1510米特大桥随桥敷设蒸汽供热管道设计要点

1510米特大桥随桥敷设蒸汽供热管道设计要点

凌方舟

江苏力文工程设计有限公司

摘要：本文对1510米特大桥蒸汽供热管道设计要点进行了讨论和归纳；讨论了蒸汽供热管道随桥敷设时的一些难点和要求，提出了相关建议。

关键词：蒸汽管道；供热管道；特大桥随桥敷设

引言

本论文讨论工程位于江苏省淮安市的苏北灌溉总渠特大桥。大桥总长1510米，主桥为三段式，分为90米+150米+90米；北引桥为多段式，分为4段30米+3段30米+4段（4×40米）组合方式、南引桥为2段（4×30米）+3段30米组合方式，采用部分预应力混凝土组合箱梁。蒸汽供热管道，敷设于桥西侧，蒸汽流向为双流向。本工程于2019年竣工，运行至今，状态良好。

一、设计基础条件

1、设计参数

设计压力1.0MPa（G），设计温度300℃；本次管道类别为GB类，品种为GB2。 管径：φ630*12设计流量：40吨/小时。管线需要具备双流向功能；

2、设计难点

（1）大桥长度长达1510米，高度从5米至20米不等；距离长，高度高，对蒸汽管道柔性设计提出非常高的要求。（2）原大桥考虑了桥侧敷设管道的需求，在桥墩处预留了管位，并在桥侧预留了预埋件；根据实地考察及询问相关部门后发现，桥侧预埋件在实际施工中未按设计图要求施工，板薄且无钢筋，仅贴在水泥面上，现场已有不少预埋件脱落；这种情况下，已经无法使用，需要另外采用可靠的支架形式。

（3）桥侧向外延伸了人行道，管道敷设的空间非常受限，施工更是受限，且下方为20米高的河道，只能从桥面想办法。

二、设计要点

1、选材

（1）蒸汽疏水及放气管道均选用20＃无缝钢管(GB/T8163－2018)。蒸汽工作管选用L245 SAWH PSL2螺旋缝焊接钢管(GB/T9711-2017);（2）弯管、弯头、三通、封头和堵头均为CF415 (壁厚与所接管道相同)无缝碳钢管件(GB/T12459-2017)。管件订货时，壁厚必须保持正公差，其壁厚偏差应满足规范中要求。（3）阀门采用法兰连接，自动疏水采用法兰连接。法兰组件的材料和垫片按《钢制管法兰、垫片、紧固件》(HG/T20592～20635-2009)选用。（4）紧固件：35CrMo全螺纹双头螺柱、螺母为30CrMo六角螺母Ⅱ型、垫片为D型缠绕式垫片，材料标记为1323，密封面形式RF。（5）旋转补偿器采用耐高压自密封旋转补偿器，使用温度≥350℃，PN25，双流向型。（6）波纹补偿器采用内外压平衡式波纹补偿器，使用温度≥350℃，PN25，双流向型。

2、保温设计

本次管道管径大，桥侧原预留空间较小，故最内层使用了两层10mm气凝胶纳米保温材料，以减小保温外径；外层采用4层40mm高温玻璃棉；另外由内至外每层保温棉外使用耐高温铝箔玻纤布、耐中温铝箔玻纤布包裹，以减少能量损失。采用0.5*15mm镀锌钢带绑扎，0.5mm彩钢板作为外保护壳，彩钢板的环缝接缝向下,避免雨水侵入。

表2－1 保温结构

3、管道柔性设计

现阶段热力管道最常用的是旋转补偿器和自然补偿；旋转补偿器其优点是补偿距离长，运行到位后无推力，免维护，寿命长。自然补偿的优点是安全可靠。

对于本工程，首先需要考虑的是安全性，因为特大桥跨度大，高度高，检修非常困难，安全耐用是第一位的。主桥总长330米，跨越两条大河，高度可达20米，如对其检修是一件极其困难的事，所以设计考虑此段管道纯直管设计，在中间设置固定支架，于主桥墩处设置旋转补偿器各一组。南引桥总长330米，同样采用旋转补偿器，在中间设置固定支架，于主桥墩和引桥接管处设置旋转补偿器各一组。北引桥总长850米，此段长度较长，主桥墩与引桥接管处设置旋转补偿器不足以满足柔性设计要求。且中间段桥墩结构过小，无法设置旋转补偿器，与无法使用自然补偿。故只能采用波纹补偿器，热力管道常用的波纹补偿器为轴向外压式，优点是安全性较好，补偿器占用空间小；缺点是轴向推力非常大，对于本工程来说，DN600的热力管道推力可达70吨，对桥梁结构安全性产生重大的影响。所以设计方案采用的是内外压平衡式补偿器，此补偿器优点是内外压平衡，不会产生盲板力，故对固定支架的推力小，在动作到位后无推力；缺点是压力损失较普通的补偿器更高，经水力计算增加的压降不影响工程的使用。所以最后的方案是两头两组补偿补偿器，中间段采用内外压平衡式补偿器。

4、支架结构设计

（1）桥墩有预留管位处，可直接放置于预留管位处，但现场预留管位过小，无法满足DN600管道空间要求，故需要采用钢结构向外延伸一段，做法如下：

图4－1 桥墩处支架

（2）桥梁侧面无桥墩处，原桥梁设计的预埋件不可用的情况下，采用从人行道打螺纹吊杆穿过桥面，悬吊钢结构的方法设置。难点在于桥面均布置有钢筋，打穿桥面时必须避开所有钢筋，如打坏钢筋，将对桥梁的结构强度产生不可修复的破坏。故在设计时，需要充分与桥梁设计单位进行沟通，确定桥梁钢筋布置位置。在施工时也需要采用必要的手段对钢筋位置进行检测。

具体做法如下：

图4－2 桥侧处吊架（滑动）

主桥跨度大，中间无支墩，因两边各设置了一组旋转补偿器，需要设置固定支架，钢结构吊架对于纵向推力承载能力很弱，并不适合设置固定。所以采用两组补偿器完全对称布置，可极大的减小管道对固定支架的推力，仅在管道暖管启动过程中，会产生两侧温度差的情况下，产生一定的推力；在正常运行过程是无推力。故可采用3幅吊架联合框架结构设置固定支架，可满足使用要求；具体做法如下：

图4－3 桥侧处吊架（固定）

图4－4 桥侧处吊架（固定）

5、其它设计

（1）为减小管道对支架的推力，采用的滚动支架的设计，摩擦系数为0.1。

（2）为保证管道运行时的安全，桥上管道疏水均采用自动疏水装置，以便在运行中及时排出冷凝水，减少管道水击的可能性，保证安全运行。因桥梁高度较高，疏水管道需要从桥面引至地面，并采用可靠固定，以防运行过程中损坏。设置位置均设置在固定支架附近，保证疏水管道没有位移，不会在主管道热伸长的时候，产生损伤。疏水排放引至下水道或河流中，附近无适合排放时，设置一疏水冷却井，防止疏水喷出伤人的事件发生。

（3）管道除部分与阀门连接处采用法兰连接外，均采用焊接。管道焊接采用氩电联焊。

（4）在桥上管道支架强度无法与混凝土支墩相比，承载力有限，且桥梁侧面承载能力也有限，是无法进行水压试验的；为保证管道施工质量，管道焊缝采用了100%射线探伤+100%超声波检测+100%磁粉检测。

（5）跨度设计时，先按规范要求进行计算；按强度条件计算结果为32.3米；按刚度条件计算结果为23.6米；结合桥墩间距（引桥为30米和40米），并经钢结构强度计算，结合其承载能力，最后定管道支架间距为15米。并在采用波纹补偿器处加密支架间距为5米+10米+10设置，以保证补偿器动作的平直度，增加补偿器的使用寿命。

结语

综上所述，本文对1510米特大桥蒸汽供热管道设计的难点及要点进行了讨论和归纳；讨论了蒸汽供热管道随桥敷设时的一些难点和要求，提出了相关建议。

本文如有不当之处，欢迎读者斧正。

参考文献

[1] CJJ34-2010《城镇供热管网设计规范》                      

[2] CJJ28-2014《城镇供热管网工程施工及验收规范》