温结构的预制要求高 而且胶粘带
缠绕必须有一定的初拉力 若用手工预制 无
法满足结构设计的要求。因而必须设计满足预
制要求的施工机具设备。为了保证钢管预制质
量 防止在运输过程中损伤 并且尽可能节省
运输费用 施工机具及设备必须易于搬迁和现
场组装。按照工艺流程的要求 我们采用的设
计方案是钢管在转胎上定位旋转 旁边分别设
置除锈、底漆涂敷、铝箔和胶带缠绕、防水涂
料浸缠的调速移动小车 可分别对钢管上的防
腐保温层进行预制作业。吊装采用快装式单臂
析架吊 可进行卸车、装车、吊装作业。现场
布置如图4所示 具体施工方法如下文所述。
图4预制现场布
4.2.1除锈与底漆涂敷
采用电动钢丝刷除锈 钢丝刷旋转速度为
2500r/ min 除锈等级St:级 底漆采用机械
涂刷 该设备如图5所示。
上。此工艺主要注意点是合理控制固化时间
由于采用的是交联固化型涂料 所以在使用过
程中严禁在涂料中添加挥发性溶剂稀释 以避
免针孔的出现。
}访水涂料
底漆罐
钢管
电机
转胎
轨遴
图s除锈及底漆涂敷方式
4.2.2保温块的安装
将除锈、底漆涂刷好的钢管置于预制墩
上 用OPP封箱带将保温块沿管道环向分层
捆扎平服 共两层 且为错缝安装。沿管道轴
向加离心玻璃棉垫片 垫片要压紧。
4.2.3铝箔与胶粘带的搭接与缠绕
将已安装好保温块的钢管置于转胎上 铝
箔与胶粘带等宽 置于带有阻尼结构的放卷架
上 按前后次序 同步缠绕在保温块的外侧
如图6示。胶带与铝箔的搭接量为1/2宽
度 调整放卷架的阻尼 以获得合适的初拉
力 确保胶带粘结牢固。调整携带铝箔与胶带
小车的速度以及放卷架与管道之间的夹角 以
保证搭边准确 粘贴表面平整。
图‘铝箔与胶粘带的级绕
4.2.4防水玻纤布的浸缠
防水玻纤布的浸缠采用三油二布结构 浸
缠方法如图7示。玻纤布经防水涂料充分浸润
后 缠绕在预制好胶粘带防腐层的钢管外表面
图7防水涂料的漫缝工艺
4.2.5外保护带的包覆
外保护胶带的包覆应在防水涂料层表干2
小时后进行 经电火花检漏仪检漏后 将钢管
两端用防水材料封装好 即可拉运出厂。
5结束语
该试验段管道的敷设施工正值雨季 突降
的暴雨曾使预制管道泡在水里 由于对微孔硅
酸钙进行了防水处理 基本上未进水。在施工
中特别要注意的是补口的处理 补口时必须清
理干净补口处的泥污 严格按照搭接层次依次
搭接。在施工中要严格防止管体的碰伤 文明
施工 在浦东地下水位较高的条件下 如果管
道有一点破损 土壤的压力就会使水源源不断
地挤入破损处。
该试验段管道已经敷设完毕并投入运行
运行状况良好 达到了设计所预期的目的。直
埋蒸汽管道 在经济上与埋设地沟法相比 每
来可节约投资1136元。以1.6km试验段计
共节约投资1817600元。
250℃直埋供热管道防腐保温结构的设计
与施工 在我国尚属首次 在上海浦东由于地
理位置和地质条件又增加了施工的难度 该工
程状况也有待在运行中进一步检验。为今后有
更多的供热管道采用直埋方式敷设 笔者特撰
写本文 供同行们指正 以期对今后埋地供热
管道的设计与施工提供一些有益的资料。
