論直埋供熱管道中的設(shè)計(jì)與施工

1、<p>　　論直埋供熱管道中的設(shè)計(jì)與施工</p><p>　　摘要：直埋熱水供熱管道彈性敷設(shè)使供熱管道按更自然的方式沿街道或地形進(jìn)行敷設(shè)，該種敷設(shè)方式利用管道自身的彈性變形實(shí)現(xiàn)管道的彎轉(zhuǎn)，減少了人為設(shè)置的補(bǔ)償器、補(bǔ)償彎管和固定墩，是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的直埋管道安裝方式之一。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：直埋供熱管道；設(shè)計(jì)；施工 </p><p>　　中圖分類

2、號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1引言 </b></p><p>　　直埋敷設(shè)技術(shù)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們對(duì)環(huán)境和城市景觀要求也越來(lái)越高的情況下，不占地上空間，架空需要熱補(bǔ)償，一處補(bǔ)償就是4個(gè)90度彎頭，加上管架，總體費(fèi)用很高，較架空對(duì)流換熱厲害熱損失大相比，埋地管道受溫度變化相對(duì)較小，減少了運(yùn)行費(fèi)用。直

3、埋即使在城市規(guī)劃區(qū)也不影響美觀，因此埋地的美觀性和實(shí)用性都較架空要好。已開(kāi)始在城市熱網(wǎng)中取代傳統(tǒng)的管道架空敷設(shè)方式。 </p><p>　　2直埋供熱管道的作用及應(yīng)力特點(diǎn) </p><p>　　所有使管道產(chǎn)生內(nèi)力及應(yīng)力的因素都稱為作用(又稱荷載)。不同類型的作用，使管道產(chǎn)生不同性質(zhì)的應(yīng)力，進(jìn)一步可能導(dǎo)致不同方式的破壞。溫度和壓力是熱力管道上最主要的兩種作用。對(duì)于直埋管道，還有軸向位移產(chǎn)生的

4、土壤軸向摩擦力和側(cè)向位移產(chǎn)生的土壤側(cè)向壓縮反力。另外，在管道局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為峰值應(yīng)力。峰值應(yīng)力不會(huì)引起顯著的變形．但循環(huán)變化的峰值應(yīng)力，也會(huì)造成鋼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷，導(dǎo)致管道疲勞破壞。管道在彎頭、三通處產(chǎn)生的應(yīng)力屬于峰值應(yīng)力。由于土壤的均勻支撐，管道的自重沒(méi)有產(chǎn)生自重彎曲應(yīng)力，故一般忽略不計(jì)。但是對(duì)于熱網(wǎng)中常用的管道，其公稱壁厚要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該壓力所需的設(shè)計(jì)壁厚，內(nèi)壓產(chǎn)生的實(shí)際應(yīng)力也就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于管材的屈服應(yīng)力。相反

5、，由于管道中熱脹變形不能完全釋放，使管道產(chǎn)生了較大的軸向壓力和壓應(yīng)力，其中軸向壓應(yīng)力可能與屈服應(yīng)力處于同一數(shù)量級(jí)上。因此，在直埋敷設(shè)熱力管道中，內(nèi)壓的影響較小，管道產(chǎn)生爆裂的可能性很小，而溫度的影響則較大，管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)中應(yīng)主要考慮溫度變化產(chǎn)生的循環(huán)塑性變形和疲勞破壞。 </p><p>　　3防止直管破壞的設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　3.1三通加固，直埋管道的三通受力狀況與地溝敷設(shè)有明

6、顯的不同。地溝敷設(shè)時(shí)三通所受的荷載主要是內(nèi)壓荷載，而直埋敷設(shè)時(shí)三通除承受內(nèi)壓荷載外，還承受極大的軸向壓縮荷載。因此，當(dāng)三通支管直徑較大時(shí)必須進(jìn)行加固。 </p><p>　　3.2從增強(qiáng)三通開(kāi)孔區(qū)軸向剛度著手。因?yàn)橹甭窆艿赖娜◤?qiáng)度削弱主要表現(xiàn)在母管開(kāi)孔區(qū)軸向壓縮剛度急劇下降，所以應(yīng)沿母管軸向方向加剛性支撐板。支撐板可以?shī)A在支管內(nèi)，也可加在母管外側(cè)。 </p><p>　　3.3為了提高三

7、通對(duì)局部應(yīng)力集中的適應(yīng)能力，三通的壁厚一般比支管增加50%。加固后的三通與直管基本可做到等強(qiáng)度。 </p><p>　　3.4固定墩，埋地管道固定墩的推力一般都比較大，為了提高固定墩的承載能力，一般將固定墩設(shè)計(jì)成倒“T”形或板凳形。在此種鋼筋混凝土固定墩中管子從上部立板處穿過(guò)，用管道上焊接卡板固定。 </p><p>　　3.5防止循環(huán)塑性破壞，管道溫度在管道工作循環(huán)最高溫度與最低溫度問(wèn)變

8、化時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力變化是循環(huán)塑性破壞的起因。無(wú)論是錨固狀態(tài)的管道，還是滑動(dòng)狀態(tài)的管道，應(yīng)力變化都與安裝溫度無(wú)關(guān)，故預(yù)應(yīng)力安裝不解決冷安裝的循環(huán)塑性破壞的問(wèn)題。當(dāng)錨固狀態(tài)的直管段滿足不產(chǎn)生循環(huán)塑性破壞的安定性條件時(shí)，錨固狀態(tài)的管道允許存在，該直管段可以采用無(wú)補(bǔ)償安裝方式，當(dāng)然包括了無(wú)補(bǔ)償冷安裝方式。否則，應(yīng)在該直管段設(shè)置補(bǔ)償裝置，并通過(guò)調(diào)整補(bǔ)償裝置間距，控制管段上的應(yīng)力變化，使之不產(chǎn)生循環(huán)塑性破壞，這時(shí)，該直管段就變成有補(bǔ)償安裝方式。 &

9、lt;/p><p>　　3.6防止整體失穩(wěn)破壞，在進(jìn)行直埋供熱管道設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮循環(huán)塑性破壞外，還要考慮穩(wěn)定性問(wèn)題。管道溫度從安裝溫度升高到管道工作循環(huán)最高溫度時(shí)，所產(chǎn)生的升溫軸向壓力是整體失穩(wěn)破壞的起因。在冷安裝條件下，錨固的直管段滿足穩(wěn)定性條件時(shí)，該直管段可采用無(wú)補(bǔ)償冷安裝方式。一般地講，供水溫度不高于130℃、管徑不大于DN500的熱網(wǎng)，采用無(wú)補(bǔ)償冷安裝方式都能保證不出現(xiàn)循環(huán)塑性破壞；當(dāng)埋深在1米以下時(shí)，還能保

10、證不出現(xiàn)整體失穩(wěn)。由于一般的熱網(wǎng)都可滿足上述條件，故從直管段強(qiáng)度的角度，采用無(wú)補(bǔ)償冷安裝方式是沒(méi)有問(wèn)題的。但是，從保護(hù)三通、彎頭、折角、大小頭和閥門等薄弱部件以及減小固定墩推力的角度，有時(shí)在局部管段還要采用設(shè)置補(bǔ)償裝置的有補(bǔ)償安裝方式。至于預(yù)應(yīng)力安裝方式，由于只能解決穩(wěn)定性的問(wèn)題，而通過(guò)增加覆土深度或設(shè)置補(bǔ)償裝置解決穩(wěn)定性問(wèn)題，通常會(huì)更經(jīng)濟(jì)一些，故預(yù)應(yīng)力安裝方式的使用變得越來(lái)越少 。 </p><p>　　4直埋

11、供熱管道的安裝方法 </p><p>　　4.1直埋供熱管道的安裝方式 直埋管道中的應(yīng)力是熱脹變形不能完全釋放而產(chǎn)生的。因此。通過(guò)選擇不同的安裝方式，可以改變熱脹變形的大小和變形的釋放程度，進(jìn)而改變管道的應(yīng)力水平。。熱脹變形的大小與零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度有關(guān)，零應(yīng)力狀態(tài)溫度的提高，可降低熱脹變形的大小。根據(jù)此溫度是否等于安裝時(shí)的環(huán)境溫度，管道可分為兩種。冷安裝：零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度等于安裝時(shí)的環(huán)境溫度。預(yù)應(yīng)力安裝：

12、零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度等于預(yù)熱溫度。由于埋地管道管壁內(nèi)的軸向溫度要比地溝敷設(shè)時(shí)大數(shù)倍至十幾倍。設(shè)置在管路中的閥門，如果設(shè)計(jì)布置不當(dāng)，就有可能在升溫時(shí)由于管壁擠壓或降溫時(shí)受垃而遭受破壞。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要防止閥門直接承受管壁傳來(lái)的軸向力荷載。一般可采用補(bǔ)償器將閥門與管道隔開(kāi)，起到卸載的目的。根據(jù)熱脹變形能否釋放，管道又可分為兩種。無(wú)補(bǔ)償安裝：兩固定墩之間或遠(yuǎn)離補(bǔ)償裝置而處于錨固狀態(tài)的管道(錨固段)，其熱脹變形不能被補(bǔ)償裝置所吸收。有補(bǔ)償安裝：補(bǔ)

13、償裝置附近處于滑動(dòng)狀態(tài)的管道(滑動(dòng)段)，其熱脹變形能被補(bǔ)償裝置所吸收。 </p><p>　　4.2無(wú)補(bǔ)償冷安裝 管道回填時(shí)，既不進(jìn)行預(yù)應(yīng)力，也不進(jìn)行補(bǔ)償，溫度變化時(shí)管段處于不動(dòng)的錨固狀態(tài)。無(wú)補(bǔ)償冷安裝是最簡(jiǎn)單和最經(jīng)濟(jì)的安裝方式，但運(yùn)行工況下管道承受較高應(yīng)力。在滿足強(qiáng)度條件時(shí)，管段應(yīng)優(yōu)先采用這種安裝方式。 </p><p>　　4.3有補(bǔ)償安裝 當(dāng)管段中設(shè)置補(bǔ)償裝置(彎管補(bǔ)償器或波紋管補(bǔ)償

14、器)時(shí)，補(bǔ)償裝置附近處于滑動(dòng)狀態(tài)的管段屬于有補(bǔ)償安裝。由于設(shè)置彎管補(bǔ)償器或波紋管補(bǔ)償器，必然增加了補(bǔ)償裝置的投資，對(duì)于波紋管補(bǔ)償器，還增加了管網(wǎng)的事故點(diǎn)。因此，應(yīng)避免在整個(gè)管網(wǎng)中都采用有補(bǔ)償安裝方式，但在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，局部管段采用這種安裝方式還是比較安全經(jīng)濟(jì)的。 </p><p>　　5直埋供熱管道的布置和敷設(shè) </p><p>　　供熱管道直埋敷設(shè)方式分為有補(bǔ)償直埋敷設(shè)及無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)兩種

15、方式。有補(bǔ)償直埋敷設(shè)方式主要解決管道膨脹位移在運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)；無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)方式則是通過(guò)驗(yàn)效管道強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證管道運(yùn)行過(guò)程中安全、可靠?！?其中，無(wú)補(bǔ)償直埋方式具有節(jié)約工程造價(jià)和縮短工期的優(yōu)越性，目前在我國(guó)多數(shù)各大城市的集中供熱網(wǎng)設(shè)計(jì)中得以廣泛應(yīng)用。在施工過(guò)程中，往往要采用一種方式把直埋的管道進(jìn)行加熱并達(dá)到一個(gè)預(yù)訂的溫度（預(yù)熱溫度），之后設(shè)法固定管道或者粘接管道，目的在于增強(qiáng)管道的對(duì)溫度的適應(yīng)性從而提高其穩(wěn)定性能。如果在直埋管道過(guò)程

16、中不注意預(yù)熱問(wèn)題，容易導(dǎo)致管道失衡，因此是一定應(yīng)該充分重視的。尤其是對(duì)于大口徑、高溫、高壓直埋管道的安裝，預(yù)熱時(shí)在低溫環(huán)境中容易導(dǎo)致管道發(fā)生撕裂事故。根據(jù)多年直埋管道的經(jīng)驗(yàn)，施工者應(yīng)充分考慮管道承壓能力、徑向穩(wěn)定性、局部屈曲、管道拉伸斷裂等條件，并考察直埋施工過(guò)程中可能產(chǎn)生的應(yīng)力、管材特性及其缺陷的影響，計(jì)算確定最小壁厚以及對(duì)應(yīng)這一壁厚的預(yù)熱溫度范圍，這樣就可以把預(yù)熱溫度控制在合理的范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱安裝，以保證供熱管道的安全性，同時(shí)又能達(dá)