1. 直埋蒸汽管道設(shè)計的特點

 因蒸汽溫度高，所以設(shè)計方法不同于直埋熱水管道。

   ①. 直埋蒸汽管道的設(shè)計不能如直埋熱水管道那樣允許有錨固段存在，直埋蒸汽管道的設(shè)計必須使整個管系的熱應(yīng)力釋放掉，即管道必須能產(chǎn)生熱位移。由于受補償器補償能力的限制，直埋蒸汽管道固定墩的間距比直埋熱水管道要小得多。

   ②. 因管道保溫結(jié)構(gòu)不同而形成的區(qū)別：直埋熱水管道使用的是“三位一體”的預(yù)制保溫管，即聚氨酯保溫層緊密地黏結(jié)。在工作鋼管的外表面。但由于聚氨酯的耐熱溫度最高為140℃，因此直埋蒸汽管道只能做成包裹式的復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)，即必須使用耐高溫的保溫材料，這種包裹結(jié)構(gòu)使得工作鋼管與保溫層是脫開的。

  直埋管道產(chǎn)品如：塑套鋼、鋼套鋼、鋼塑復(fù)合；內(nèi)固定、外固定、內(nèi)外固定；內(nèi)滑動、外滑動、導(dǎo)管滑動等。技術(shù)比較成熟的為以下三種形式。

   a. 內(nèi)滑動外固定。即工作鋼管與保溫結(jié)構(gòu)脫開，工作鋼管受熱膨脹時，鋼管運動，發(fā)生位移而保溫結(jié)構(gòu)層與外套管成一整體結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生相對運動。

   b. 內(nèi)滑動內(nèi)固定。即固定端處將工作鋼管固定在外套管上，不用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)固定。

   c. 外滑動內(nèi)固定。即保溫材料和工作鋼管緊密結(jié)合，捆綁成一個整體保溫結(jié)構(gòu)和工作鋼管在管道熱膨脹時同時運動。

 由于保溫結(jié)構(gòu)對直管段及彎頭的徑向位移空間的限制，使得直埋蒸汽管道不能如地溝或架空管道那樣可以利用管網(wǎng)的實際路由走向選擇不同形式的補償器，直埋蒸汽管道的補償器只能采用軸向型的，自然補償管段也只能設(shè)計得較短。而直埋蒸汽管道的強度驗算和地溝或架空敷設(shè)的設(shè)計方法是一致的，即采用彈性分析的方法。

2. 合理選擇復(fù)合保溫管道

  為了保證高溫蒸汽直埋管道在運行中的安全性，保溫結(jié)構(gòu)一般采用復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)。內(nèi)滑動的復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)從里到外依次為工作鋼管、高溫防銹層、無機潤滑層、空氣層、無機隔熱層、高溫金屬反射層、有機保溫層、防水防腐外護層。外滑動式的保溫結(jié)構(gòu)，從里到外依次是工作鋼管、高溫防銹層、無機保溫層、空氣層、防水防腐外護層。防水防腐的外護層一般是鋼套管。

   ①. 保溫材料本具有較強的憎水性。在高溫下其自身特性變化不大；保溫管道整體結(jié)構(gòu)具有足夠的機械強度；外保護套要有可靠的防腐能力和承內(nèi)壓、外載能力。

   ②. 管道在保溫層內(nèi)能夠充分滑動。管道在工作時因溫度的變化會出現(xiàn)熱脹冷縮，在直管段上產(chǎn)生軸向位移，在彎頭及其附近會有軸向位移和徑向位移同時產(chǎn)生。為了保證管系熱應(yīng)力的充分釋放同時減小管道對固定墩的推力，要求管道與保溫層之間的滑動摩擦因數(shù)要低。當(dāng)彎頭處采取自然補償?shù)姆绞綍r，要求彎頭及其兩側(cè)一定長度的管道要有足夠的軸向位移及徑向位移的空間。

   ③. 要保證管道保溫結(jié)構(gòu)本身和周圍土壤的溫度場的要求，如不能有效控制保溫結(jié)構(gòu)的溫度，可能會造成保溫管道的保溫層、外防護層的破壞，嚴(yán)重時可導(dǎo)致管網(wǎng)全線破壞，對其混凝土固定墩、管道周圍的電纜、其他管道等設(shè)施造成影響甚至破壞。因此，一定要對管道的整體及局部的溫度控制，向保溫管生產(chǎn)廠提出明確要求。

   ④. 具有排潮裝置：保溫管在工廠生產(chǎn)、運輸及安裝過程中不可避免地含有或吸收一些潮氣甚至少量水分，這些潮氣或水分在管道運行時經(jīng)管內(nèi)蒸汽加熱就會形成蒸汽，如不及時迅速地排除出去，就會使保溫層間的溫度、壓力升高，甚至破壞保溫結(jié)構(gòu)。因此正常運行時可以通過排潮管的排潮量大小，判斷管道是否泄漏。每段封閉的保溫管段之間均設(shè)1～2個排潮管，通常情況下，把排潮管設(shè)于固定墩上，在安裝過程中將固定墩的排潮口設(shè)于固定墩卡板的同一側(cè)，排潮管應(yīng)引到地面以上，行人、車輛無障礙的安全地方，排潮管口要向下彎，以避免雨雪由排潮口進入管道的保溫層。

   ⑤. 可靠的外防護層：常使用的復(fù)合預(yù)制保溫管的外保護套有三種材料，即高密度聚氯乙烯、玻璃鋼、鋼。

      a. 高密度聚氯乙烯管外保護

        由于高密度聚氯乙烯管耐溫較低，對溫度十分敏感，其強度隨溫度變化大，線膨脹系數(shù)大，隨溫度變化會造成自身開裂，使整個保溫層防水失效。聚乙烯外套則是管件與管道的外套接口不好處理，如固定節(jié)與管道接口處，這些接口如處理不好，地下水可能會滲入管道保溫層并形成蒸汽，嚴(yán)重時會導(dǎo)致管網(wǎng)全線報廢。高密度聚氯乙烯外保護套不宜應(yīng)用到高溫蒸汽直埋敷設(shè)的管道上，但在熱水直埋供熱管道上應(yīng)用較為普遍。

      b. 玻璃鋼外保護

        工作鋼管相對于保護層和保溫材料發(fā)生位移，工作鋼管承受的摩擦力要受到土壤壓力的影響，玻璃鋼材料質(zhì)量不易保證。

      c. 鋼套管外保護

       保溫層與工作鋼管一起相對于外護鋼管做同步位移，工作鋼管承受的摩擦力基本上不受土壤壓力的影響，應(yīng)用較多。鋼外套雖然嚴(yán)密但工程造價高，并且外防腐如果處理不好就不能保證管網(wǎng)的使用壽命。鋼套管的防腐問題較為重要，鋼套管外護層一般防腐用環(huán)氧煤瀝青刷涂，由于與土壤反復(fù)摩擦，不久就失去防腐能力，造成外護鋼管腐蝕破洞。管系中所有的三通、彎頭、固定支座、補償器及管件全部都裝在鋼套內(nèi)，并和工作鋼管焊在一起，再加上外套鋼管大量焊接，焊口數(shù)量極大，且不能進行X射線探傷檢查質(zhì)量。

3. 封閉保溫管段的設(shè)計

   因為復(fù)合預(yù)制保溫管道的結(jié)構(gòu)是管道與保溫層之間是有位移空隙的，如果某一點發(fā)生蒸汽管道泄漏或外防護層破損外漏，則蒸汽或地下水受熱汽化就會通過管道與保溫層之間的這一“通道”遍布整個管網(wǎng)，嚴(yán)重時會使整個管網(wǎng)遭受損失。將管網(wǎng)分成若干個封閉的保溫管段，就能夠縮小事故的影響段，便于查找事故點。在工程設(shè)計中，可據(jù)實際情況將每一對固定墩之間及主干線與支線之間都設(shè)計成封閉的保溫管段。

4. 管網(wǎng)熱補償?shù)脑O(shè)計

  由于受管道保溫結(jié)構(gòu)的限制，管網(wǎng)直管段的補償器只能采用直埋式軸向型的。選擇自導(dǎo)向性能好、抗失穩(wěn)能力強的補償器，布置在兩固定墩中央或之間的任意位置，不要布置在彎頭或折點旁。補償器的保溫結(jié)構(gòu)一定要滿足強度及溫度控制要求，同時，補償器的保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)不影響補償器的自身性能及正常工作。

5．蒸汽管道的疏水設(shè)計

  管網(wǎng)凝結(jié)水如不及時排出就會發(fā)生水擊，嚴(yán)重時會對管網(wǎng)造成破壞。管道低點應(yīng)設(shè)置疏水裝置。蒸汽直埋管道疏排水通常采用上排水方式，依靠管道內(nèi)的蒸汽壓力將凝結(jié)水排出。通常整套疏水裝置設(shè)于閥門井內(nèi)，閥門井應(yīng)設(shè)置在便于操作及檢修的地方。閥門井井壁應(yīng)高于地面50～100mm，防止雨水進入。為了防止疏水管根部焊口產(chǎn)生的剪切力造成破壞，應(yīng)將疏水管盡量靠近固定墩安裝。

6. 管道埋深的設(shè)計

  隨著埋深的增加，土壤的熱導(dǎo)率降低，會使管道的外表面溫度升高。在保證管道不被地上載荷破壞，滿足強度要求的前提下，應(yīng)盡量淺埋，在地下條件允許的地方，管道的埋深以0.8～1.0m為宜，或根據(jù)項目的實際情況而定。

7. 固定墩的設(shè)計

   ①. 直埋蒸汽管道固定節(jié)是在管道上焊接固定用環(huán)板。環(huán)板溫度高，由于熱橋的作用，環(huán)板兩側(cè)管道的外表面溫度也很高。聚乙烯外套的預(yù)制復(fù)合保溫管，其固定節(jié)處的外保護套不能直接使用聚乙烯，采用鋼外套，這就使管網(wǎng)出現(xiàn)了鋼塑接口問題。直埋蒸汽管道固定墩由結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計，一般采用耐熱混凝土。

   ②. 對固定墩的推力計算，除應(yīng)考慮固定墩兩側(cè)管道補償器的彈性反力、不平衡內(nèi)壓力及管道的摩擦力外，對鋼外套的預(yù)制復(fù)合保溫管還應(yīng)考慮鋼外套管對固定墩的推力。例如，按外表面溫度最高50℃計算，當(dāng)工作鋼管直徑為DN400、外保護套管直徑力DN750時，采用鋼外套管的固定墩推力比塑套管的固定墩推力最大可提高10倍。雖然采用在鋼外套管上設(shè)補償器的方法可以減小固定墩的推力，但由于外補償器的防腐問題目前還沒有十分可靠的方法，從而不能保證管網(wǎng)的使用壽命。對固定墩的設(shè)計可采用內(nèi)固定和相對固定的方法，即將固定環(huán)板焊接在工作鋼管與鋼外套管之間的方式。鋼外套管對于工作鋼管視為固定參照物，其內(nèi)固定節(jié)強度結(jié)構(gòu)只考慮工作鋼管的推力F即可。對鋼外套管來說，F(xiàn)僅為它的內(nèi)平衡力，復(fù)合保溫管的整體穩(wěn)定由土壤作用在鋼外套管上的土壓力來滿足。這種全部內(nèi)固定的方式，解決了因地下條件惡劣而無法做固定墩的難題，既縮短了施工周期，又降低了工程造價。

8. 埋地蒸汽管道的補償設(shè)計

  ①. 當(dāng)管道溫度過高或難以找到熱源預(yù)熱或不適于大面積敞開預(yù)熱時，可采用有補償直埋方式。有補償直埋敷設(shè)分為有固定點和無固定點兩種方式。

      a. 有固定點直埋敷設(shè):   在補償器兩側(cè)設(shè)置固定點，補償器到固定點的間距不得超過管道最大安裝長度，固定點所承受的水平推力為土壤對管道保護層的摩擦力。設(shè)計時，要考慮到由于土壤條件變化而造成的摩擦因數(shù)的變化。

      b. 無固定點直埋敷設(shè):   對于無固定點有補償?shù)闹甭穹笤O(shè)，首先應(yīng)在管網(wǎng)平面布置及縱剖面上校核兩個直管段是否超過最大安裝長度Lmax的2倍。若L≤2Lmax，則需校核直管段兩自由末端的自然彎管是否能吸收掉直管段的實際熱伸長量；如果直管段長度L>2Lmax，則還需在L管段上設(shè)置補償器，直到所有不帶任何補償器的直管段長度均不超過2Lmax為止。

  ②. 只有在管段兩端同為同一類型補償器或補償段時，直管上才可不設(shè)固定墩。采用有補償直埋敷設(shè)的方法，宜選用“L”形、“乙”形、方形補償器，并在這些補償器部位做局部管溝；也可選用波紋補償器、套管補償器，將其置于檢查井內(nèi)，以便于檢修。

  ③. 無補償直埋敷設(shè)主要適用于輸送熱水等溫度低介質(zhì)的管道，即利用土壤與管道間的摩擦力阻礙管道的伸縮，當(dāng)土壤與管道間的摩擦阻力之和等于或大于管道膨脹力的時候，管線便不再伸長，即可不加補償器。