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摘要：本文首先分析了直埋高温蒸汽管道保温材料和保温结构，最后介绍了常用的直埋管道外防腐技术。
关键词：直埋蒸汽管道；保温防腐；探讨
一、前言
随着城市建设的发展，对城市环境和景观的要求越来越高，市政管网工程中管道敷设从地上转入地下，防腐、保温结构在工程总投资中约占1/3左右，直埋高温蒸汽管道保温防腐技术在城市集中供热工程中也得到广泛应用，
二、直埋高温蒸汽管道保温材料和保温结构
1、直埋高温蒸汽管道敷设对保温结构的要求
直埋高温蒸汽管道保温层直接与土壤接触，容易受到潮气和地下水的浸袭。保温结构一旦吸湿，导热系数成倍增加使保温层起不到应有的保温作用，同时管道长期处于湿热状态下工作，将会加速管道的腐蚀。国内外普遍认为要防止管道出现腐蚀最主要的是防止水及潮气接触管子表面。但是从目前条件看，还没有一种可直接涂于管子表面，能耐高温（>100℃）潮湿这种恶劣条件而可靠有效的防腐蚀涂料。所以从保温及防腐两个角度都要求直埋管道使用的保温材料及保温结构同时具备保温及防水的双重性能。也就是说保温材料除了要有一定的高抗压强度、低导热系数和高耐热性，同时还应具有憎水性以及便于制成整体、连续、无缝隙的保温结构。这就是近二十年来国内外直埋敷设保温材料及保温结构发展的总的趋势。
2、保温材料
目前国内外适用于直埋高温蒸汽管道敷设的保温材料综合起来主要可以分为硅酸盐、沥青及泡沫塑料三种类型。为便于比较现将其性能简略介绍如下：
（1）硅酸盐类：主要有泡沫混凝土和加气混凝土两种。导热系数较高（入=0.13大卡/米·时·℃）吸湿性强，绝缘性能差。施工方法有现场浇筑和工厂预制两种。
（2）沥青类：它有沥青粉自熔结和以沥青为胶结剂与轻质保温材料混合而成的各种新型保温材料两类。前者是将高软化点的粉末状沥青按一定颗粒粒径级配填充在管道四周。
在管内热介质温度作用下，使管道周围的沥青熔化而形成密实的沥青防水层。稍远的部位仍保持原有疏松状态起保温作用。后者有沥青珍珠岩，沥青硅石，沥青陶粒等多个品种。膨胀珍珠岩具有强力吸水的特性。但是与熔化的热沥青混合后，其表面包裹上了一层憎水的沥青膜。这样改变了吸水的特性而成为憎水性保温材料—沥青珍珠岩。它无腐蚀性近似于中性材料（PH值为6.9）。沥青珍珠岩是在热状态下压缩成型的。通常是在工厂里使用机械把它直接挤压在管子上制成整体式保温管。
（3）泡沫塑料类：输送热介质的直埋管道使用硬质泡沫塑料保温是从1965年澳大利亚修建第一条原油长输管线开始的。以后由于其显示优异的保温和防水性能而得到了很快的发展。目前，国外用于热力管道保温的硬质泡沫塑料，主要是聚氯基甲酸脂硬质泡沫塑料（简称聚氨脂硬泡）。国内除了这一品种外，尚有一种与其十分相近的改性聚异氰脉酸脂硬质泡沫塑料（简称脉酸脂硬泡）。这种材料由于发泡过程中形成的微孔有90%以上是属于封闭性的小孔。因此，它们具有极小的导热系数，几乎不吸水，绝缘性能好，质轻、耐热，耐化学性强，与金属或非金属都易粘接等优点，是较理想的保温防水材料。脉酸脂硬泡是在聚氨脂硬泡的分子结构中引入了耐温、耐燃的异氰脉酸脂环。因此，它较聚氨脂具有更高的耐热性能。成型方法一般是在予制厂内用浇筑或喷涂的方法在管子外直接发泡成型制成整体式保温管。
3、保温结构
目前直埋高温蒸汽管道保温结构型式大致上可以从制作工艺和管道的结合方式两个方面来进行分类。从制作工艺上可分为现场沟槽填充和工厂预制保温管两种保温结构型式。工厂预制型，它是由一层保温层和二至三层防水层组成的复合式防腐结构。由于泡沫塑料具有不吸水的优点，管壁上不设防腐措施。最外面的防水层除了防水作用外还起到保护保温层不受损坏的作用。该防护层在国外有两种作法，一种为柔性防护如沥青玻璃布，聚氯乙烯薄膜。另一种是刚性防护如用钢管，硬塑料套管。工厂预制型保温结构外多一层防护层。在防水性能和防水结构上要比一般填充型完善。而且材料消耗也较少。因此，一般情况下采用工厂预制型为宜。当然填充型施工方法简单，不用专门的施工机械。适合于工程量不大，施工力量比较薄弱的单位。从管道与保温结构的结合方式上分类也有两种不同的型式。一种是脱开式，它是在保温层与管壁之间涂一层低软化点的沥青，重油等。当管道升温后该层物质熔化，使管道可在保温层内自由伸缩。另一种是紧箍式，它是使保温层紧紧包箍在管壁上，管道温度变化时保温层与管道一起伸缩，使保温层与土壤之间产生滑动摩擦。从使用效果看，脱开式所涂的沥青、重油在使用过程中会逐渐流失或渗入保温层内以致在管壁外出现空隙。这样当保温层损坏时地下水渗入管壁处造成管道大面积腐蚀。而紧箍式就不存在这个弱点，它提高了管道抗腐蚀能力。因此目前国外绝大部分保温结构采用紧箍式。目前，我们在沥青珍珠岩保温结构中，在管壁上涂刷环氧煤沥青管道漆。从短期试验看效果良好。但由了国内缺乏高温老化试验的评定方法和恰当的手段，长期使用效果尚待考验。
4、沥青珍珠岩和泡沫塑料的使用范围
（一）、对管内介质温度的要求
泡沫塑料：在直埋高温蒸汽管道上实际使用温度应低于耐热度指标。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆聚氨脂不超过100℃，聚酸酯不超过150℃。沥青珍珠岩：沥青在高温下油脂成份会挥发并发生碳化现象，致使沥青珍珠岩失去防水性能，导热系数增大。因此它的最高使用温度应不超过150~160℃。
（二）、沥青珍珠岩保温适用的最大管径
由于沥青珍珠岩采用压缩成型的加工工艺，随管径加大其刚度逐渐减小。由子管道弹性变形而使保温层出现裂纹。为此，沥青珍珠岩以使用在Dg500以下管道为宜。
（三）、对地下水的适应能力
由于沥青珍珠岩不完全防水，因此仅适宜在地下水位以上的地方使用。如在地下水位以下的地方使用还待进一步研究。
三、常用的直埋管道外防腐技术
近年来我国的管道外防腐技术发展很快，出现了许多新的防腐蚀材料和技术，管道外防腐技术发展的主要特点体现在防腐材料的高性能、复合化、使用寿命长和良好经济性。
直埋管道外防腐层一般分为普通级和加强级，穿越铁路、道路、沟渠等应采用特加强级。直埋管道防腐蚀等级，应根据土壤腐蚀性等级确定。
由于管道穿越地区地形复杂、土壤性质千差万别，直埋钢质管道需要采取不同的外防腐措施。
石油沥青防腐层。石油沥青防腐层的特点：石油沥青属于热塑性材料，低温时硬而脆，随温度升高变成可塑状态，升高至软化点以上则具有可流动性，发生沥青流淌的现象。沥青的耐击穿电压随硬度的增加而增加，随温度的升高而降低。抗植物根茎穿透性能差，不耐微生物腐蚀，抗有机溶剂、油等性能差，耐温性差。虽然设计、施工技术成熟，价格便宜，但施工后的防腐厚度很难均匀，随时间延长防护层易脆裂。
环氧煤沥青防腐层。环氧煤沥青防腐层的特点：具有良好的物理机械性能和耐化学介质的腐蚀性。在直埋管道外壁的防腐施工中经缠绕了玻璃布固化后形成类似于玻璃钢结构的涂衬层，具有优异的电绝缘性、抗水渗透性、抗微生物侵蚀、抗杂散电流、耐热、耐温差骤变等优良性能。防腐层性能稳定，使用寿命长，施工较方便，价格低廉。但涂层固化反应受温度影响，低温（10℃以下）固化较慢，北方冬季施工受限制。
环氧煤沥青冷缠带。环氧煤沥青冷缠带的特点：由冷缠带和定型胶两部分组成。防腐层固化速度快，施工期短，可在低温（－20℃）和潮湿条件下施工，解决了冬季施工难题。机械强度高，电性能和化学性能优异，涂层厚度均匀，施工质量稳定。涂层具有防水、耐酸碱、抗冲击等性能。
煤焦油瓷漆。煤焦油瓷漆的特点：吸水率低，抗水渗透。优良的化学惰性，耐溶剂和石油产品侵蚀，电绝缘性能好，粘结性优于石油沥青。抗植物根茎穿透和耐微生物腐蚀。低温发脆，热稳定性差。施工熬制和浇涂的过程中容易溢出有害物质，对环境和人体健康有影响。一般用于地下水位高和沼泽地段的土壤环境。
聚乙烯胶粘带防腐层。聚乙烯胶粘带防腐层的特点：机械性能较好，绝缘电阻高、抗杂散电流性好、施工方便，价格较便宜。缺点是抗土壤应力能力差，易于因粘结差和电阻值很高而产生阴极保护屏蔽。适用于地下水位不高、土壤腐蚀性不强等地区。
3PE防腐层。3PE防腐层的特点：三层结构聚乙烯防腐层综合了环氧涂层和挤压聚乙烯两种防腐层的优良性质，将环氧涂层的界面特性和耐化学特性，与挤压聚乙烯防腐层的机械保护特性等优点结合起来，从而显著改善了各自的性能。因此作为直埋管线的外防护层是非常优越的。据有关资料介绍，3PE可使直埋管道的寿命达到50年。目前，在国际上被认为是最先进的管道外防腐技术。在我国，3PE已率先在石油天然气系统得到应用。涂层具有优良的化学防腐性能和较高的机械性能，尤其耐磨性和附着力最佳。
聚氨酯泡沫塑料防腐保温层。聚氨酯泡沫塑料防腐保温层的特点：适用于输送介质温度不超过100℃的直埋保温管道。它是由防腐层－保温层－防护层组成的复合结构，整体防腐、绝缘及机械性能优越。
电化学保护
电化学保护法是根据电化学原理在金属设备或管道上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法，主要有以下两种：
（1）牺牲阳极保护法：该方法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电极，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。（2）外加电流法（阴极保护法）：将被保护金属与另一附加电极作为电池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。
四、结束语
高温蒸汽管道直埋技术已越来越多的得到应用，良好的保温防腐措施对提高管道的安全可靠性，减少热损失，创造良好的工作热环境，节约能源都有重要的意义。
参考文献：
[1]刘鹏，陈保东等.埋地输油管道腐蚀成因及防护.管道技术与设备，2011
[2]王巍，王智勇.埋地污水管道的腐蚀与防护.石油化工设计，2011
[3]黄儒林.蒸汽管道的泄漏能量不容忽视[J].北京节能.2010
[4]谢昇，吴吁生，张国钊.低压蒸汽管道保温层经济厚度计算[J].山西化工.2010
论文作者:杨智领
论文发表刊物:《基层建设》2015年12期
论文发表时间:2016/11/17
标签：管道论文; 沥青论文; 结构论文; 蒸汽论文; 性能论文; 保温材料论文; 保温层论文; 《基层建设》2015年12期论文;