专利名称：解决直埋蒸汽管道系统中外护管温差应力的方法
技术领域：
本发明涉及到直埋保温蒸汽管道用的复合外护管。
背景技术：
随着国家能源政策的调整及城市建设对环境保护要求的提高，直埋保温蒸汽管道的需求日益增加。直埋保温蒸汽管道的外护管是直埋保温蒸汽管道长期可靠运行的关键。所谓外护管就好似传统地下管道的地沟，只不过这种“地沟(外护管)”的几何尺寸紧凑的只能容下经保温的蒸汽管。早期的直埋保温蒸汽管道的外护管，延用了直埋热水管道的高密度聚乙烯外壳，由于高密度聚乙烯外护管的耐温性能较低，经实践证明使用效果较差。人们在吸收国外一些经验的基础上，后将外护管改为外表施以防腐层(多为可环氧煤沥青为防腐材料，以抵御土壤的腐蚀)的钢管，使这项技术的应用得以继续。常见的钢外护管直埋保温蒸汽管道也叫“钢套管”直埋管。随着使用时间的推移，人们发现“钢套管”直埋管也存在一些不足，其中钢外壳管表面温度(事故状态下的表面温度高达100C)产生的温差应力，使钢外壳被破坏。为了消除应力，通常采用增加金属波纹管膨胀节的方法，但这种方法会使管道的成本增加、保温结构复杂，而且因受波纹管疲劳寿命的限制，使管道系统的寿命无法满足预期的要求。正因为如此，人们一直在努力试图找到一种即适合国情，又能自身吸收温差应力的外护管。
发明内容
本发明的目的是提供一种自身能吸收温差应力的直埋保温蒸汽管道系统用的复合外护管本发明的目的是这样实现的一种解决直埋蒸汽管道系统中外护管温差应力的方法，其特征在于直埋蒸汽管道系统中外护管是由纤维缠绕增强热固性树脂夹砂玻璃钢外壳层、中间硬质聚氨酯泡沫塑料层和内层钢导管复合而构成的，所说的系统中复合外护管中的内层钢导管是不连续的，其间断宽度W应不小于Δ1，即W≥Δ1其中Δ1＝(〔8〕t/Et)×L式中δ〕t——温度t时钢的许用应力，单位MPa，Et——温度t时钢的弹性模量，单位MPa，L——相邻间断处之间钢导管的长度，单位m。
所说的中间聚氨酯泡沫塑料层是采用喷涂、灌注或浇注的方法实现的。
这里需要强调复合外护管中的内层钢导管、喷涂或者灌注或者浇注的硬质聚氨酯泡沫塑料中间层和纤维缠绕增强热固性树脂夹砂玻璃钢外壳层整体一致的性能对于直埋保温蒸汽管道系统的可靠性是十分重要的。由于玻璃钢的线膨胀系数α2是钢导管线膨胀系数α1的2～3倍，即α2＝(2～3)α1(1)当确定了钢导管的温度t1(t1≤140℃)后，通过调整喷涂或者灌注或者浇注的硬质聚氨酯泡沫塑料的厚度来改变纤维缠绕增强热固树脂夹砂玻璃钢外壳的表面温度t2，使纤维缠绕增强热固性树脂夹砂玻璃钢外壳在t2时的应变ε2＝α2×t2与钢导管在t1时的应变ε1＝α1×t1相适应，即ε2≈ε1(2)根据(2)式可以得到钢导管的温度t1与纤维缠绕增强热固树脂夹砂玻璃钢外壳的表面温度t2之间的关系式(3)t2≈(α1/α2)×t1(3)满足(3)式复合外护管将在运行过程中始终保持“三位一体”性能。
本发明的积极效果1、由于本发明所实现直埋蒸汽管道系统中的复合式外护管是不连续的，其间断足以释放钢导管的温差应力，这使得采用复合外护管式的直埋保温蒸汽管道系统更加适合复杂的城市地下直埋，使直埋保温蒸汽管道的施工方便；2、由于本发明中所实现的直埋保温蒸汽管道的外护管是由纤维缠绕增强热固性树脂夹砂玻璃钢外壳层、中间采用硬质聚氨酯泡沫塑料层和内层钢导管复合而构成的，具有“三位一体”性，从而可保证直埋蒸汽管道的预期寿命10～20年，在任何土壤环境下都具有可靠防水、防腐和抗土壤载荷的性能。
3、本发明的方法简单易行，不仅降低管道网总投资，而且提高了直埋管道系统的可靠性。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细说明本发明所说的直埋保温蒸汽管道用的复合外护管是由图1中所示的内层钢导管1、中间硬质聚氨酯泡沫塑料层2和纤维缠绕增强热固性树脂夹砂玻璃钢外壳层3所组成，所说的中间硬质聚氨酯泡沫塑料层是采用喷涂的方式实现的。纤维缠绕增强热固树脂夹砂玻璃钢外壳和喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料组成的防护层，使钢导管的外表面与土壤彻底隔绝，防止了各种类型土壤对钢导管外表面的腐蚀。刚导管1是不连续的且间断的宽度为≥Δ1，为保证刚导管在间断处的同心度，增加起导向作用的内套袖4，焊口5将内套袖4的一端与间断处的一端钢导管固接，内套袖4的另一端与间断处的另一端留有缝隙6。为便于对本发明中的公式理解，给出一组数据加以说明当L＝12m时，钢导管的设计温度为110℃，〔δ〕t为111MPa，Et为191×103MPa，将上述数据带入式Δ1＝(〔δ〕t/Et)×L中，则有Δ1＝(111/191×103)×12×103＝6.97mm本实施例W为300mm，故满足W≥Δ1。
权利要求
1.一种解决直埋蒸汽管道系统中外护管温差应力的方法，其特征在于直埋蒸汽管道系统中外护管是由纤维缠绕增强热固性树脂夹砂玻璃钢外壳层、中间硬质聚氨酯泡沫塑料层和内层钢导管复合而构成的，所说的系统中复合外护管中的内层钢导管是不连续的，其间断宽度W应不小于Δ1，即W≥Δ1其中Δ1＝(〔δ〕t/Et)×L式中〔δ〕t——温度t时钢的许用应力，单位Mpa，Et——温度t时钢的弹性模量，单位MPa，L——相邻间断处之间钢导管的长度，单位m。
2.按照权利要求1所述的中间硬质聚氨酯泡沫塑料层是采用喷涂、灌注或浇注的方法实现的。
全文摘要
一种解决直埋蒸汽管道系统中外护管温差应力的方法，其特征在于直埋蒸汽管道系统中外护管是由纤维缠绕增强热固性树脂夹砂玻璃钢外壳层、中间硬质聚氨酯泡沫塑料层和内层钢导管复合而构成的，所说的系统中复合外护管中的内层钢导管是不连续的。由于直埋蒸汽管道系统中的复合式外护管是不连续的，其间断足以释放钢导管的温差应力，这使得采用复合外护管式的直埋保温蒸汽管道系统更加适合复杂的城市地下直埋，施工也方便。
文档编号F16L59/15GK1458441SQ0210971
公开日2003年11月26日 申请日期2002年5月14日 优先权日2002年5月14日
发明者于宁, 任景鑫 申请人:于宁