根据滑动方式的不同,钢制蒸汽直埋保温管的结构主要分为内滑式和外滑式两种:
1.内滑式:保温结构由工作钢管、工作钢管防腐层、硅酸铝减阻层、微孔硅酸钙无机保温层、不锈钢紧固带、耐高温阻燃铝箔反射层、硬质聚氨酯有机保温层、外钢管和外管防腐层组成。
内部滑动形式最初来自热水预制保温管。为了提高保温管的耐温性,一般在工作钢管外包裹一层耐高温的无机保温材料,无机保温层外壁的温度控制在聚氨酯的适用温度范围内,外面做聚氨酯泡沫,外套包裹密封防水。这种结构的主要特点是滑动发生在工作钢管和内层的硬质保温材料之间。其缺点是热流泄漏难以处理,管件热位移难以补偿。大直径蒸汽管道中的工作钢管自重大,容易造成保温材料偏心或挤压,增加内耗。
二.外滑式:保温结构由工作钢管、工作管防腐层、玻璃棉保温层、耐高温铝箔反射层、不锈钢紧固带、滑动导向支架、空气体保温层、外钢管和外防腐层组成。与内滑结构相比,钢套管外滑结构设计理论更可靠,受力分析更简单,设置内空气层更简单,泄潮性能更好。国外基本采用外滑结构,现在国内已经被用户广泛接受。
外滑形式的保温结构设计思路来源于热力管沟。沟槽由普通的砖或混凝土结构改为钢套管,在外钢管内设置可滑动的导向支架,使工作钢管及相应的保温材料随外钢管滑动,即工作钢管与保温材料紧密接触,工作钢管通过支架支撑在外钢管内,使导向支架在外钢管内滚动,形成“钢管沟槽”结构。这种结构形式主要采用软质保温材料作为保温层,有效解决了因径向膨胀而增加摩擦力的问题。因为里面有支撑环,保温材料不会偏心被压碎。
钢质蒸汽直埋保温管带钢护套的多样化保温结构;
保温层一般采用由均匀、细长、有弹性的玻璃纤维和专用高温胶粘剂组成的轻质、耐用、耐高温的玻璃棉作为钢质保温管的保温层。当需要两层以上保温时,保温层之间的水平和纵向接缝重叠,保温层上覆盖一层反射铝箔,可以有效减少管道的热量损失,可靠性强。根据蒸汽介质的中温、高温和超高温条件,疏水硅酸铝针刺毯/纤维毯或二氧化硅气凝胶纳米隔热毯可作为第一隔热层,满足耐高温要求。
用滚动/滑动导向支架代替传统支架,更有利于工作钢管在夹套钢管中的自由膨胀。滑动支架与钢管之间采用特殊材料保温措施,有效解决了钢夹套钢保温管道的热桥问题。滑动支架处的外保护层表面温度低,不会损坏管道的防腐层,保证管道不会局部腐蚀。
传统预制直埋蒸汽钢夹套钢保温管道中的空气层可以泵入真实的空层,可以消除空气层中的水分和保温层吸收的水分,有效防止内外钢管的腐蚀,降低管道的热损失和表面温度,延长管道的使用寿命。
钢制蒸汽直埋保温管的结构机理:
1.工作钢管:保证输送介质的正常流动。
2.工作管防腐涂层:避免腐蚀物质对工作钢管的腐蚀,延长工作钢管的使用寿命。
3.减阻层:保证工作钢管热胀冷缩时的自由运动。
4.无机硬质保温层:耐高温,保证与有机保温层的界面温度,保证聚氨酯泡沫不碳化。
5.反射层:保证有机泡沫材料不会进入无机硬质耐热保温层;反射耐热保温层的部分热量。
6.聚氨酯泡沫层:保证介质温度,保持夹套钢管表面常温。
7.外钢管:保护保温层不受地下水侵蚀,支撑工作管,承受一定的外荷载,保证工作管的正常运行。
8.外钢管防腐层:保护外钢管免受腐蚀性物质的腐蚀,延长钢管的使用寿命。
与传统保温管相比,钢制蒸汽直埋保温管具有明显的优势:
1.工作管的保温层与夹套钢管之间留有约20-25mm 空的气体层,不仅能起到一定的保温作用,而且还能为钢夹套钢直埋保温管道提供一个非常通畅的泄潮通道,使泄潮管真正起到及时泄潮的作用,同时还具有信号管的作用;如果抽至低值空,可有效保温,减少夹套钢管内壁腐蚀。
2.工作钢管的滚柱轴承采用特殊的低导热材料制成,与钢的摩擦系数约为0.1,因此蒸汽管工作时的摩擦阻力较小。
3.工作钢管的固定支架和滚轮支架与工作钢管之间的连接采用特殊设计,有效防止内外钢管之间热桥的产生。
4.工作钢管的弯头、三通、变径、波纹管补偿器、阀门均设置在钢套管内,整个工作管道在完全隐蔽的环境中运行,安全可靠。
5.直埋管道的排水采用全隐蔽结构,排水管接至工作钢管的低位或设计要求的位置,无需另设检查井。
6.采用内固定可以完全取消混凝土桥墩的外固定,节约成本,缩短工期。
7.可以采用泵送空技术,基本消除水蒸气对夹套钢管内壁的电化学腐蚀,同时进一步提高管道的保温性能。
8.外钢管外壁采用优良的防腐技术,防止液体、气体或固体腐蚀性物质的腐蚀,使用寿命可长达50年。
钢蒸汽直埋带钢夹套保温管不仅具有高效防腐、防水抗渗、耐高温高压的特点,而且是传统沟架空敷设式保温管无法比拟的先进技术和实用性能,也具有显著的节能和经济效益,是节能和供热行业的有力措施。20世纪80年代,我国出现了两种新型预制保温管,一种是氰聚合物结构的保温管,另一种是管中管结构的保温管。世界上,城市供热直埋管道输送的蒸汽温度从+150℃~+250℃上升到近600℃,蒸汽压力从饱和或过热状态上升到2.5兆帕,我国城市供热直埋管道的温度也达到+320℃以上, 作为城市集中供热工程中输送高压高温蒸汽介质的新型高温蒸汽保温管,钢套钢保温管系列产品从单一玻璃棉或岩棉保温结构向低温/中温/高温/超高温保温结构多样化发展,技术水平越来越成熟,应用越来越广泛。
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