疏水系统在预制直埋蒸汽保温管道中的应用
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摘要：本文介绍了预制直埋蒸汽保温管道中疏水系统的应用，常用的疏水系统结构以及国内目前一些常用的疏水设备。
0 引言
城市集中供热是现代化城市的市政基础设施之一，预制直埋蒸汽保温管道以其施工速度快、占地面积小、热损低、使用寿命长以及利于市容美化等多项优点现已成为城市集中供热管网中普遍采用的敷设方式。预制直埋蒸汽管道因其结构和所输送介质的特点，造成管道系统中必然存在凝结水。而且由于蒸汽管网运行负荷不稳定，甚至经常会有零负荷状态，在这一时间段内管网的凝结水很多，如果凝结水不能及时顺利的排出，将严重影响管网的安全稳定运行，极易产生水击现象，严重时会对管网造成破坏。因此，合理设计疏水系统是管网安全运行的重要保证之一。疏水系统作为蒸汽管网中重要的节点，主要用于排放工作管中的凝结水，在蒸汽管网中有着极其重要的作用。完整的疏水系统包括主管道上的疏水装置、疏水管路、疏水阀门系统。本文重点以钢套钢外滑动结构的疏水系统作为重点，介绍一下直埋蒸汽管道中疏水系统的机构和布局。
1 合理选择疏水点
疏水系统的布置方式是否合理，是疏水系统能否达到排除凝结水目的的关键，在设计疏水系统时首先要选好疏水点。疏水点的布置应考虑以下几点：①沿管网蒸汽流向并根据管网路由和高程将管网做成有坡度设计，顺流在低点集水。②在地下障碍多，管道敷设成纵向起伏的管段，采用多点疏水；当逆流疏水时，尽量加大管道破度。③在有弯头的上返点之前应设置疏水系统。④根据工作钢管规格和蒸汽介质参数的不同，每隔200-300米设置一套疏水系统。
2 疏水装置
疏水装置是疏水系统中重要的组成部分，它是在工作管中收集凝结水，并将凝结水排出工作管的装置。现阶段国内在蒸汽管网中所采用的疏水装置大致分为上疏水、侧疏水两种。疏水装置是预制直埋蒸汽管道中比较薄弱的部件，所以在管网布置时应充分考虑装置的运行稳定性问题。工程中无论采用哪种方式，都应尽可能将疏水装置安装在固定墩附近，以减少疏水装置的位移，降低疏水装置因位移发生损坏的可能。如果疏水装置必须安装在管道位移较大的位置，应加大疏水管外套管和集水罐外套管的外径尺寸，给疏水装置的位移留出充足的活动空间，防止因工作管位移过大造成挤压保温材料的情况发生。
2.1 上疏水
所谓上疏水就是将管道中的凝结水通过插入工作钢管中的疏水管，将集水罐中的凝结水利用管道中的背压，将凝结水从管道上方排出的疏水装置。其结构见图1
此种结构在施工过程中安装方便，在生产厂家内做成管件，现场可直接安装。而且因为疏水管的引出点在管道上方，所以疏水管的焊接安装操作更加方便。因其靠近地面，疏水井可设置相对较浅，十分便于今后维护操作，也减少了土建施工工作量，降低了工程成本。此疏水装置因疏水管直接穿过工作管，对蒸汽的流动产生了一定的阻力，运行时因气流冲击疏水管会产生震动，对管线的运行有一定的影响，但通过使用情况看，此种影响不大，经过10余年的运行管线运行情况良好。上疏水的最大缺点就是在管线中没有背压时起不到排水作用，在管线进行水压试验或停汽后管道中会有少量存水，管线下次启动时如果操作不当容易产生水击现象。所以在管线启动时升压要更加缓慢，利用背压将管中的水排净后再升压，避免水击产生。水压试验排水问题可在施工过程中疏水装置暂不安装，用一段放水裸管代替，水压试验完成后从裸管处将水放净，之后将裸管割下安装疏水装置，焊缝检测比普通焊口高一个等级。
2.2 侧疏水
侧疏水也是当前经常使用的一种疏水方式，其将疏水管从工作管底部的集水罐的侧面引出，侧疏水结构如图2。此种结构可在管道无背压时凝结水照常排放，故在进行水压试验和停止运行后可将管道内的水排净，有利于管道的启动操作，减少了水击的发生。其疏水管在管道底部，所以在施工时需开挖较深的操作坑，对疏水管的安装操作不便，且疏水井需设置较深，增加了土建施工量也不利于以后的维护操作。由于疏水井在整体管道的下部，特别当管埋设较深时排到疏水井内的凝结水不易排除，不如上疏水因埋设浅可将凝结水直接引到附近的下水道，所以下疏水有时要在疏水井中设排水装置，由专门人员定期抽水。侧疏水系统如果将疏水井靠近地表设置，可以利用疏水管路上的弯头上返至地表，但此种方式牺牲了侧疏水可以排水将凝结水排净的优点。
3 疏水器（疏水阀）
疏水器的作用是自动、迅速地排出管道中的凝结水，并能阻止蒸汽逸漏。在排出凝结水的同时，排除管线中残留的空气和其他非凝性气体。
选择的疏水器应具如下性能：排凝结水量大，漏蒸汽量小；能排出空气；能承受一定的背压，对凝结水流量、压力和温度的适应性广，并可在凝结水流量、压力和温度等波动的较大范围内工作而不需要经常进行人工调节；体积小、重量轻、结构简单、价格便宜、运行可靠、维修方便等。
现在国内直埋蒸汽管道系统中所选用的疏水器主要是热动力型疏水器。热动力型疏水器靠流体动力学原理来自动启闭凝水排孔，其结构原理见图3。当冷凝水流入A孔时，靠凝结水压力顶开阀片，水经过环形槽B，从向下开的小孔排出。在此流动过程中，由于凝结水的比容不变，空气和凝结水通畅，阀片常开，连续排出。当蒸汽进入时，顶开阀片，蒸汽在阀片下面的A孔经B槽流向出口。在出口孔口处的较低压力作用下，蒸汽比容随压降急剧增大，阀片下面的蒸汽流速激增，使阀片下面的静压下降。与此同时，蒸汽被迫从阀片与阀盖之间的缝隙冲入阀片上部的控制室，在室内建立起足够高的压力，迅速将阀片向下关闭阻汽。
因热动力型疏水器在阀片关闭后可以起到密封的作用，可以防止排出的凝结水倒灌回工作管，所以在热动力型疏水器的后面不在需要安装止回阀。
4 疏水管路及疏水井的布置
疏水管路是连接疏水装置和疏水阀门的管线，因通过疏水管的热水温度也较高，所以应考虑疏水管路的热补偿问题。在疏水管路中应设补偿弯头，用作自然补偿，弯头的布置应经过必要的计算，应力应合理，防止疏水管因热膨胀造成应力破坏，影响管线正常运行。疏水井中安装疏水阀门和疏水器，疏水井布置简图见图4。启动疏水管路在管线系统启动和停止运行时开启，当管线运行状态稳定时将其关闭，打开日常疏水管路的阀门，利用疏水器自动排水。疏水井应分为两个井室布置，便于在管线运行时操作人员工作，使工作人员工作时免受排出的热水影响。布置在疏水井内的所有部件可以在工厂内加预制工成组件，方便现场安装。疏水组件应在管线吹扫完成之后再安装，防止吹扫时管道中的赃物在阀门处堆积，造成阀门阻塞，影响管线正常运行。
5 运行
在管线正常运行前暖管时，如果管道中还有较多的水，可用空气压缩泵将蒸汽管道内的水大部分压出，在暖管时一定要注意蒸汽压力缓慢升压，按疏水系统的前后顺序靠整体的压力逐步将管内的少量残留水和暖管时产生的凝结水通过启动疏水管路系统排出，待水基本排净后才能升压。管线运行期间要有专人对疏水系统进行管理，经常检查疏水的动作情况，以防疏水系统失灵影响管线的运行。
综上所述，保证疏水系统的正常运行，合理的设计是基础，规范的安装是关键，严格的管理是保障，只有这样才能保证蒸汽管线持久安全的运行。
参考文献：
[1]《全国直埋蒸汽管道技术研讨会论文集》.
[2]《城镇供热手册》.
Application of drainage system in prefabricated directly buried steam pipe insulation
Li Zhi
Abstract：The paper introduces the prefabricated directly buried steam pipe insulation in drainage system application, the commonly used drainage system structure as well as domestic some commonly used drainage device.
Key words：preformed directly buried steam insulating pipesdrainage systemdrainage devicedrainage valve