淺談鋼套鋼蒸汽保溫鋼管補償與熱應力

       從安全角度，人們對蒸氣管網的重視遠遠高過熱水管網，事實也的確如此，因而無論是經驗豐
富理論精深的專家，還是施工現場的焊工，對焊工探傷的檢驗人員，莫不謹慎有加，對蒸汽保溫管
芯管絲毫不敢造次，但是對直埋保溫管鋼外殼管，很多人（甚至專家）則不以為然，這就是蒸汽直
埋管網事故因外殼處理不當所占比例居高不下的原因所在。
早期蒸汽保溫直埋管鋼外殼曾有人設置補償裝置，因較難操作很快就被“無補償”方式取代，
盡管有了外套管口徑大到 1200mm，可是幾乎沒有聽到有人對此擔心，和熱水保溫管不設補償器尤
其是大于 DN500mm 更不敢不設計補償器相比，構成了一副有趣的“近不怕水、遠不怕鬼”的圖象。

蒸汽管道當然泄漏不得，國家將熱力管道管件列入安全監察范圍之內，但是讀者如果去驗算一
下，在工業蒸汽可能達到的力（指管網而非鍋爐中）在厚徑比小的大口徑管中，鋼管壁中
的由內壓引起的應力也超不過許用應力，蒸汽管網中是一定設置補償器的，在管道軸向，只受到摩
擦力、彈性反力，大的一項是蒸汽壓力引起的封頭力，這些力合計引起的軸向應力對鋼管材質承
受能力都是微不足道的，軸向熱應力研究不是蒸汽管芯管的重要內容，相反，補償是蒸汽芯管需要
著重探討的課題[6]，而蒸汽保溫管外套管的應力反倒是要認真加以研究的。
（1） 蒸汽直埋保溫管外套筒的熱應力
根據規范 CJJT 104-2014 《城鎮供熱直埋蒸汽管道技術規程》要求蒸汽直埋保溫管工作溫度應
不高于 50℃，這里需要特別強調的是：50℃是對直埋管作保溫熱工設計需要設計的極限。正常情
況下，外套鋼管應不高于 50℃，但是這并不是意味外套管溫度不會超過 50℃，架空敷設的蒸汽管
保溫層吸水的概率很小，但直埋敷設的情況就兩樣了，管溝里因雨積水常有發生，南方地區地表淺
層多水，管道泡在水里是很常見的事，稍有不慎管殼的保溫層便吸飽水分，保溫材料導熱系數增加，
一旦管網投入運行，外殼管上的排潮管會有大量蒸汽涌出，外殼管的溫度達到 100℃左右，這種情
形在外殼管不嚴密（制作不嚴，被破壞開裂）時，在工作管泄漏時也會發生。

淺談鋼套鋼蒸汽保溫鋼管補償與熱應力

        基于上述分析，蒸汽直埋保溫管外套管有兩個溫度值，50℃用來做保溫設計，100℃用來作外

套鋼管應力計算，順便提及，外套鋼管防腐也應按 100℃考慮。
實踐證明：蒸汽保溫直埋敷設管道鋼外套管在達到 100℃時無補償是可行的。設計者可以按無
補償理念處理，但對于三通、彎管、變徑、以及補償器外殼、疏水節等管件，在產品設計和熱網設
計中都應嚴格遵照國家現行規范標準進行技術處理，防止在高應力下發生破壞。
（2） 蒸汽直埋保溫管工作管熱補償
用于蒸汽直埋管網上的補償裝置有如下幾種：
1 波紋管補償器：包括橫向拉桿、角向和無推力波紋補償器；
2 套筒補償器：包括注入填料套筒補償器和無推力補償器；
3 彎管補償：包括直角彎管、π型彎管；
4 旋轉套筒補償器；
5 球型補償器；

上述各種裝置各有特點，適合不同場合，下面分別介紹：
（a）軸向波紋補償器：阻力小，無須維護，壽命有限。
適于負荷連續的穩定長距離管線，不適于用戶頻繁開停的支線。
（b）橫向拉桿、角向波紋補償器：無須維護，壽命有限。
適于轉角位置負荷持續穩定管段；不適于頻繁開停支線用戶。
（c）無推力波紋補償器；又稱壓力平衡式波紋補償器。
價格昂貴，壽命有限，阻力大，不耐汽水沖擊。不須維護,無封頭力。
適用于封頭力有特殊限制的場合，不適于長距離干線，飽和蒸汽管網應慎用。
（d）軸向套筒補償器，阻力小，壽命長，可靠，需要維護。
適用于長距離管線、支線、不適于于無法提供維護條件的場合。
（e）無推力套筒補償器，壽命長，可靠，要維護，無封頭力，阻力大，昂貴。
適用于對封頭力有特殊限制的場合；不適用于長距離干線。
（f）彎管補償：壽命長、可靠，補償能力較小。
利用轉彎機會進行熱補償，屬于必選方式，無適用場合。
（g）π型彎管補償，壽命長、可靠、阻力大、占地大。
適用于支線，尤其是近熱源的支線（有足夠的資用壓頭）負荷頻繁波動的食堂、浴室、公建采
暖等用戶宜；不宜在干線上采用，占地有限制時不能采用。
（h）旋轉套筒補償器，可靠、壽命長、補償量大，需要維護，占一定空間。
適用于長距離管線，不適用用于支線。
（i）球型補償器，與旋轉套筒補償器相似。
4. 結論
（1）對于采暖熱水管道，無補償直埋敷設是成熟的技術，但同時考慮到熱網安全性問題且采
用有補償設計時，設計施工難度增加，建設成本增加，熱網安全程度降低，本文建議設置一次性補
償器，讓管道中可能產生的熱應力，有一次釋放機會然后管網轉換成無補償狀態，介質達到溫
度時，管道受壓應力，介質溫度降到時，管道受拉應力，在整個過程中，保證管道不發生屈服，
或者控制在設計的應力限度以下。
（2）對于蒸汽管道，蒸汽保溫直埋敷設管道鋼外套管在達到 100℃時無補償是可行的。設計
者可以按無補償理念處理，但對于三通、彎管、變徑、以及補償器外殼、疏水節等管件，在產品設
計和熱網設計中都應嚴格遵照國家現行規范標準進行技術處理，防止在高應力下發生破壞。
（3）用于蒸汽直埋管網上的補償裝置多種多樣，針對不同的管線，不同的場合，應該采用不
同的補償裝置。