直埋蒸汽管道保温层外表面温度的探讨

金属补偿器蒸汽管道直埋技术已在我国一些地区集中供热管道敷设中得到广泛应用。从延长外套管使用寿命和减少对周边设施影响考虑，希望保温层外表面温度低一些，要降低保温管外表面温度，就得加大保温厚度并增加保温投资。当土壤热阻较大时，降低保温层外表面温度，往往导致保温厚度大幅度增加，从经济的观点来看，是很不合理的。
　　一、控制直埋保温管外表面温度的因素
　　直埋保温管外表面温度过高，可能会带来一系列问题，如对保温外套管寿命、周边设施及建筑物，以及对附近的绿化树木、草坪的影响等。温度影响有多大，下面做简要分析。
　　1、外表面温度对保温外套管使用寿命的影响
　　外表面温度一般小于80℃时对金属或其他无机类套管的寿命是没有影响的，有影响的是有机类套管和防腐涂层，现就我们常遇到的几种材料做分析如下。
　　(1)高密度聚乙烯套管　高密度聚乙烯是一种热塑性材料。使用温度过高，聚乙烯会软化，影响机械性能，也会老化。在80吏用温度下，聚乙烯的寿命可达40年。在标准中规定的高密度聚乙烯的使用温度要低一些。德国、法国以及我国均规定聚乙烯防腐管道的   高使用温度为70℃。
　　(2)玻璃钢套管　玻璃钢的耐温性能同所采用的树脂有关。目前不饱和聚醋玻璃钢管应用比较广泛，不饱和聚醋玻璃钢的使用温度一般建议不超过70℃。
　　(3)钢套管外防腐层　钢外套管的防腐，有采用涂层防腐的，也有采用电化学保护的，还有的是两种并用。防腐涂层多采用环氧煤沥青，也有用富锌涂料或其他高温防腐涂料的。无机富锌涂料耐温可达200~300环氧富锌涂料的使用温度也可达到100℃以上。环氧煤沥青防腐层的使用温度不可超过110℃。
　　综上分析，直埋蒸汽保温管的外表面温度不超过70℃，对哪一类外套管的使用寿命影响都不大。
　　2、直埋蒸汽管道对周边管线和设施的影响
　　有关规范对金属波纹补偿器供热管道与其他管线、建筑物之间   小水平和交叉净距均有规定，理由之一是供热管道运行温度较高，间距过小可能会对其他管线   运行带来影响。在规范中并未规定供热管道保温外表面温度，也未对其周围土壤的热阻和导热系数做出规定。，我们认为，如果直埋蒸汽管道保温外表面温度不大于70℃，就可按现行规范执行。
　　3、温度对树木、植被的影响
　　直埋蒸汽管道造成近旁树木、植被死亡的原因可能是由于大气温度与地温不平衡造成的。但园林专家认为，树木根系边缘比正常地温高出10℃以内不会带来太大危害。我们暂且就以此为条件进行限定直埋管外表面温度问题的讨论。
　　二、直埋保温管的热影响范围
　　直埋保温管在地下的热传递主要受土壤热阻的影响。当管道埋设较浅，如中心埋深小于4倍保温外径时，还受到地面大气热阻的影响。下面着重分析土壤热阻的影响。
　　1、影响土壤热阻的主要因素
　　影响土壤热阻的主要因素是土壤导热系数、管道埋设和管外径的大小。
　　2、热影响范围
　　由于土壤热阻的作用，非金属补偿器直埋保温管的传热过程和热影响范围受到制约。   先，在相同的介质温度和保温条件下，直埋保温管的外表面温度要高于地面架空管道和管沟敷设的管道。当土壤热阻较大时要降低保温管尤其是大口径保温管的外表面温度是很困难的，往往要把保温厚度增加很多才能把保温管的外表面温度降下来。另外，直埋保温管的热影响范围或热影响半径受到土壤热阻的制约。
　　(1)随着与保温管距离的增大，温度急剧下降，相距200mm可下降近10℃。(2)从热影响半径看，表面温度为60℃，距离1.5m处，仅比地温高10~15℃。
　　三、外表面温度与保温投资的关系
　　要降低非金属膨胀节直埋保温管的外表面温度，需要加大保温厚度。保温厚度加大，势必带来保温投资的增加。
　　我们按目前应用较多的硬质无机一有机复合保温结构的保温性能和保温材料实际造价，对输送270℃蒸汽、管径为φ426的管道计算分析了达到不同外表面温度时所需的保温厚度和相应的每延长米造价，土壤导热系数分别为0.8、1.2、1.5W/(m·K)，管中心埋深为1.5m。
　　(1)要降低保温管外表面温度，会显著增大保温造价，尤其在土壤导热系数较低的情况下，降低10℃往往需增加造价30~50%。
　　(2)土壤导热系数对保温造价的影响十分显著。
　　(3)保温管外表面温度越低，再降温造价增幅越大。
　　目前在直埋供热管道保温设计中，主张把外表面温度设计低些。外表面温度太低，对于热水(含高温水)直埋管道是可行的，但对于200℃以上的蒸汽管道则往往难以实施，或者说是实施起来很不经济。我们认为确定直埋保温管外表面温度控制指标，应考虑下列几项原则：
　　(1)环境   原则，即对周围设施和树木、植被的   是有否影响。(2)材料寿命原则，即外护材料能否保障设计要求的使用寿命。(3)地区特点原则，即考虑管道埋设地区的地温，地下水位及土壤热阻特点。(4)经济设计原则，即是否满足经济保温厚度的要求。
　　从这些原则出发，结合各种因素的分析，我们认为对200℃以上的直埋蒸汽管道的保温外表面温度控制指标定为50~60℃比较合适。高限定为60℃，考虑到对材料寿命和环境带来不可承受的影响，但却可以大大降低保温造价，尤其是对土壤热阻较大的地区。下限定到50℃，是照顾到有些老城区地下设施多，且又难以探明，需偏   考虑，也有些地区地下水位较高，土壤热阻较小，外表面温度设计为50℃时，保温厚度无需太厚。
　　经过对控制非金属波纹补偿器直埋保温管外表面温度需要考虑的主要因素，直埋保温管所造成热环境影响范围和降低外表面温度可能带来的投资增加的研究分析，可以得到以下几点结论：
　　(1)目前常用的保温外护套材料在70℃以下时，可以保证常规设计的寿命要求。(2)在满足相关标准的净距要求的条件下，直埋保温管对周边设施和树木、植被的热影响是可以承受的。(3)保温造价分析结果表明，降低保温管外表面温度，保温造价会明显提高，尤其对土壤热阻大的地区。(4)在进行蒸汽直埋供热管道保温设计时，应据实按经济保温原则确定外表面温度，以50~60℃为宜。