供热管道直埋技术中高低温的界定.pdf

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1、焦作工学院学报（自然科学版），第19卷，第4期，2000年7月JournalofJiaoZuoinstituteoftechnology（Naturalscience），Vol.19，No.4，Jul.2000供热管道直埋技术中高低温的界定廖明成1，耿运贵2，王钦亭1（1.焦作工学院基础部，河南焦作454000；2.焦作工学院基建处，河南焦作454000）摘要：供热管道直埋技术是将预制的供热保温管道直接埋入地下，利用管道自身的机械强度承受管道供热时产生的热应力的一项新技术，其具有高效、节能、经济等突出的优越性.在深入分析直埋供热管道

2、强度计算的基础上，提出根据管材的机械强度来区分高温供热或低温供热，即能采用无补偿直埋方式敷设管道则属低温供热，反之则属高温供热.最后导出了区分高温和低温的临界温度..关键词：直埋技术；无补偿；预热；临界温度中图分类号：tU833+.12文献标识码：A文章编号：1007!7332（2000）04!0270!030引言供热工程分为高温供热和低温供热，工程中通常按保温材料的性质来区分.由于各种保温材料及保温结构的性能有很大差异，给高温供热和低温供热的界定带来诸多不便.本文提出根据管材的机械强度，按照能否采用无补偿直埋敷设方式来界定高温或低

3、温.在满足管材机械强度的条件下，可采用无补偿直埋敷设方式的最高温度界定为高温供热和低温供热的临界温度，低于此临界温度时为低温供热，高于此临界温度时为高温供热.直埋供热管道在升温工作时，管道受到很大的轴向压应力.如果在管道安装时预热，使之受热伸长，然后再安装，当温度降到环境温度时，管道受到预拉应力作用.这样，在管道升温供热时可以大幅度提高工作温度.工程上要求预热安装的管道在任何情况下其综合应力都不得超过屈服极限.经过预热处理的管道安装完成后，当温度恢复到环境温度时，管道处于预拉状态.在管道升温供热过程中，随着温度的升高，管道内的轴向预

4、拉应力逐渐减小，当温度升至预热温度!时，轴向应y力基本降为零.当温度高于预热温度!时，管道的轴向应力为压应力.由于要求在任何情况下综合y应力都不得超过屈服极限，因此，在管道的安装阶段及升温工作阶段，其综合应力都不能大于屈服应力，这就需要将管道的预热温度和最高工作温度限制在一定的范围内.确定区分高、低温的临界温度实际上就是确定无补偿直埋的最高温度，此临界温度与管道的综合应力、预热温度有关.1预拉应力和预热温度管道在预热时可以自由伸长，此时不受轴向应力作用，其预热伸长量为""#!（!y$!0）"（1）式中：""—管道的热伸长量；!0—安

5、装时的环境温度；!—管道的线膨胀系数；"—管道长度.!—预热温度；y收稿日期：2000!02!28基金项目：河南省科技攻关项目（941190300）作者简介：廖明成（1954!），男，四川成都人，副教授，从事新材料与新结构的力学方法研究.第3期廖明成等：供热管道直埋技术中高低温的界定271安装完成后并在伸长量不变的情况下覆土夯实.当温度恢复到环境温度时，管道由于不能恢复其变形量而产生轴向拉力N，该拉力由如下方法求得［1］：轴向拉力N产生的变形量为!l=Nl（2）EA（1）、（2）两式应相等，故有O（tt）l=Nl（3）y-0EA由此

6、解出N=OEA（ty-t0）轴向预拉应力为O=N=OE（ty-t0）A需要指出，埋土也会在管道内引起应力.根据已有的分析，埋土引起的应力很小，可不计.因此在预热阶段，管道内的应力主要是轴向应力，此应力不能超过屈服极限OS，故OE（ty-t0）OS.OS由此可解出预热温度ty+t0.OE2管道升温时的应力直埋供热管道升温工作时，还应考虑内压1引起的应力.这时管道处于三向应力状态，即受到内压引起的环向应力O、径向应力O及升温引起的轴向应力O的作用.其中径向应力与环向及轴向GTI应力相比，其值相对很小，可以不计，于是近似按二向应力状态计算

7、.即O1=OGO2=0O3=OI（4）（4）式中内压引起的环向应力为O1D（5）G=2S式中：1—工作内压；D—管道平均直径；S—管壁厚度.无补偿直埋管道的轴向应力包括升温引起的应力和内压引起的泊松应力，即OI=POG-EO!t.3临界温度的确定在供热期间，最高供热温度为t，引起压应力的温差为max!T=tmax-ty（6）由屈雷斯卡（Tresca）屈服条件，有O1-O3=OS，即OG-（POG-EO!t）=OS解出!T=OS-（1-P）OGEO由于钢材标准给出的屈服极限O是最小保证值，实际供货都高于此值，根据工程实践经验，可S将O

8、适当放大，方法是乘以系数7，于是得S7OS-（1-P）OG!T=（7）EO式中：7—屈服极限增强系数，取7=1.3比较适中.将式（6）表达的温差带入（7）式，得7OS-（1-P）OGtmax-ty=EO由此可得无补偿埋设的最高工作温度