1、<p>　　論直埋供熱管道中的設計與施工</p><p>　　摘要：直埋熱水供熱管道彈性敷設使供熱管道按更自然的方式沿街道或地形進行敷設，該種敷設方式利用管道自身的彈性變形實現(xiàn)管道的彎轉(zhuǎn)，減少了人為設置的補償器、補償彎管和固定墩，是最簡單、最經(jīng)濟的直埋管道安裝方式之一。 </p><p>　　關鍵詞：直埋供熱管道；設計；施工 </p><p>　　中圖分類

2、號：TU74文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　1引言 </b></p><p>　　直埋敷設技術(shù)隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們對環(huán)境和城市景觀要求也越來越高的情況下，不占地上空間，架空需要熱補償，一處補償就是4個90度彎頭，加上管架，總體費用很高，較架空對流換熱厲害熱損失大相比，埋地管道受溫度變化相對較小，減少了運行費用。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用性都較架空要好。已開始在城市熱網(wǎng)中取代傳統(tǒng)的管道架空敷設方式。 </p><p>　　2直埋供熱管道的作用及應力特點 </p><p>　　所有使管道產(chǎn)生內(nèi)力及應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)的應力，進一步可能導致不同方式的破壞。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)處會產(chǎn)生應力集中，對應的應力稱為峰值應力。峰值應力不會引起顯著的變形．但循環(huán)變化的峰值應力，也會造成鋼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷，導致管道疲勞破壞。管道在彎頭、三通處產(chǎn)生的應力屬于峰值應力。由于土壤的均勻支撐，管道的自重沒有產(chǎn)生自重彎曲應力，故一般忽略不計。但是對于熱網(wǎng)中常用的管道，其公稱壁厚要遠遠大于該壓力所需的設計壁厚，內(nèi)壓產(chǎn)生的實際應力也就遠遠小于管材的屈服應力。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力，其中軸向壓應力可能與屈服應力處于同一數(shù)量級上。因此，在直埋敷設熱力管道中，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，管道強度設計中應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防止直管破壞的設計方法 </p><p>　　3.1三通加固，直埋管道的三通受力狀況與地溝敷設有明

6、顯的不同。地溝敷設時三通所受的荷載主要是內(nèi)壓荷載，而直埋敷設時三通除承受內(nèi)壓荷載外，還承受極大的軸向壓縮荷載。因此，當三通支管直徑較大時必須進行加固。 </p><p>　　3.2從增強三通開孔區(qū)軸向剛度著手。因為直埋管道的三通強度削弱主要表現(xiàn)在母管開孔區(qū)軸向壓縮剛度急劇下降，所以應沿母管軸向方向加剛性支撐板。支撐板可以夾在支管內(nèi)，也可加在母管外側(cè)。 </p><p>　　3.3為了提高三

7、通對局部應力集中的適應能力，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，一般將固定墩設計成倒“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，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變

8、化時，所產(chǎn)生的應力變化是循環(huán)塑性破壞的起因。無論是錨固狀態(tài)的管道，還是滑動狀態(tài)的管道，應力變化都與安裝溫度無關，故預應力安裝不解決冷安裝的循環(huán)塑性破壞的問題。當錨固狀態(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，錨固狀態(tài)的管道允許存在，該直管段可以采用無補償安裝方式，當然包括了無補償冷安裝方式。否則，應在該直管段設置補償裝置，并通過調(diào)整補償裝置間距，控制管段上的應力變化，使之不產(chǎn)生循環(huán)塑性破壞，這時，該直管段就變成有補償安裝方式。 &

9、lt;/p><p>　　3.6防止整體失穩(wěn)破壞，在進行直埋供熱管道設計時，除考慮循環(huán)塑性破壞外，還要考慮穩(wěn)定性問題。管道溫度從安裝溫度升高到管道工作循環(huán)最高溫度時，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，該直管段可采用無補償冷安裝方式。一般地講，供水溫度不高于130℃、管徑不大于DN500的熱網(wǎng)，采用無補償冷安裝方式都能保證不出現(xiàn)循環(huán)塑性破壞；當埋深在1米以下時，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，故從直管段強度的角度，采用無補償冷安裝方式是沒有問題的。但是，從保護三通、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，有時在局部管段還要采用設置補償裝置的有補償安裝方式。至于預應力安裝方式，由于只能解決穩(wěn)定性的問題，而通過增加覆土深度或設置補償裝置解決穩(wěn)定性問題，通常會更經(jīng)濟一些，故預應力安裝方式的使用變得越來越少 。 </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 直埋管道中的應力是熱脹變形不能完全釋放而產(chǎn)生的。因此。通過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，進而改變管道的應力水平。。熱脹變形的大小與零應力狀態(tài)對應的溫度有關，零應力狀態(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的環(huán)境溫度，管道可分為兩種。冷安裝：零應力狀態(tài)對應的溫度等于安裝時的環(huán)境溫度。預應力安裝：

12、零應力狀態(tài)對應的溫度等于預熱溫度。由于埋地管道管壁內(nèi)的軸向溫度要比地溝敷設時大數(shù)倍至十幾倍。設置在管路中的閥門，如果設計布置不當，就有可能在升溫時由于管壁擠壓或降溫時受垃而遭受破壞。因此，設計時要防止閥門直接承受管壁傳來的軸向力荷載。一般可采用補償器將閥門與管道隔開，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。無補償安裝：兩固定墩之間或遠離補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償裝置所吸收。有補償安裝：補

13、償裝置附近處于滑動狀態(tài)的管道(滑動段)，其熱脹變形能被補償裝置所吸收。 </p><p>　　4.2無補償冷安裝 管道回填時，既不進行預應力，也不進行補償，溫度變化時管段處于不動的錨固狀態(tài)。無補償冷安裝是最簡單和最經(jīng)濟的安裝方式，但運行工況下管道承受較高應力。在滿足強度條件時，管段應優(yōu)先采用這種安裝方式。 </p><p>　　4.3有補償安裝 當管段中設置補償裝置(彎管補償器或波紋管補償

14、器)時，補償裝置附近處于滑動狀態(tài)的管段屬于有補償安裝。由于設置彎管補償器或波紋管補償器，必然增加了補償裝置的投資，對于波紋管補償器，還增加了管網(wǎng)的事故點。因此，應避免在整個管網(wǎng)中都采用有補償安裝方式，但在管網(wǎng)設計中，局部管段采用這種安裝方式還是比較安全經(jīng)濟的。 </p><p>　　5直埋供熱管道的布置和敷設 </p><p>　　供熱管道直埋敷設方式分為有補償直埋敷設及無補償直埋敷設兩種

15、方式。有補償直埋敷設方式主要解決管道膨脹位移在運行時能夠?qū)崿F(xiàn)；無補償直埋敷設方式則是通過驗效管道強度和穩(wěn)定性，保證管道運行過程中安全、可靠?！?其中，無補償直埋方式具有節(jié)約工程造價和縮短工期的優(yōu)越性，目前在我國多數(shù)各大城市的集中供熱網(wǎng)設計中得以廣泛應用。在施工過程中，往往要采用一種方式把直埋的管道進行加熱并達到一個預訂的溫度（預熱溫度），之后設法固定管道或者粘接管道，目的在于增強管道的對溫度的適應性從而提高其穩(wěn)定性能。如果在直埋管道過程

16、中不注意預熱問題，容易導致管道失衡，因此是一定應該充分重視的。尤其是對于大口徑、高溫、高壓直埋管道的安裝，預熱時在低溫環(huán)境中容易導致管道發(fā)生撕裂事故。根據(jù)多年直埋管道的經(jīng)驗，施工者應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，并考察直埋施工過程中可能產(chǎn)生的應力、管材特性及其缺陷的影響，計算確定最小壁厚以及對應這一壁厚的預熱溫度范圍，這樣就可以把預熱溫度控制在合理的范圍內(nèi)進行預熱安裝，以保證供熱管道的安全性，同時又能達