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1、热水管道直埋敷设设计方法探析 【摘要】随着多年的应用与发展，热水管道直埋敷设在设计、施工等方面得到了逐步完善，节约了工程投资、提高了供热质量和企业经济效益，具有良好的社会效益和经济效益。本文主要阐述的是热水管道直埋敷设的设计方法探讨【关键词】热水管道，直埋敷设，设计方法，探讨中图分类号：TE832文献标识码：A文章编号：一.前言供热管道直埋敷设方法在工程中的使用已有几十年的历史了。供热管道直埋敷设技术的发展是随着直埋管道的保温材料的发展而发展的。早期直埋管道的保温基本上采用填充式及浇灌式两种方法。70年代以来,聚氨醋泡沫塑料的出现给管道直埋敷设带来了生机,由于聚氨醋泡沫塑料具有导热
2、系数低、容量小、闭孔率高、吸水率低等优点。所以被大量用做直埋管道保温材料,使管道直埋敷设方式得到了广泛应用。随着管道直埋方式的推广,管道直埋敷设技术也得到了很大的提高。二.热管道直埋敷设方法根据国内外资料介绍及工程应用实际,管道直埋方式可分为无补偿及有补偿两种方式,下面分别介绍其原理及方法。8(一).无补偿方式无补偿方式主要特点是供热管道管网在运行之前必须经过预热,预热温度在管道工作温度和限制的最低温度之间。要求预热温度与工作温度及最低温度的温差所产生的热应力均不得超过管材的许用应力。根据材料力学原理,管道被加热时会产生轴向应力、环向应力和径向应力,径向应力同轴向应力及环向应力相比其
3、值很小故可忽略。环向应力可产生一个附加的轴向应力。无补偿方式根据管沟在预热时的状态又分为敞开式和覆盖式两种：1.敞开式敞开式的特点是管沟在管道预热时是敞开的,即管沟在管道预热后再回填。这样管沟敞开的时间较长。所以这种方式必须在交通和安全等因素允许的条件下采用。敞开式不需补偿器不必设置固定点,所以此种方式造价最低,管道加热到预热温度时需用撬杠等工具将管道变形部分摆平,使管道仍然处于轴向热应力的状态。2.覆盖式8覆盖式的特点是管沟在管道预热时处于回填完毕的状态,这种方式适用于管沟不允许长时间敞开的情况,但由于土壤摩擦力的影响,管道在预热状态下的热应力不能完全为管道的自然转角所补偿。所以一
4、般要设置补偿器。但这种补偿器必须在预热后焊死。使其同管道成为一体,故人们称之为一次性补偿器。丹麦i.c.meller公司采用的是波纹管一次性补偿器。芬兰ecipe公司采用的是套筒一次性补偿器。补偿器之间的间距不得大于最大安装长度Lmax的2倍。Lmax的定义是管道固定点至自由端的长度,在此长度下产生的摩擦力不得超过管道许用应力下相应的弹性力。此种方式在直管段两端需设置固定点,以防止管道应力集中的弯头部分受到破坏。补偿器至固定点之间的间距也不得超过Lmax。(二).有补偿方式当供热管道不具备采用直埋无补偿方式的条件时,如管道工作温度过高或难以找到热源预热时,可采用有补偿方式,有补偿方式
5、分为有固定点和无固定点两种方式。1.有固定点方式有固定点方式需在补偿器两侧设置固定点,补偿器至固定点的间距不得超过Lmax。固定点所承受的推力与架空和地沟敷设时的不同之处是将由活动支架的水平摩擦力反力产生的水平推力改为土壤对管道的摩擦力。图1自然弯管8众所周知管道由安装温度至其工作温度是逐渐升温的。所以能够参加与土壤摩擦的管段长度也是逐渐增加的。土壤对管道的摩擦力也是逐渐增加的。因而只有管道达到工作温度后。土壤对管道的摩擦力为最大,此时固定点承受最大推力。而当管道在工作温度下的实际热伸长量被补偿器吸收后固定点的推力马上会变小而成为一个恒定值。所以固定点将承受暂时最大推力和恒定推力。2
6、.无固定点方式对于没有固定点有补偿的敷设，我们必须对管网平面布置进行校核，如果直管段大于Lmax的2倍,那么我们就必须要对直管段两自由末端的自然弯管进行校核，然后检查结果看是否能吸收掉直管段的实际热伸长量,见下图1中的C点是驻点。在直管上面有一点的轴向力是两侧管段各自的轴向力之和相等方向相反的。也就是说这一点不会有位移的情况出现。那么这一点就是固定的点。C点的确定可通过建立力的平衡式和长度公式,并将两公式联立二元一次方程组:求出Ll、L2后先校核L1和L2是否超过Lmax，如果Ll、L2均小于或等于Lmax,则可分别计算L1、L2的实际热伸长量,并校核各管段的自由末端弯管的补偿能力。
7、如有一端自然弯管补偿能力不够,则在驻点设置补偿器。重新求得两自由末端至补偿器之间的两个驻点,计算实际热伸长量,然后选择补偿器,补偿器补偿能力按补偿器至两个新驻点距离长的管段的实际热伸长量选取。三.无补偿与有补偿对比(一).无补偿冷安装直埋敷设8无补偿冷安装直埋敷设的设计方法采用应力分类法对管道进行应力验算。应力分类法根据由不同特性的荷载产生的应力性态和对管道破坏的影响，对管道上不同性态的应力分别给予不同的限定值。应力分类法将计算应力分成一次应力、二次应力及
