摘要：结合工程实例，探讨了在钢套钢蒸汽管道直埋过河设计中应注意的关键问题——热补偿、防水、抗浮、排水、排潮、焊接检验，提出了今后应进一步研究的问题。
关键词：蒸汽管道；钢套钢蒸汽管道；直埋；过河；热补偿；防水；抗浮；排潮
Design of River Crossing of Directly Buried Steel Steam Pipeline with Steel Jacket
CHENG Jian-kun，LI Qiu-peng
Abstract：Combined with a project example，the key problems including compensation of thermal expansion，waterproofing，anti-floating，drainage，tidal drainage and welding test to which attention should be paid in design of river crossing of directly buried steel steam pipe with steel jacket are discussed，and some problems requiring further research in the future are put forward.
Key words：steam pipeline；steel steam pipe with steel jacket；direct burying；river crossing；compensation of thermal expansion；waterproofing；anti-floating；tidal drainage
1 工程概况
承德热力集团在热电厂迁建项目中为满足老用户用汽需求，于2008年敷设DN 600mm和DN 500mm蒸汽主管道7km，采用钢套钢外滑动管材，由工作钢管(以下简称内管)和外护钢管(以下简称外管)组成，保温材料采用超细玻璃丝绵，固定支架采用内固定，全线直埋敷设[1]。电厂蒸汽出口参数为：温度310℃、压力0.98MPa。此管道3次穿越滦河，穿越处管道规格分别为DN 600mm、DN 500mm、DN 250mm，穿越处主河道宽度为240～260m。为了不影响滦河景观带的景观，3处穿越均为河底直埋敷设。由于此河道不通航，通过技术经济比较，过河直埋管道采用大开挖形式施工，在枯水期河床宽度较窄，较适合此种施工方式。施工时通过围堰改变河床位置，分段施工[2]。下面以DN 600mm管道为例进行介绍。
2 热补偿
管网除过河处外均采用直埋外压波纹管补偿器进行热补偿。考虑到埋在河底的管道检修、运行等方面原因，经过技术经济比较，过河管道采用旋转补偿器补偿的方式。以下是针对过河管道对几种补偿方式的比较。
① 波纹管补偿器补偿
波纹管补偿器在直埋蒸汽管道中最为常用，其主要优点为：管网布置简单，占地少，技术成熟；缺点为：内压力大，补偿量小，补偿器设置数量较多。DN 600mm波纹管补偿器补偿量基本在300mm以下，针对该过河管道，按每个补偿管段4根12m直管加上固定节、疏水装置等管件计算，每个补偿管段长度约为52m，计算补偿量为240mm。该DN 600mm过河管道长度为250m，则需要分为5段，需要装波纹管补偿器5只。由于补偿器属于管网中薄弱环节，在河床下设置补偿器无疑给将来的运行检修留下隐患。
② 方形补偿器补偿
方形补偿器属于直管和弯头焊接结构，比波纹管补偿器安全性、密封性高，但由于其补偿量小，需设置大量补偿器及支架，增加了大量设备购置费；对于大管径管道，方形补偿器占地面积较大，焊口较多，增大了土方开挖量及管道安装时间，增加了施工费用。经综合考虑，不宜采用。
③ 旋转补偿器补偿[3、4]
旋转补偿器的优点在于补偿量大，对整个过河管段，只需在岸上安装1对补偿器即可满足补偿要求，节省造价；河床下均为直管段，安全性高，检修工作量小。其缺点是需要建设井室，而且井室较大，防水处理较为复杂，防水井室造价较高。根据地形条件，采用旋转补偿器时过河管道布置见图1。
3 防水
外管应采用较高防腐等级，由于此段管道埋在河床下，并长期浸泡于水中，一旦外管腐蚀渗漏，保温层进水，则影响保温效果，增大热损失；如果大量漏水，则影响运行，需对渗漏处进行处理，但很难确定漏水位置，增加检修工作量。故在设计时对此段管道防腐等级要求比较严格，采用了特加强级防腐。对保温补口防腐也应及时进行，防腐等级与外管相同。防腐层应采用电火花检测仪检测，测漏电压为5000V。
对于井室土建防水，根据《地下工程防水技术规范》GB 50108—2008，确定此井室防水采用二级设防，主体结构采用防水混凝土内衬钢板的做法。
管道穿井室采用井室防水密封装置，DN 600mm管道外管的外径为1020mm，外管计算热伸长为185mm，如果外管与井壁采用止水环刚性连接，限制外管的位移，则外管对井室的推力将达到6200kN。采用传统的柔性密封方式可靠性较差。解决这一问题的方法有两个：①外管加装波纹管补偿器，但又存在波纹管补偿器长期浸于水中检修、维护问题。②外管与井壁连接处采用防水性能较为可靠的井室防水密封装置，此装置结构与套筒补偿器结构相似，确保了井室整体的防水性。经研究，在此工程中采用了井室防水密封装置，通过专用注料器把密封填料通过注料口压进填料空腔，这样在保证外管自由伸缩的同时也阻止水渗漏入井室。井室防水密封装置见图2。
内外管之间设波纹端封。为避免事故状态下井室进水导致保温层进水，需将内外管之间封闭。但内外管相对位移较大，封闭装置采用不锈钢波纹端封形式，波纹端封补偿量按内外管相对位移选取，经计算波纹端封补偿量为1050mm。这样有效地解决了保温层进水及内外管相对位移的问题。波纹端封结构见图3。
4 抗浮验算
① 管道抗浮
管道敷设在浸水的土壤中时会受到静水或流水的作用而产生浮力，为了克服浮力对管道产生的影响，必须采取一定的措施来保证管道的稳定性。使用加重块可以抵消浮力的作用，为降低造价，设计中采用毛石混凝土砌筑重块，重块的尺寸和数量由土建专业通过计算来确定。重块砌筑完成后，才能进行管沟的回填，保证管道在管沟中的设计位置。
② 井室抗浮
由于井室体积较小，经计算，井室底板向外突出部分上部的土重和壁板与土的摩擦力大于地下水对井室的浮力。故井室不需要采取特殊的抗浮措施。因为井室一旦上浮很难归位，所以在施工时，井室浇筑后，回填前，应严格控制地下水位，采取可靠的降水措施，避免井室上浮。
在直埋管道过河的设计中，抗浮计算是非常重要的一个环节，应充分重视埋地管道和井室的抗浮设计，有效防止管道上浮造成的安全事故。
5 排水、排潮
由于过河处管道埋深较深，使过河管道呈u形布置，成为系统的低点。在系统水压试验及暖管过程中会存在大量的积水，运行中如不及时排出，积水将会发生水击，影响正常运行，严重时会对管道造成破坏。经计算，过河段管道积满水时水的质量将达到73t，仅靠疏水装置排水，排水时间将过长。针对这一问题，设计时在旋转补偿器井室内加装了低点排水装置(见图1)，采用DN 80mm双阀串联排水装置，主要是为了排出运行前期的管内积水，在正常运行时严禁开启。
排潮管是直埋蒸汽管道不可缺少的重要组成部分，主要是为了排出保温管在生产、运输及安装过程中保温材料吸收的潮气，并可以作为管道泄漏的报警装置。此过河管段左侧为封闭固定节，右侧为端封封闭，故此段仅需加一个排潮管即可，设计时把排潮管设在端封上(见图3)。
6 焊接检验
在管道安装过程中，焊口是管道中的薄弱环节。此过河管段中，内外管焊口共80余道，埋入河底后任何一道焊口出现问题都很难确定位置，而且维修困难。因此，在设计中对焊口的检验提出了较为严格的要求，要求过河部分管道焊缝100%进行X射线探伤检查，焊缝内部质量不得低于现行国家标准《钢管环缝熔化焊对接接头射线透照工艺和质量分级》GB/T 12605—2008中的Ⅲ级质量要求[5]。
7 结语
本工程中没有要求钢套钢蒸汽管道外管的内侧防腐和钢管的阴极保护。在以后的工作中还应对外管是否做内侧防腐和过河管道钢管是否需要阴极保护进行进一步的研究。
参考文献：
[1] 穆树方，蔡启林.直埋蒸汽管道几个关键技术的思考与探讨[J].区域供热，2002，(2)：1-6.
[2] 张玉晨，刘永风，梁洪喜.供热管道沉管工程施工方案设计[J].煤气与热力，2006，26(3)：53-55.
[3] 《动力管道设计手册》编写组.动力管道设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.
[4] 郭平.旋转补偿器在热力管道上的应用[J].煤气与热力，2009，29(5)：A13-A16.
[5] CJJ 104—2005，城镇供热直埋蒸汽管道技术规程[S].
(本文作者：程建坤 李秋鹏 河北华热工程设计有限责任公司 河北承德 067000)
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