热力管道直埋穿越大型强腐蚀性河流的工程实践

热力管道直埋穿越大型 强腐蚀性河流的工程实践 秦皇岛市热力总公司 张海宁 邢进中 吴立强 骆 云 摘 要本文阐述了热力管道在位于大汤河入海口的河床下穿越所采取的特殊 【】 的防腐蚀钢套钢阴极保护措施和重要的技术性突破介绍了管道施工安装情况、、,。 关键词热水管 钢套钢 直埋穿越 【】 强腐蚀性河流 制造和施工安装都造成了很大影 响引言 。1、 在完成项目考察研究论证等准备工 、 秦皇岛市集中供热二期工程的南主干线需 作后过河管道于 年 月中旬开始围堰施 ,2007 1 由东向西横穿市区内的大汤过河地点在河河流 , 工总计安装钢套钢管 道管道于当 ,273.14×22m。南端的入海口河道宽阔河水海水交替流动河 ,,。 年冬季投入使用至今已经运行 个采暖季安道上不允许有任何管道跨越只能在河底直埋,4 , ,。 大汤河常年被水淹没其河床较为平坦开阔河 ,,全稳定 本文就有关钢套钢热水管直埋过大汤 。水水位随海水潮汐作周期性涨落据 月份水 。 11 ++2+2+河的设计施工等做一阐 述。质分析大汤河入海处 和 等 阳 离 ,Na、K、CaMg-防腐处理2、 子总计 阴离子 为 1027.31mg,/L Cl1318.74mg,/L 入海口的河流是一种较强的天然电解质溶 液高盐度淡海交灌的水流速度河海生物等 ,、、2- - 河床 为 ,为 ,SO230.54mg/LHCO330.25mg/L 4 3 等都加剧了钢管的腐蚀所以防腐蚀是应用钢 。 ,具有很强的腐蚀性有关过河处的河道数据见 。 套钢技术首先要解决的问为此工程技术人 。 ,下表, 员对有关科研院所生产厂家及用户进行了大 、 规模的考察并对国内外多种防腐技术 诸如三 ,河道河底实河底设高潮水低潮水项目 宽度 测标高 计标高 位标高 位标高 层 防腐聚脲涂层熔结环氧粉末纤维增强 PE 、、、数值,m, 0.41:1.47 192.54 -0.708 2.00 0.5 玻璃钢环氧煤沥青涂料等进行分析还查阅 、,, 了有关单位所做的对比试验经国内金属腐蚀 。 工程设计的工作介质为热 水工 作 压 力 , 控制科研机构研究设计单位的知名专家学者 、、设计供回水温 度过大汤河1.6MPa,130?/70?, 论证选定钢套钢的外护钢管外表面以熔结环 , 的热力管管径 为我们从工程地点的水 DN800。 氧粉末为主辅以阴极保护的防腐蚀方对式工 ,,文地质条件管道的加工生产施工难度及供 热、、作钢管外表面涂耐高温树脂防腐漆三遍“TO”。 运行等多方面考虑确定采用预制钢套钢管道, 熔结环氧粉末涂层具有优异的金属基体结过河 虽然用钢套钢做直埋刚刚有了一个行业 。 标准但本次是将钢套钢用于热水它不同管于 。 , 一般工程中的蒸汽管道钢套钢 热水管自重远 合力优良的耐阴极剥离性 不存在 阴极屏 ,, ,“远大于同等管径的蒸汽管道 本工程所用的钢 ,蔽稳定的电绝缘性降低了阴极保护电流耐 ”,,, -套钢敷设在临近海水的河道下不断有海水潮 化学介质腐蚀对 有很好的抗蚀性, ,Cl。 涂层与 汐的侵蚀这两个显著的特点给工程设管计道。 、 钢结构热膨胀系数很相耐冷热变化近好该技 ,。 区域供热 期2011.5 术在西气东输等大型工程的管道防腐中应用 是 。D820×10/D1120 ×12, 局 部斜立管及弯头为 我们所采用的熔结环氧粉末涂层是经再加 基本结构由里向外分别为D820×10/D1220×12。 , 热固化的双层改性环氧粉末按照现行 ,SEBF,。 工作钢管亦称工作管离心玻璃棉铝 ,,———— 国家标准 粉末涂层在 状 GB/T18593-200,160?箔反射布二层外护钢管亦称外钢管工 —,,。 —态下正常工作达到第三类涂层 即重腐蚀环境 ,作钢管离心玻璃棉铝箔反射布用不锈钢带绑 、、中工作的钢管道防护涂层的性能指标涂层的 ,。 扎为一整体且随工作管热位移其重量工作,。 , 形成是将外钢管预热至 抛丸除锈,40:60? 由平均间隔平面导钢管和离心玻璃棉等 :6m ,达 级 Sa2.5 ,GB/T8923-198,,8 再加热钢管到 向支架承受 工作管上的均热环与平面导向支 , 架上的聚四氟绝缘垫板发生相对平面滑动外 用改性环氧粉末对外表面喷涂两次喷涂。 275?、 钢管由管道系统中的定位节与工作管连接外 ,涂层厚度大于 800μm, 之后再次回炉加热固化 钢管用以保护工作钢管及保温层且承受河床载 高温磁力检测厚度用电,:260?,40:60min,。 , 荷。 火花检漏仪检漏耐击穿电压大于 , 4kV。 SEBF 适度增加了外钢管的壁厚由原来 , 10mm 的主要性能指标为结合强度 冲击强度 ,90MPa,增到 以适应工作管运行时较大垂直载荷 12mm,大于 23J。 对其刚度的要求为减轻工作管的自重和对内 。 外钢管的补口处采用双组分无溶剂环氧涂定 位 的 推 力 将工作管壁厚由 减 至, 12mm 料冷涂层级补口表面处理 涂层 ,SLF ,, Sa2.5 , 壁厚满足受力计算要求且对工作 10mm。 10mm ,厚度 的主要性能指标为结合强度1.5mm。 SLF , 冲击强度大于 45MPa,12J。 管壁的抗腐蚀能力不做更高要求。 钢套钢结构3、 加大了外钢管管径 以保证工作管的径向 , 位移量和平面导向支架应有的足够空间不采 技术方案 , 3.1 用椭圆异形管的原因是应力验算无法进行加 、最初研究的过河方案是钢套钢管道直埋于河 , 工和防腐成本剧增。 床下内外钢管的口径为 在过 ,、D820×12/D102×010。 在工作钢管壁厚为 弯头曲率半径为10mm, 河管道的中间点设内固定支架两侧安装波纹 , 条件下经计算工作管河床下水平管段 2000mm ,管补偿器由于河床下的管道与岸上埋地敷设。 轴向位 移 为 水 平 径 向 位 移 为 128mm , 50mm , 的管道有高差 ,在大汤河两岸的立管上各设一 设 计 内定位处轴向径向位移均为零、。 对复式拉杆万向横向补偿器钢套钢管道的具体布置形式是钢套钢管 补偿器设于竖井 , , 内该方案有很大的不安全隐患和实施难度河。 , 道在河床下埋设当安装到岸堤挡墙内以后东 ,, 西两边均向南侧向上倾斜安装到地面敷设标 底下安装补偿器不能及时修护 温度热应力引 ,高由 上岸后管道各自向东西延伸至全定位节。 ,起外钢管轴向推力过大使得外钢管与竖井密 , 全定位节使钢套钢管道与聚乙烯直埋保温管连 封困难井室内的潮气腐蚀大拉杆补偿器补偿 ,,接在全定位节附近安装排潮管有关钢套钢管 。 。 器泄漏时井内难于处理。 道安装布置的具体数据见下表, 经过反复地应力验算考虑热水管道的特 , 工作管的保温选用欧文斯科宁公司生产 ?点及工作管重量计算管线各点在偶发力持续 ,、 力和膨胀力作用下的力和力矩调整钢套钢结 , 构设计及管道规格和长度最终满足了应力计, 厚度的超细离心玻璃棉卷毡 :40mm, 密度为 , 3耐温 导热系数为 算条件 使工作钢管从东岸到西岸始终敷设在 38.48kg/m,454?,0.049W/?m , 执行 厚度玻璃棉分两层k,GB/T13350-199。 2,: 而且自然补偿取消所有补 密闭的外护钢管中,,纵环错缝包扎用双层铝箔反射布均匀 80mm,、,偿器和竖井克服了应力瓶颈实现了技 从而。 ,,缠绕再以间隔 不锈钢带捆绑以 , 300:500mm ,术上的重要突破为管道安全运行奠定了基础,。 控制外表面温度低于 保护外钢管防腐层40?,, 工程中最终钢套钢内外钢管的规格尺寸、 - 22 - 区域供热 期2011.5 移降低了摩擦阻力又使工作管和外护钢管隔 ,,项目 数值,m, 热绝缘保证了支架经久耐用。 。 河床下钢套钢管道长度 212.7×2 内定位节 3.3 东岸钢套钢斜立管长度 9.492×2 设内定位节是由于河床段工作管两端自然 西岸钢套钢斜立管长度 8.750×2 补偿的柔性不同 为防止柔性较大一端轴向位 ,东岸埋地钢套钢管道长度 21.10×2 移过大而再加大外钢管管径定位点在钢套钢 。 西岸埋地钢套钢管道长度 21.10×2 管道的中间位置其作用是保证在该点位工作 , 管相对于外钢管的轴向径向位移均为零内定 河床下设计钢套钢管底标高 、。 -3.908 位节是一种特殊的固定结构采用三层钢法兰 , 东岸管道与河床管道高差 5.608 与两层聚四氟法兰不仅要承受工作钢管的推 , 西岸管道与河床管道高差 5.198 力而且能克服冷桥作用实现工作管与外钢 ,“”, 岸上直埋钢套钢管道埋深 1.2:1.5 管的隔热和电绝缘。 同时保证工作管的径向位移空间 。施行工作管在外钢管内部的定位 避免了 , 使用离心玻璃棉是考虑到如果管道意外受 在河床中心做混凝土墩 因为聚乙烯直埋保温 。到水汽侵害运行及安装中在水排出后可以 ,,,管的固定墩很难在河流中做到有效防水所以 ,,在运行过程中借助工作管的温度和热量烘干玻 这也是我们采用钢套钢过河的重要原因之一。 璃棉 烘干后的玻璃棉保温性能不发生明显变 3.4 弯头与异径管 , 化我们在安装施工中就遇到了个别已下沟槽 工作管弯头的弯曲半径为 。 2.5D,R = 确定工作管弯头 曲率半径的目 2000mm。 2.5D 管道浸水的情况。 的是使其位移量控制在外钢管内可接受的范围 平面导向支架 3.2 内 同时使外钢管的弯头 曲 率半径不小 于 其, 曾经考虑使 为满足工作管的热位移需要,1.5D。 用外滑动的轴向滚动支架 辊轴辊轮形式的滚 。为满足工作管水平径向位移量的需要将 , 动支架灵活隔热但由于工作管自重很大辊 、,,河 床下 和 岸上外钢管弯头的管径增加至 轴辊轮的正常使用寿命恐难长久且辊轮在外 , D1220×12。 钢管的局部重复碾压移动对外钢管的管壁影响 工作管弯头采用热压弯头壁厚与工作钢 也很大河道内工作管各点还均有不同程 , 同时。 , 度的径向位移内定位点除外本次钢套 所以,,。 ,管相同执行 外钢管弯头采用与工,GB/T1438。3 钢工作管的支架全部设置成了平面导向支架。 作管弯头等曲率半径的“虾米腰”焊接弯头,焊 平面导向支架的做法是在工作管外安装 , 缝为 条其壁厚与外护管相同4 ,。 一个钢板圈即均热环均热环通过卡板筋板外钢管弯头与外钢管,,,、 ,D1220×12,,D1120× 用偏心异径管连接异径管偏心 钢套 12,,50mm。 与工作管相连 均热环由安置在外钢管底部的 。钢的弯头和偏心异径管在工厂制成一个构件。 平面导向板支撑平面导向板具有较强的承载 , 能力 并且使得工作管的移动不直接作用于外 全定位节 ,3.5 钢管管壁 为了防止工作管向外钢管传递热量全定位节是在内定位的结构上增加了推力 。 , 其位置在河两侧的堤岸上盘全定位节外面浇避免冷桥产生破坏环氧粉末防腐层同时做到,。 ,, 工作管与外钢管的电绝缘 防止阴极保护电流 筑混凝土固定墩 作用是将工作管与外钢管一 ,, 向工作管泄流在平面导向板上安装有聚四氟 起固定在土壤中并连接钢套钢管道与聚乙烯 , , 直埋管同时隔断两种管道的保温外护层避 乙烯垫板,、,。 免意外故障时相互影响。 均热环 平面导向板的组合即承受了工作 、全定位节一侧 外 端 设 有钢塑 接 头, PE , , 管及保温层的垂直荷载确保了工作管自由位 , - 23 - 区域供热 期2011.5 方便与聚 乙 烯 直 埋 管 外 壳 的 现 场 连接焊接其目的在于给工作管管端口外表面 PE。 100%, 增设工作管聚四氟绝 为阴极保护的需要,定位杜绝储运和安装过程中保温层进水便于 、、缘法兰从平面导向支架内定位节到全 气密性试验这样。 ,、。 定位节整个外护管与所有的工作管部件都实 , 管道安装前, 按照施工设计图纸绘制布管现了隔离绝缘。 工艺图管件的安 在布管图上标注每一个管道。 、 装位置和节点号节点号与制造厂在管道件施工安装,,, 4、 上标明的编号一致件到货后按布管图 管道。 ,,,过河施工选在河流水位较低的冬季 最低 ,中标注的位置节点号将管道件摆放到相应的 ,,室外气温约-15? 。 在安装管道的中心线南侧 管沟旁管道件出厂时在管端还标示有特殊 。 ,, 处是京山铁路大汤河桥 铁路桥南即为渤21m , 的色彩以指导安装必须保证按制造厂的安装, 海北侧上游 是一道拦水橡胶坝,,60m 。 由于缺 乏起重船浮吊拖轮等设备和施工经验并受 、、,说明和标记的色彩进行管道件连接 红色标 ,,。场地 限 制 没 有 采 取 沉 管 过 河 的 方 式 用 的 是 , 记提醒注意管道件内设有平面导向支架标 ,,,围 堰降水沟槽开挖的施工安装方案、。 有向上字样的管道件应朝向时钟 时正 “”,,,12 土方围堰与降水开槽 点位置安装4.1 。 处设挡潮水围堰上在大汤河铁路桥北 5m , 内、外钢管焊接完成后逐焊缝进行 无 100%口宽 围堰高于高潮水位 在围堰南坡6m,0.5m, 损探伤检验 整个管系完工后做工作管水压试 , 验和保温夹层气密性实验铺双层塑料布外压粘土草袋 在挡潮水围堰的 ,0.2MPa,。 。 围堰上宽 具备沟槽开外钢管的现场补口采用二个钢制瓦块环焊北面设施工主围堰,32m, 接纵缝加衬环对接焊钢板 钢制瓦块由 ,。 12mm 挖布管起重机械占位操作的条件围堰由山 、、,卷 制 规 格 为 在 工 厂 成, D1120/D1220 ×320mm, 皮土分层碾压成形上游拦水橡胶为便于施工。 , 衬环宽 厚 形并喷涂环氧粉末涂层坝抬高蓄水,溢流水量很少,但考虑到海水涨潮。30mm, 2: 对导流的影响 在安装现场对未防腐表面做处理,在两道围堰下顺流埋设了三条 3mm。 ,Sa2.,5, 导流管DN800 。 加热至露点温度以上批刮 冷涂料测厚仪 ,SLF 。 测厚大于 电火花检漏 1.5mm,4kV。 为保证管道安装干槽作业实施了井点降 , 、阴极保护 5水在 沟槽两侧交错布置 无砂管降 水 , DN400 钢套钢的外钢管实行阴极保护总长 ,546.3 井条状基坑出水量计算并 按照潜水完整井。 ,, 米 管 径 局 部 材 质 为 , D1120 , D1220,, Q235B, 结合海水高潮水位标高现场特殊情况确定井 、, 深 实际打井 眼月 日至 月 12m, 63 。 2 12 4 20 2管道外壁的保护面积为 阴极保护有效 1916m。 日在每个井内设 或 潜水泵向外抽排水从 ,2″3″。 年限为 年被保护的外钢在有效保护期内30 。 , 沟槽开挖成形情况看降水效果良好,。 管腐蚀泄漏现象应能得到有效抑制月 日开始沿管道中心线分段开挖沟 阴极保护 3 12 。 系统运行期间对外界环境特别是入海流域 ,,, 无污染对其他地下金属构造物无干扰,。 槽槽底宽 槽深 ,4.5m,6.7m。 月 日至 月3 15 4 日管道安装月底完工15 ,4 。 根据提供阴极保护电流的不同 阴极 , 保护分为外加电流保护法和牺牲阳极保护法 管道安装 。4.2 牺牲阳极保护系统驱动电压低发生电流较小,, 钢套钢的直管道及内定位节全定位节弯 、、 头等全部实行工厂防腐加工预制只在施工现 、,适用于小规模管线或新建管线 。故外钢管采用 场做工作管焊接和外钢管的补口过河工程共, 的是牺牲阳极的阴极保护方法。 计安装钢套钢管道件根个工作管与外 由于大汤河属强腐蚀性介质环境同时热 ,,62 ,,。 , 力管线的表面温度又比普通管线高所以钢套 。 ,钢管端口采用密封工艺由 热轧钢板制成,4mm 钢外钢管选择以规格为 级的锌合金化学33kg , 刚性密封环板, 环板分别与外钢管端口和工作 - 24 - 区域供热 期2011.5 成分和电化学性能符合 极旁离外钢管管壁距离有着密切的关系根据 GB4950-200, 2牺牲阳 。 现场实际情况确定阳极按每组一支沿管线两,, 极为主辅以 级的镁合金化学成分和电,11kg , 化学性能符合 阳极SY/T0019-199,7。 每支阳极 侧均匀分布 埋设位置距管道外壁 水平铺设、 。 周围填加按比例配成的 填充料组成阳极最小 埋设深度与管道中心线相 50kg , 1:1.5m, 0.3m。 填料包尺寸为 ,φ300×1000mm。 同。 为避免干扰腐蚀在管线中设 个均压点牺牲阳极的用量 ,2 , 5.1 用电缆将近距离平行的外钢管供回水管连接 阴极保护电流的密度是影响金属构件防腐 ,, 它与最小保护电位钢为蚀效果的主要参数,,- 起来消除管道之间的电位差,。 相对应阴极保护电流密度与许多因素有 0.85v,。 5.3 保护效果监测 关如被保护金属的种类表面状态表面防腐 ,、、为监测阴极保护的效果设计并安装了埋 , 涂层的种类和质量介质的性质有效保护年限 、、 地长寿命参比电极和测试桩 参比电极选用埋 。以及外界条件的影响等。 规格型号为 地 型长寿命 参比电极,Cu/CuSO 4 借鉴国内外文献 根据以往的工程经验和 测试桩选用 型测试桩尺寸为 ,MCT-II。 CS-4 , 由于牺牲阳极均匀分布故本工程的实际情况 选取阴极保护电流密度为 120×120×1600mm。 , , 2每个管线选取 个典型位置点作为测试点一2 , 经 计 算 外钢管所需保护电流为 1mA/m。 , 锌阳极的用量 为 需要阳极数个点设置在 组阳极的中间位置为电位测试 1916mA, 1071kg, 2 , 为阳极测试 支点, 另一个点设置在阳极安装处,量 为使管线保护电位极化的 34 ,:1071/3,3。 点两个测试点共用一个测试桩,。 更快又安装 支 的镁阳极,4 11kg 。 阳极的布置与安装 在有效保护期内管 线 保 护 电 位为, 0.85~ -5.2 -1.70V,CS,E。 牺牲阳极输出电流的大小保护范围与阳 、 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ,上接第 页, 20 附 录 花岗岩高效脱硫除尘器系统设备及工艺图SLEP-HT40 - 25 -