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1、直埋供热管网设计和施工探析 摘要：通过对影响管道温度应力的因素分析可以知道，在满足冷安装的条件下应该积极的采用冷安装方式，但是从管道运行安全的角度考虑，对于大管径、大温差的管道应该采用预热的方式及有补偿的方式进行敷设。本文结合笔者多年工作经验对直埋管道质量问题进行了分析，对不同直埋管道敷设方式进行了探讨，以期为相关人员提供借鉴。关键词：直埋供热管网设计施工中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：正文：供热管道直埋技术就是将预制的保温管道直接埋入地下，利用管道自身的机械强度及其附件来共同承受管道
2、供热时产生的热应力的一项技术。经过多年的实践与发展，为满足供热系统运行的安全可靠，同时尽量减少投资和维护方便，目前供热管道存在多种的敷设方式。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,填充式保温材料一般采用泥煤，但泥煤具有导热系数大,9易自然及保温性能逐渐降低的缺点。浇灌式保温材料采用泡沫混凝土，而泡沫混凝土又存在着吸水率大的特点。保温性能极易遭到地下水及地表水渗透的破坏
3、,所以这两种方式很少在工程中应用。由于直埋敷设相对于管沟敷设在施工安装及运行管理上的优势十分明显,因此很多设计单位根据业主的要求尝试突破《规程》的限制,对公称直径大于500mm的直埋热水供热管道(以下简称大管径管道)也采用直埋敷设方式。最初,只是少数设计单位进行有补偿方式的设计,随着设计及实践经验的积累,很多设计单位又进一步尝试无补偿预热甚至冷安装的直埋设计。据了解,大多数设计单位在大管径管道直埋设计时套用《规程》提供的计算方法,但《规程》提供的计算方法只适用小管径管道,对于大管径管道依然执行《规程
4、》是否可行,在设计中应注意哪些问题还值得探讨。1直埋热水供热管道应力设计方法直埋热水供热管道应力验算的失效准则,已由最初的弹性分析、极限分析发展到应力分类分析。这一点在SDGJ6-90《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》中有明确的界定,而《规程》与《区域供热手册》[1](以下简称《手册》)也都应用应力分类法进行直埋热水供热管道的设计和强度验算。9应力分类法的主要特点是将管道上的应力分为一次应力、二次应力和峰值应力,并采用相应的应力验算条件。管道内压和持续外载作用产生的应力属于一次应力,它取决于静力
5、平衡条件。如果一次应力超过了极限状态,管道就会产生无限塑性流动,导致爆裂或断裂,故一次应力采用弹性分析或极限分析。管道由于位移产生的应力属于二次应力,这是由于管道热胀冷缩等变形受约束而产生的应力,当部分材料超过屈服极限时,由于产生少量的塑性变形,变形协调得到满足,变形不再继续发展,它具有变形自限的特点,采用安定性分析进行应力验算,其允许的最大弹性应力变化范围是屈服极限的2倍。在管道局部不连续处产生的应力集中称为峰值应力,它不会引起管道的显著变形,但循环变化的峰值应力会导致管道的局部疲劳破坏。峰值应力
6、的验算主要针对三通、弯头等局部应力集中处,根据供热管道整个使用期所受循环荷载进行疲劳分析,并计入应力加强系数进行验算。2.直埋管道质量问题分析2.1整体失稳。直埋管道在运行工况下的轴向压力最大，由于压杆效应，可能会引起管线的整体失稳。特别是对于温升较大的无补偿冷安装方式，温升作用完全转化为很高的轴向压力，极易出现整体失稳破坏。对此，CJJ/T104-2003《城镇直埋供热管道技术规程》中有详细的公式计算，满足其计算就可保证DN300以下的管道整体不出现失稳情况。2.2高循环疲劳破坏。车辆重量通过车轮
7、和土壤，可作用在车行道下的管道上，使管道局部截面产生椭圆变形，相应的会产生应力集中。92.3循环塑性变形。在加热过程中，管壁因轴向压应力而产生轴向压缩塑性变形；而冷却时，管壁因轴向拉应力而产生轴向拉伸塑性变形；当温差超过一定范围后，将会出现管道破坏的现象。2.4低循环疲劳破坏。应力集中通常发生在管线中的弯头、三通、大小头及折角处。在温度变化过程中，应力集中在管道结构不连续处产生的峰值应力，会引起管道的疲劳破坏。3.直埋管道敷设方式的探讨与选择以热源供水温度为130℃，回水温度为70℃；安装的环境温度
8、为10℃，管道规格为Φ1020×10为例，探讨比较典型管道的几种敷设设计方式。3.1无补偿冷安装方式由于土壤摩擦力的存在，管道将存在锚固段、滑动段。当管道处于锚固段时，热胀应力全部转化为温度应力，使管道在运行工况下承受较高的轴向压力。所以锚固段管道的最大压应力与最大温度变化成正比；当管道处于滑动段时，热胀应力不能全部转化为温度应力，管道将受热伸长。管道在无补偿冷安装方式下，其受力及管道伸长情况示意见图1。计算实例中管道锚固段轴向热应力为Σ=Δt×E×α=（130-10
