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1、直埋热力管道泄漏主要原因探究 摘要：管道直埋形式越来越常见，但是管道泄漏事故也不断增加。本文主要阐述了热力直埋管网泄露的主要影响因素,指出泄漏主要是由热力耦合作用、管土相互作用、管道材料本身特性、流体本身特性、地质条件、管道周围环境以及施工质量上的因素引起的,并提出了相应的预防措施,以使泄漏降低到最低限度。关键词：直埋热力管道；泄漏；影响因素；预防措施中图分类号：TK284.1文献标识码：A文章编号：引言随着我国经济的飞速发展，城市化建设不断加快,城市地上空间越来越紧张,管道直埋形式的采用越来越普遍,但随之而来的管道泄漏事故也频繁发生。因此,对直埋热力管道泄漏原因进行分析,
2、已经成为人们研究的重点课题。曾经有很多的研究者从理论分析、数值模拟以及试验研究3个方面对影响管道破裂的因素作出了分析。7在理论方面,早在1998年,XieLiyαng就考虑裂缝数量、位置、初始长度和扩展速率等因素,研究了多裂缝对管道先漏后爆的影响。1999年Y.S.Yoo等研究了静载和弯曲荷载作用对管道系统的先漏后爆行为及裂纹扩展情况的影响。2003年Yoo等考虑循环荷载的作用,研究了超静定管道系统的先漏后爆行为与裂纹扩展情况。在数值模拟方面,在不作薄壁管假设的前提下,推导出了气液两相瞬变流的流固耦合模型,这一模型比较全面地考虑了流体和管道的特性以及不同的耦合形式,可以应仿真
3、要求的需要。2005年孙刚、蒋录珍、温旭光应用非线性有限元分析软件αDINα对跨断层地下管道破坏进行数值模拟,考虑管土相互作用,通过比较不同情况下管道的反应特征,发现跨断层地下管道破坏分析中管土摩擦不容忽视。2007年付俊英利用大型有限元软件αNSYS考虑管土的相互作用,对刚性地基情况下矩形沟埋式管道进行施工过程的模拟。1、直埋热力管道泄漏原因分析（1）热力耦合作用:热力管道运行时由于管内热媒温度较高,受热膨胀会产生巨大热应力,热应力作用于管道,使管道受热膨胀伸长,周围土体又会阻碍管道的位移场变化,这时就会产生裂纹。（2）管土相互作用:地下直埋管线与其周围的土体在动力作用下是
4、一个相互作用体系。用来模拟地下管线与周围土体之间相互作用的一个特殊单元叫做管土相互作用单元,简称PSI,但其实管土相互作用单元并不是真的划分管道周围的土体,土体的范围通过管土相互作用单元的刚度来反映。管土相互作用单元示意图如图1所示,PSI单元的一侧与管线共用节点,另一侧节点为远域,如土体表面。7管土相互作用单元的变形为管线与远域土体表面之间的相对位移,即Δu,Δu=uf-up,其中,uf为域位移;up为管线位移。PSI单元由于相对位移而产生应变时,相应的力作用到管线节点上,管线上的应力与管线和远域土体之间相对位移的关系为qi=qi(Eii,sα,fβ),即管土相互作用单元的
5、本构关系。其中,Eii为正应变,Eii=Δu#ei,ei为局部方向向量。一般情况下,e1为管线的轴向方向,e2为管线的方向指向远域的方向,如图1所示。sα为状态变量(如塑性应变);fβ为温度或场变量。其中qi的方向如图1所示,即q1为沿管轴线方向的切向应力,q2,q3为作用在管线上的法向应力。对于轴向动力相互作用,影响最大的是管线与土体之间的切向应力应变关系,也就是管土相互作用单元的本构关系,其本构关系有3种模型:线弹性模型,弹塑性本构模型,一般非线性模型。对于不同的土体类型,管线与土体之间的切向应力应变关系也不相同,因此管土相互作用也不尽相同。（3）管道材料本身特性:目前城
6、市热力网管道管材以钢管为主,而钢管的特点是耐高压、耐振动,重量较轻、单管的长度大和接口方便,整体性强,但是承受外荷载的稳定性和耐腐蚀性差。这也是在工程选材上尽量采用强度较高、质量符合国家规定的管材的原因。7（4）流体本身特性:供热管网上水时直接使用自来水,而不进行水处理,自来水内含有溶解氧、氯和碳酸氢钙,加热后可以分解成二氧化碳。氧、氯和二氧化碳都可以对管道进行腐蚀。（5）地质条件的影响:沿管线走向的工程地质条件是影响管道破坏的又一因素。管道在穿过不均匀场地土时,土体出现明显的竖向位移、横向位移,地形和岩性突变使管道在不同土体类型中变形不同而破坏。土体类型变化以及地形、地貌条
7、件,断层等对管道破坏也有很大影响。（6）管道周围环境的影响:地下直埋管道直接接触土壤,而土壤是由各种无机物质及有机物质的腐败产物所组成,并含有盐类和其他物质的溶液和水分。土壤胶体带有电荷,并吸附一定数量的阴离子,当土壤中存在少量水时,土壤即成为一个由带电胶体与离子组成的导体,管道在土壤中就会发生电化学腐蚀过程。由于土壤的不均匀性,导致腐蚀程度差异较大,其类型主要是局部腐蚀,极易造成管线的腐蚀穿孔破坏或断裂。7（7）施工质量上的因素:近年来,由于一些人为因素导致管道爆裂的事故出现得越来越多。例如:地基勘探
