直埋热力管道的强度设计计算
直埋热水管道和直埋蒸汽管道设计理论浅析
管道 由内压和持续外 载产生的应力属于一次应
力 ，它 是 为 了满 足 静 力 平 衡 条 件 而 产 生 的 。 当 应力 强度 达 到 甚 至 超 过屈 服 极 限 时 ， 由于 材 料 进 入 屈服 或静 力平 衡条 件 得 不 到 满 足 ，管 道 将
产 生过 大 变形 甚 至破 坏 。一 次 应 力 的特 点 是 变 形 为非 自限性 的 ，对 应 力 验 算 应 采 用 弹性 分 析
管道 直 埋 敷设 近 年来 也 得 到 了长 足 的 发 展 。经
过多年的探索 ，现 已出现理想 的预制直埋式 耐 高温复合保 温管，并探索 出一 整套 科学的 、实
用 的蒸 汽 管 道 直 埋 敷 设 设 计 方法 和节 点 处 理 技 术措 施 。直 埋热 水 管 道 和直 埋 蒸汽 管 道 在设 计 、
ｐｉｅ ｎ ｐ ｌ ｅ；ｓ ｒ ｓ ａｃ ｌ ｔｏ ｉ ｔｅ ｓｃ ｕ ａ ｉ ｎ；ｔ ｅ ｍａ ｎ ｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｌ ｈ ｒ ｌ ｉ ｓ ｌ ｔｏ ｔ ｔ ｒ ｕ
１ 慨
述
施工要 求上 均有很 大不 同 。本 文从 两种 管道 的应 力验算 、保 温结构 等方 面进 行分 析 和 比较 。
直埋 热水 管 道 和 直埋 蒸 汽 管 道 的应 力 验 算 均 采用 应 力 分类 法 … １。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 三 类 ，并 采 用 相 应 的 应 力 验 算 条 件 。
和配套 ，并已有相应 的技 术规程做指导。蒸 汽
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冶 金 矿 山 设 计 与 建 设
１ ４
Ｍ ｅａ ｍｉ ｅｄ ｓｏ ｎ 翻 ‘ ｔｌ ｎ ｅＬｎ ａ ｄ Ｏ 皤由 ｌ
热力管道施工组织设计(直埋敷设管道)
目录一、工程概况及编制依据 (2)（一）、工程概况 (2)（二）、编制依据 (3)二、主要施工方法 (3)第一节直埋敷设管道土方工程 (3)（一）、开挖准备 (3)（二）、管沟开挖 (4)第二节管道安装 (5)（一）施工过程及工艺要求： (5)（二）采暖管道安装注意事项 (6)（三）管道水压试压 (7)(四)管线预热: (7)(五)系统冲洗 (7)第三节管道的防腐与保温 (8)（一）、管道的防腐 (8)（二）、管道的保温 (8)（一）.技术措施 (11)（二）、质量保证组织措施 (19)（一）、安全生产保证措施 (27)（二）、文明施工措施 (28)（三）、雨天施工措施 (29)一、工程概况及编制依据（一）、工程概况1.工程名称：2.建设单位：3.设计单位：4.工程地点：5.本工程主要特点：（1）主管线位于（2）该工程工期长,为17个月。
管道种类多包括φ820×10mm、φ630×8mm、φ478×7、φ377×7mm、φ273×6mm。
管道总长1.7万米，管道焊接要求质量高,直管段随机抽样探伤，探伤比例为20%，阀门管件100%探伤。
（3）管道管材采用螺旋焊接钢管预制保温管，主干管采用无补偿直埋敷设，支管采用有补偿直埋敷设。
（4）地区属多风、寒冷气候，施工时根据气候特点须采取必要的防护措施,冬季回填土前管道需进行70℃预热工艺。
夏季应注意防雨。
6.工程内容：（1）.本工程占新城中集中供热工程的1/4。
（2）.主要工程内容是沟槽开挖、沟槽铺砂、管道保温、管线的敷设与安装，砼支墩制作、管道预热、管周埋砂、管沟回填及余土外运。
（3）.系统参数：供热介质：130℃/70℃热水。
工作压力:1.6Mpa 试验压力:强度试验2.4Mpa，严密性试验2 .0Mpa。
（二）、编制依据本施工组织设计是根据建设单位提供施工图及有关施工说明，结合我方现场勘察进行编制。
(热能工程专业论文)直埋敷设供热管道应力分析与受力计算
哈尔滨Ｊ下程大学硕士学位论文
口＝１．２ｘ１０～ｍ／ｍ－℃，供水温度疋＝１３０℃，回水温度瓦＝８０℃，管道安装温度瓦＝５℃，管内介质工作压力Ｐ＝１．６ＭＰａ．外径见＝７２０ｍｍ，内径见＝７００ｍｍ。
１．管道内压应力
分析管道内压力产生的应力时，假设管道的内压作用在管道内没有压力损失，即管道内的内压力作用是定值。
数值分析时的模型可以简化为平面圆环的应力分析问题。
又因为管道是轴对称的，为了方便分析不同管径的内压应力可以取管道的１／４作为几何模型（见图２．６），单元模型采用结构实体单元ｐｌａｎｅ４２，网格为Ｑｕａｄ４ｎｏｄｅ。
图２－６管道的几何模型图
ＡＮＳＹＳ分析命令流如下：
，ＰＲＥＰ７
ＥＴ，ｌ，ＰＩ，ＡＮＥ４２
ｈｄｍＭＰ，１．０
ＭＰＤＡＴＡ，ＥＸ，ｌ，，２ｅ１１
ＭＰＤＡＴＡ，ＰＲＸＹ，ｌ一０３
ＣＹＬ４，０，０，０．３５，０，０．３６，９０
图２－７内压应力等效变形图
图２－８内压应力等效应力图
应力分析结果：见图２．７内压应力等效变形图，图２．８内压应力等效应
图２－９径向应力分布图
图２－１１周向应力分布图。
直埋热力管道计算表-2020
L=
20.00
20.00
△L'= △Lp= △L=
26.86 2.01 26.86
MPa ℃ ℃ ℃ m m N
MPa
合格 L≤
m N N m
m m mm mm mm
环向应力 管道屈服温差
温差取值,当t1-t0>△ Ty时，取t1-t0=△Ty 过渡段最大长度 过渡段最小长度 锚固段的轴向力
内压、热胀应力的当 量应力变化范围
结果一: (lc1=lc2=lcm)
N=
805376.92
N
结果二: (lc1≠lc2)
n1=77
m
U=
3.72
Q=
63264.52
B=
2827987.48
N1=
774265.48
N
N2=
747970.82
N
σbt+σpt≤3[σ] 水平转角管段的计算 臂长 平均计算臂长 弯头两侧等臂长时轴 向力
不等臂长lc1侧轴向力 不等臂长lc2侧轴向力
90.07
两过渡段管线总长 左侧活动端的伸缩阻 力右侧活动端的伸缩阻 力 驻点左侧过渡段长度
设计布置的管段长度 管段长度取值 弹性状态管段热伸长 量过渡段塑性压缩变形 量 管段热伸长量
结果:
强度满足要求
5.水平转角管段弯头的升温轴向力
lc1=
70.00
m
lc2=
9.00
m
lcm=
39.50
m
lc1≠lc2时,N值取结果二:N1、N2
2.直管道的轴向力
σt= △Ty= t1-t0=
29.43 116.76 115.00 115.00
Lmax= Lmin= Na=
大管径热力管道直埋敷设设计分析
大管径热力管道直埋敷设设计分析摘要：自改革开放以来，我国的社会经济和社会科技的发展速度惊人，促进了我国各个行业领域的发展脚步。
如今，供热管道的敷设在市场上得到了广泛的应用，并且理论性的知识已经逐步成熟。
但是在实际的工作中，由于缺乏专业的管理，导致在施工过程中受到一定的限制，出现各种各样的问题。
为此，施工单位应该重视工程的管理，加强做好工程的管理工作，满足施工要求。
本文主要针对供热管道工程在实际工作中的管理展开详细的分析。
关键词：热力管道；直埋敷设；设计探讨0前言在开展工程施工之前，相关人员应该先对施工现场进行实地考察，并根据实际情况做好工程的设计方案，这样才能保证施工工作的顺利进行。
现阶段，供热管道理论在市场上逐渐成熟，一般情况下，大部分的理论都是借鉴弹性理论知识，管道的管径热力一般都是控制在DN500左右。
由于管道的热力会对承轴的压力有一定的应力效果，甚至会影响着管道的硬度和强度，从而难以控制管道的稳定性。
但是近几年来，随着我国社会科技的不断发展，促进了我国管道的敷设技术的发展。
1 我国直埋管网设计存在的问题在直埋管网设计过程中，由于各种因素的影响，设计上还是存在一些问题，结合工作实际，总结出来当下我国直埋管网设计存在的一些问题，具体如下：（1）如今，由于我国的施工环境比较恶劣，再加上施工条件受到限制，大管径的热力管道直埋敷设工程受到了一定的影响。
在管道直埋敷设施工过程中，有一部分的施工工程需要高空工作，因此需要支架进行架空作业。
但是现阶段，大管径的管道直埋敷设的架空工作的施工技术在市场上尚未成熟，也没有丰富的社会阅历和社会经验，更加没有相关的建设法律依据，从而使得大管径的管道直埋敷设建设在施工过程中无法可依，其相关权益不能得到良好的保障，关于此类问题，需要相关的施工单位噬待解决。
（2）大管径的直径比较大，所以其管顶的覆土深度就越深，从而也将会缩短管道的整体敷设长度，在此工程作业中，其各个工作程序的工作量和工作难度都会有所增加，所需要的工程零件或者构件也随之增多。
浅谈城市直埋供热管道固定墩推力计算方法
是直管段强度验算的重点。A1A1 面管道施加给固定墩的轴向
力 P1=Na1=[αE(t1-t0)-νσt]A×106=17483kN
（3）
1.4 A2A2 面管道施加给固定墩的受力 P2
L2 段处的固定墩处于完全锚固段，其受到的主动力包括
热膨胀力和泊松力，因此，段的热膨胀被完全压缩。此时，
直埋供热管道的轴向内力等于主动力减去内压不平衡力。L2 段处的固定墩处于锚固段，合成推力时，此侧推力乘以 0.9
的安全系数。
P2=0.9Na2-Fn
=[αE(t1-t0)-νσt]A×106-PnA0=15634kN 1.5 主动土压力 Pa 和被动土压力 Pp
（4）
在施工时，虽然要对固定墩的土壤夯实，但是，土壤也
不是理想的刚性体，所以在热力管道实际运行时，固定墩存
在实际微量位移。在热力管道的运行过程中，随着温度的升
（1）
为计算固定墩处于锚固段还是过渡段，需要计算过渡段
最大长度：
( ) Lmax =
α E (t1 − t0 ) −νσ t
Fmin
Aax=586m，可知 L1 ＞ L2 ＞ Lmax。因此，固定墩
处于锚固段，管道热伸长完全受阻，热膨胀力完全转化为管
道内力。此时，是管道中内力、轴向应力最大的直线管段，
图 1 直埋管道固定墩受力模型 1.2 固定墩受力分析
固定墩宽、厚、高分别为 b、d、h，固定墩墩顶覆土高 度为 h1，在供热管道运行过程中，随着管内水温的升高，固 定墩在管道热膨胀力作用下，产生微量轴向位移，管道运行 时，固定墩受力如图 2 所示。
直埋供热管道的轴向力有主动轴向力和被动轴向力，主 动轴向力包括热膨胀力和泊松力，被动轴向力有土壤摩擦力、 补偿器位移阻力、主动土压力和被动土压力。固定墩在管道 运行过程中受力俯视图如图 3 所示。
直埋热力管道保温材料及热损失计算分析
直埋热力管道保温材料及热损失计算分析《江西能源》肖平华1999年第01期32页摘要本文介绍了目前国内外直埋保温管道预制保温管的技术性能；并通过计算分析得出采用此类保温材料要比采用地沟敷设的常规保温材料热损失减少40%左右，而且节约投资并缩短施工周期，建议有条件的供热工程应采用预制保温管直埋敷设。
关健词直埋技术预制保温管热损失热阻前言国内外直埋技术的发展，已经有60余年的历史，早在30年代，原苏联最初采用泥作保温材料，40年代又改用浇灌泡沫混凝土作直埋管道的保温材料。
实践证明，这些保温材料吸水率大，直埋管道腐蚀严重。
50年代初的美国、丹麦和加拿大等国的各大公司研制了预制保温管，即“管中管”技术，从而使管道直埋技术发展到了一个新水平。
国内在50年代曾采用过浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷设方式，70年代开始研究沥青珍珠岩保温材料的直埋热力管，取得了很大成绩，80年代我国出现了两种新型预制保温管：一类是天津大学根据国外经研制的保温结构为“氰聚塑”型式的预制保温管；另一种是引进国外生产线的“管中管”型式的预制保温管。
目前这种型式的预制保温管已先后在天津、北京、郑州等地进行大批量生产并广泛用于城市热力管网。
2直埋预制保温管技术性能国内外部份厂家生产的预制保温技术性能(见表1)表1国内外部分厂家生产的预制保温管技术性能氰聚塑直埋保温管是用硬质聚氨脂泡沫塑料作保温材料，外部用玻璃钢作防护外壳，钢管外壁刷一层“氰凝”作防腐层。
通用型适用于120℃以下介质的热力管网。
高温型适用于250℃以下介质的热力管网，其保温材料为硅酸镁发泡聚氨脂复合保温材料，保护外壳为玻璃钢。
第二种类型是“管中管”预制保温管，其保温材料为聚氨脂硬质泡沫塑料，保护外壳为高密度聚乙烯外套管，适用于120℃以下部介质的热力管网。
3保温层厚度及热损失计算保温层厚度应根据热损失法或经济厚度计算后并经综合经济效益比较后确定。
直埋管道的设计结构如图1所示。
图1直埋保温管结构示意图1热力管2主保温层3保温层4土壤5地面直埋管道的保温计算其原理与一般保温管道相同，但一般热力管的表面散热由外界空气吸收，而直埋管道由周围土壤来吸收，一般管道属于无限空间放热，直埋管道放热与管道埋设深度有关。
《供热工程》供热管道的应力计算与作用力计算
安定性分析方法
该理论进行应力分类，温度应力的强度条件为不出现循环塑 性变形的安定性条件
反映了钢材塑性变形和破坏的关系，充分利用了钢材的潜力 对于运行温度在85～150oC 的直埋管道，直管段一般可不设 置补偿器，也不预热
当固定支座设置在两个不同管径间的不平衡轴向力：
Pch PF1 F2
N
当固定支座设置计 对在波算有纹截管面堵补积板偿，的器对端，于头F套为筒、波补或纹偿有管器补弯，偿F器为的以有套效筒面补积偿，
管以及阀门的管器 近段外 似，套 以管 波内的 纹压内 半产径 波生为 高的直 为径 直轴计 径向算 计力的算：圆出面的积圆Pn面积PF
管道中因温度变化产生热胀变形，热胀变形不能完全释放， 产生了较大的轴向力和轴向应力，属于二次应力 如果二次应力超过了极限状态，管道只会产生有限的塑性交 形，但会造成钢管内部结构一定程度的损伤；循环往复的塑 性变形会使管道发生破损
15.3.2 直埋热水管道的荷载
土壤轴向摩擦力
轴向摩擦力的计算
F 管道g单位土H长土壤度壤密轴摩度D2向擦管，k 摩系顶kDg擦数覆／k力，土管m，与深道3N管度保/道，m护N保m层/护的m层外材径质，和m回填土类型有关
15.3.2 直埋热水管道的荷载
温度
管道工作循环最高温度(T1)取用室外供暖计算温度下的热网 计算供水温度
管道工作循环最低温度(T2)，对于全年运行的管网取30oC ； 对于只在供暖期运行的管网，取10 oC
计算安装温度(T0)，对于冷安装取安装时当地可能出现的最 低温度；对于预热安装取预热温度
L
L1
《城镇直埋供热管道工程技术规范》
1总贝U1. O. 1为统一我国城镇直埋供热管道工程的设计、 准，促进直埋管道技术的发展和推广，1. O. 2本规程适用于供热介质温度小于或等于 小于或等于DN500m 啲钢制内管、保温层、保护外壳结合为一 体的预制保温直埋热水管道。
1. O. 3在地震、湿陷性黄土、膨胀土等地区应遵守《室外给水排水 和煤气热力工程抗震设计规范》(GB50032)、《湿陷性黄土地区建筑规范》(GBJ25)、《膨胀土地区建筑地基技术规范》 (GBJ112)的规定。
1. O. 4直埋供热管道工程设计、施工和验收除应符合本规程外， 尚应符合《城市热力网设计规范》(CJJ34)、《城市供热管网工程施 工及验收规范》(CJJ2 8)等国家现行有关标准的规定。
施工及验收标 制定本规程。
150 C 、公称直径2术语和符号2. 1术 语2. 1. 1 屈服温差 temperature differenee of yielding 管道在伸缩完全受阻的工作状态下，钢管管壁开始屈服时的 工作温度与安装温度之差。
1. 2 固定点 fixpoint 管道上采用强制固定措施不能发生位移的点。
1. 3活动端 free end 管道上安装套筒、波纹管、弯管等能补偿热位移的部位。
1. 4锚固点 natural fixpoint 管道温度变化时，直埋直线管道产生热位移管段和不产生热 位移管段的自然分界点。
2. 1. 5 驻点 stagnation point 两侧为活动端的直埋直线管段，当管道温度变化且全线管道 产生朝向两端或背向两端的热位移，管段中位移为零的点。
2. 2. 2. 2. 2. 管 2. 1. 6锚固段 fully restrained section 在管道温度发生变化时，不产生 1. 7过渡段 Partly restrained section一端固定（指固定点或驻点或锚固点道温度变化时，能产生热 热位移的直埋管段。
），另一端为活动端，当 位移的直埋管段。
直埋供热管道的设计与施工
直埋供热管道的设计与施工发表时间：2020-04-13T15:05:30.777Z 来源：《城镇建设》2020年第3期作者：金何丽[导读] 本文主要讨论了直埋供热管道的设计与施工理论摘要：本文主要讨论了直埋供热管道的设计与施工理论。
首先分析管道系统承受的作用(荷载)，探讨了防止直管破坏的设计方法，最后提出7管道的布置和敷设原则。
关键词：直埋供热管道；设计；施工直埋敷设已成为我国区域供热管网推荐的一种敷设方式，其与传统的地沟敷设方法相比具有占地少、施工周期短、维护量小、节约投资、寿命长等诸多优点，很适合城市建设的要求，在我国已得到一定范围的应用。
一直埋供热管道的设计方法 (一)直埋供热管道的作用及应力特点所有使管道产生内力及应力的因素都称为作用(又称荷载)。
不同类型的作用，使管道产生不同性质的应力，进一步可能导致不同方式的破坏。
温度和压力是热力管道上最主要的两种作用。
对于直埋管道，还有轴向位移产生的土壤轴向摩擦力和侧向位移产生的土壤侧向压缩反力。
另外，在管道局部结构不连续处会产生应力集中，对应的应力称为峰值应力。
峰值应力不会引起显著的变形．但循环变化的峰值应力，也会造成钢管内部结构的损伤，导致管道疲劳破坏。
管道在弯头、三通处产生的应力属于峰值应力。
由于土壤的均匀支撑，管道的自重没有产生自重弯曲应力，故一般忽略不计。
但是对于热网中常用的管道，其公称壁厚要远远大于该压力所需的设计壁厚，内压产生的实际应力也就远远小于管材的屈服应力。
相反，由于管道中热胀变形不能完全释放，使管道产生了较大的轴向压力和压应力，其中轴向压应力可能与屈服应力处于同一数量级上。
因此，在直埋敷设热力管道中，内压的影响较小，管道产生爆裂的可能性很小，而温度的影响则较大，管道强度设计中应主要考虑温度变化产生的循环塑性变形和疲劳破坏。
(二)防止直管破坏的设计方法1 防止循环塑性破坏的设计方法管道温度在管道工作循环最高温度与最低温度问变化时，所产生的应力变化是循环塑性破坏的起因。
直埋供热管道热位移理论计算和实际测试
某设 计院 ２ ０ ０ ９年 设 计 了石 家庄 某 供 热 公 司西 线
主管 网工 程 ， 网最远 输送 距 离 １． ｍ， 回水设 计 管 ０３ｋ 供 温 度 １０ ７ ℃ ， 计 压 力 １６ ３ ／０ 设 ． ＭＰ ．最 大 管 径 ａ
Ｄ ４ ０， Ｎ１０ 供水 管 聚 氨酯 保 温 层 厚 ９ ０ ｍｍ， 回水 管 聚 氨
通讯塔
热位移测量段长７ ｎ ２ ； （ 共计 ｌ 处测点） ８
Ｉ ４ ０ 设大街 ） ０ ＮＩ
【 万１ ｒ 霄ｆ 一
时， 取 １５ｍ； 为预制保温管外壳的外径 ， ． ． ｍ
将 数据 代入 式 （ ） ： １得
Ｆｊ ＇ ｎ＝４１ ６１ ． ５ ２３ Ｎ／ｍ
图 １ 管道平面布置 图
１ 实 际供 热参 数 与理论 计 算
１ １ 实际供 热 参数 ．
２０ ０ ９年 ８月 ， 北 京 召 开 的 新 编 《 镇 直 埋 供 热 在 城 管道 工 程技 术 规 程 》 的研 讨 会 中 ， 的 专 家 认 为 要 对 有 Ｄ ５０以上 直 埋管 道单 位 摩擦 力 计 算 公式 做 出修 正 ， Ｎ０ 补 充 了预制 保温 管 内充 满 水 的 自重 ， 是 因 为大 口径 这 直埋 管 道 自重 对摩 擦 阻 力 的影 响不 可 忽 略 ， 时考 虑 同 到 大 口径 管道 覆 土较深 ， 取消 原 ９ 规程对 计 算覆 故 ８版 土深 度 的 限 制 。会 上 其 他 编制 规 范 专 家 对 此 均 未 提 出异 议 。则研 讨 会 版 规 范 的单 位 长 度 直埋 敷 设 预 制 保温 管 的外壳 与 土壤之 间的摩擦 力按 式 （ ） ２ 计算 ：
１２ 摩擦力计算 ． 根据《 城镇直埋供热管道工程 技术规程》 ］Ｊ ¨ ＣＪ ／ ３１ ９（ ＇ — ８ 简称 ９ ８ ８版壤 之 间的摩擦 力 按式 （ ） １ 计算 ：
(2009版)《供热工程》第15章供热管道的应力计算与作用力计算
24EI 1 L L2 2 x x y max 2 q x
2
m
直 到 L ＝ L1 ＝ L2为止
最大允许间距应能同时满足强度条件和刚度条件
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15.2.3 管道的热伸长及其补偿
管道受热的自由伸长量
x t1 t2 L
m
管道的线膨胀系数，一般可取 计算管段两固定点间的距离， а＝15×10－6m m/(moC) 管道的最高使用温度，可取热媒的最高温度，℃ 管道安装时的温度，可取最冷月平均温度，℃
MPa
15.2.3 管道的热伸长及其补偿
波纹管补偿器的受力分析
轴向波纹管补偿器的最大补偿能力，依据产品样本确定 轴向波纹管补偿器的受力分析 波纹管补偿器的弹性力
Pt K X N
波纹管补偿器的轴向刚度， 波纹管补偿器的轴向位移， N/cm cm
套管补偿器的受力分析
套管补偿器的最大补偿能力，依据产品样本确定
f max
qL4 0.25iL 384EI
iEI L 4.6 3 q
m
44 管材的弹性模数， 管道断面惯性据， N/m m 考虑到供热管道的塑性条件，不允许有反坡的供热管道活
动支座间的最大允许间距：
iEI L 5 3 q
m
15.2.2 活动支座间距的确定
按刚度条件确定活动支座的允许间距
m
考虑供热管道的塑性条件，允许间距可按下式计算：
Lmax
15 w W q
m
15.2.2 活动支座间距的确定
按刚度条件确定活动支座的允许间距
根据对挠度的限制而确定活动支座的允许间距，对挠度的 限制分两种情况
大管径直埋热水管道壁厚的计算和选择
・
Ａ ２ｌ ・
第３ ５ 卷
第１ １ 期
煤 气 与 热 力
［ ］ —— 钢 材 的许 用应力 ， ＭＰ ａ 卵 —— 焊缝 修 正 系 数 ， 无缝钢管取 １ ． ０ ， 螺 旋
焊缝 钢 管取 ０ ． ９
常见 ， 同时供 热 管 道 管 径 也 不 断 增 大 ， 因此 《 规程 》 第５ ． ４ ． ４条 明确 规定 了公 称 直 径 大于 ５ ０ ０ ｍ ｍ 的管
道 壁厚 的计算 和选择 进 行探 讨 。应 选择 根 据 ３种 壁 厚 计 算公 式 （ 通 用 壁厚 计 算 式 、 基 于 刚度 的 ： 厚 计 算 式、 局部 屈 曲壁 厚计 算式 ） 计 算得 到 的壁 厚 的 最 大值 。基 于刚度 的 壁厚 计 算 式 、 局部屈 曲
： 厚计算式 中的壁厚应为工作管最小壁厚， 而非公称壁厚。 关键 词 ： 大管径 ； 直埋 热水 管道 ； 计 算 最 小壁厚 ； 公 称壁 厚 ； 径 向 变形量 中图分 类号 ：Ｔ Ｕ ９ ９ ５ ． ３ 文献 标 志码 ：Ｂ 文章 编号 ：１ ０ ０ ０— ４ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ５ ） １ １— ０ Ａ ２ １— ０ ４
第１ １ 期
； 年 １ １月
煤 气 与 热 力
ＧＡＳ ＆ Ｈ ＥＡＴ
Ｖｏ １ ． ３５ Ｎｏ． １１
Ｎ Ｏ Ｖ ．２ ０ １ ５
网・ 供冷管 网 ・ 热力站 ・
大 管径 直埋 热 水 管道 壁 厚 的计 算和 选择
郭 琼 ， 张 俊
（ １ ． 青 岛能 源设 计研 究院有 限公 司 ，山 东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ０ ０ ；２ ． 山 东三 维石 化 工程 股份 有 限公 司 ，山 东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ７ ３ ） 摘 要： 根 据 国内现行规 范 ， 对 大管 径直埋 热 水 管道 的强度 条件 、 稳 定条件 进行 阐述 ， 对 直埋
供热直埋热力管道固定墩设计
供热直埋热力管道固定墩设计1 管道对固定墩和固定支架的作用1.1 管道对固定墩、固定支架的作用力应包括下列三个力：1 管道热胀冷缩受到土壤约束产生的作用力；2 内压产生的不平衡力；3 活动端位移产生的作用力。
1.2 管道作用于固定墩、固定支架两侧作用力的合成应遵循下列原则：1 合成力应是其两侧管道单侧作用力的矢量和；2 根据两侧管段摩擦力下降造成的轴向力变化的差异，应按最不利情况进行合成；3 两侧管段由热胀受约束引起的作用力和活动端作用力的合力相互抵消时，荷载较小方向力应乘以0.8的抵消系数；4 当两侧管段均为锚固段时，抵消系数应取0.9；5 两侧内压不平衡力的抵消系数应取1.0。
1.3 固定墩、固定支架承受的推力可按本规程附录D 所列公式计算或采用计算不同摩擦力工况下两侧推力（考虑抵消系数）最大差值的方法确定。
1.4 当允许固定墩微量位移时，固定墩承受的推力减小值应按下列公式确定 ：1 一端为锚固段，另一端为过渡段：A E F l T ⨯⨯⨯'∆='min 2 （6.1.4-1）式中：T '——固定墩承受的推力减小值（kN ）；l '∆——固定墩微量位移量（m ），可取5mm ～20mm ； min F ——单位长度最小摩擦力（N/m ）； E ——钢材的弹性模量（MPa ）； A ——工作管管壁的横截面积（m 2）。
2 当两端均为过渡段A E F l T ⨯⨯⨯'∆='min 22 （6.1.4-2）2 固定墩结构2.1 固定墩应进行抗滑移和抗倾覆的稳定性验算（图6.2.1）。
1 抗滑移验算可按下式计算：T E f f f E K K a p s ++++⨯=321≥3.1 （6.2.1-1）式中：K ——抗滑移系数；s K ——被动土压力折减系数，无位移取0.8～0.9；小位移取0.4～0.7；p E ——被动土压力（N ）；a E ——主动土压力（N ）；f 1、f 2、f 3 ——固定墩底面、侧面及顶面与土壤的摩擦力（N ）；T ——固定墩承受的推力（N ）。
直埋热力管道应力计算
管道外径D(m)0.377管道壁厚d(m)0.007线性系数α(m/(m•K))0.0000122弹性模量E(Pa) 1.98E+11摩擦系数μ0.4工作温度t 1(℃)95安装温度t 2(℃)0泊松系数ν0.3增强系数n 1.3截面积A(m 2)0.0081326二次矩I(m 4)0.00098983管道重量g 管（N/m)706.3介质重量g 介（N/m)681保温厚度d 0(m)0.05土壤密度γ(N/m 3)17000设计压力P a (MPa) 1.6屈服点σs (MPa)235许用应力σ(MPa)130μγ(kg/m 3)D 0(m)g 管（N/m)g 介（N/m)D(m)d(m)0.4170000.477706.36810.3770.007H kp (m)g(kN)0.53 5.720.535.72t 1(℃)t 2(℃)E(Pa)α(m/(m•K))D(m)d(m)μ9501.98E+110.00001220.3770.0070.4L f (m)f(N)F(kN)32.7257.041866.2932.721866.2957.04t 1(℃)t 2(℃)E(Pa)α(m/(m•K))n σs (MPa)ν950 1.98E+110.00001221.32350.3σt (MPa)dT g (℃)dT(℃)43.09113.9895.0095.00113.9843.09t 1(℃)t 2(℃)E(Pa)α(m/(m•K))n σs (MPa)ν951.98E+110.00001221.32350.3管道稳定性计算摩擦长度(m)实际温差(℃)屈服温差(℃)环向应力(MPa)热屈服温差临界最小覆土深度临界最小覆土深度(m)管道上部重力之和(kN)管道特性值土壤横向压缩反力系数C(N/m 3)3500000请输入数据单位长摩擦力(kN/m)轴向推力(kN)摩擦长度土壤摩擦力计算管道过渡段长度计算管道过渡段长度计算管道热屈服温差计算α(m/(m•K))E(Pa)t 1(℃)t 2(℃)0.0000122 1.98E+11950γ(kg/m 3)17000P a (MPa)D(m)d(m)1.60.3770.007P a (MPa)D(m)d(m)μγ(kg/m 3)dT g (℃)1.60.3770.0070.417000113.98算过渡段：如图中的AB 段，当介质温度发生变化时，设置补偿器A 点处的管道处于自由伸缩状态，管道截面位置由A 点逐渐移向B 点，由于管道与周围土壤摩擦力f 作用，使得管道热伸长受阻，当B 点处的摩擦力增加到与温度胀力相等时，管道就能不再向有补偿器的A 点处伸长，而进入了自然锚固状态。
直埋热力管道固定支墩的优化设计
直埋热力管道固定支墩的优化设计摘要：介绍直埋热力管道固定支墩的受力、计算模型并给出不同推力下的肋型固定支墩尺寸参考表格，为工程设计提供了便利。
关键词：热力管道肋型固定支墩优化设计0 引言随着我国城市化的不断推进，能源的需求量越来越大。
新建供热管网以及提高能源利用率的供热并网工程越来越多。
无论热力管道是在综合管廊内敷设还是直埋，如何经济合理的设计好固定支墩，成为结构专业配合热力管线设计的主要任务。
1 结构验算综合管廊内的固定支墩受力简单，主要由固定墩与管廊底板固接来平衡管道的水平推力；直埋管道固定支墩主要由主动土压力、被动土压力、支墩与土的摩擦力来平衡管道的水平推力。
通过对直埋管道固定墩抗滑移和抗倾覆验算公式分析试算可知固定支墩与土的摩擦力为主要平衡管道的水平推力的抗力。
1）抗滑移验算可按下式计算：≥H ——管道中心至地面的距离（m）；H——土壤密度（kg/m3），可取1800；g——重力加速度（m/s2）；3）强度验算管道固定支墩的受弯、受剪、偏心受压以及受冲切均按照《混凝土结构设计规范》进行验算。
此外，还需根据《建筑地基基础设计规范》对地基承载力进行验算。
2 形式比选固定支墩与土的摩擦力为主要平衡管道热膨胀力的抗力。
则如何增大固定支墩与土的摩擦力为固定支墩设计的重点。
《热水管道直埋敷设图集》05R410中固定支墩是墙式支墩（如上图），它是通过加大固定支墩自身重力以提高摩擦力。
这种方式施工较为便利，但混凝土用量较大，经济性较差。
肋型支墩（如下图），用土体重量来加大支墩压重来提高基底的摩擦力。
从而减少自身的混凝土用量。
肋板对壁板起到加强作用，从而解决壁板抗弯的问题。
此种固定支墩会增加模板使用量等施工费用。
但总体经济性好于05R410图集中的墙式固定支墩。
故工程中推荐采用肋型固定支墩。
3 实际案例吉林省某供热管网工程中，由于管线路由距离建筑物较近，管道固定支墩尺寸及设置数量均受到限制。
且供热管线一供一回双管伴随敷设，共用同一支墩。
大直径直埋热水供热管道工程设计案例分析
大直径直埋热水供热管道工程设计案例分析摘要：现当今直埋敷设方式越来越广泛地应用于供热管道的敷设中，但《城镇直埋供热管道工程技术规程》对大直径直埋管道设计有一定的局限性，本文结合实际工程案例，对大直径直埋供热管道设计流程进行分析总结。
关键词：大直径直埋管道；设计流程；工程案例1.概述现代城市建设中，供热管道的敷设方式多用直埋敷设的方式，直埋敷设与传统的地沟敷设方式相比有占地少、施工周期短、维护量小、寿命长等诸多优点。
随着《城镇直埋供热管道工程技术规程》（以下简称规程）的发布，实际运用也越来越广泛。
但《规程》适用于供热介质温度不大于150℃。
公称直径不大于DN500mm的一体型预制保温管，随着直埋敷设技术的不断积累与发展，供热区域的不断扩大，近几年，大直径、高压力直埋管道越来越多的应用在工程实际中。
《规程》中适用于小直径管道的设计方法对大直径直埋管道设计有一定的局限性，例如《规程》中对于直管的受力设计只考虑了无限制塑性变形破坏、整体垂直失稳和循环塑性变形，而没有考虑局部失稳破坏。
而大直径、较高工作压力的管道在较高轴向压应力的作用下，可能会发生局部变形，使管道局部丧失稳定性，出现褶皱等现象，此时必须考虑管道的局部失稳破坏。
针对这一问题，本文结合《规程》和实际工程案例，对大直径直埋供热管道设计进行分析总结。
1.大直径热水直埋管道设计流程图1给出了大直径热水直埋管道的设计流程图。
1.大直径热水直埋管道设计工程设计实例1.工程案例本工程位于洛阳市新区拓展区，开拓大道DN800的热水主干管，供热介质为高温热水，设计压力为P=1.6MPa，设计温度为T=130/70℃，安装温差为120℃。
3.2水力计算（1）热负荷计算根据建筑类—节能建筑和非节能建筑，确定热指标，再根据建筑面积和热指标计算用户的热负荷，建筑面积包括现状面积和规划面积。
如采暖热负荷：Qh=qhAc·10-3图1热水直埋管道设计流程图图2 直埋管道敷设管网布置示意图（2）主干线管径的确定：1.主干线的流量计算（以热水为例）：Q：热负荷（kW）；C：4.2；t1: 供水温度（℃）；t2: 回水温度（℃）1.主干线比摩阻的确定：主干线比摩阻可采用30~70Pa/m。
直埋热力管道强度设计计算方法
直埋热力管道强度设计计算方法
杜爱华
【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》
【年(卷),期】1999(0)4
【摘要】通过工程实践,在分析影响直埋热力管道稳定因素的基础上,提出热力管网中管道强度计算方法以及管道末端的处理方法,指出直埋热力管道设计中,水力、热力、强度计算的重要性。
【总页数】5页(P61-65)
【关键词】热力管道;直埋管道;强度计算;稳定
【作者】杜爱华
【作者单位】廊坊市建筑设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TU995
【相关文献】
1.热力直埋敷设管道强度的计算与设计 [J], 付德志;卫清
2.直埋热力管道的强度设计计算 [J], 张立华;张书忱
3.直埋热力管道的强度设计计算 [J], 杜丽娟
4.直埋敷设热力管道强度设计理论及方法 [J], 范静伟
5.直埋敷设热力管道强度设计理论及方法 [J], 谷亚军
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直埋热力管道的强度设计计算
【摘要】本论文以管道直埋技能的概述为分析对象，并对直埋供热管道的效果及应力特色进行了阐述，结合该实际情况，对直埋热力管道的强度设计计算进行了探讨。
【关键词】直埋，热力管道，强度设计
一、前言
随着当今施工水平的不断提高，生产和生活中对施工过程以及施工质量的要求也日益渐高。
因此，积极采用科学的方法，不断完善直埋热力管道的强度设计计算就成为管道施工中十分紧迫的问题。
二、管道直埋技能的概述
管道直埋技能通常优于有沟埋敷，当前已运用于供热、输油等工程范畴。
关于这类疑问，经过数值办法处置，过于杂乱。
实践运用中假定保温层外表面温度均匀散布，这样就简化为单层域复连通疑问，该疑问已有解析解。
事实上，保温层外表面温度是不均匀散布的。
这些年在研讨保温层准静态热力损害以及管道强度和安稳性，剖析埋设区土壤的冻融状况和土壤的热物性改变等许多技能疑问都需求对直埋管道保温层及其土壤邻域的温度场和热流密度进行较精确的剖析，前述简化办法必定致使温度场核算欠精确，以致不能满意后继演算的需求。
三、直埋供热管道的效果及应力特色
所有使管道发生内力及应力的要素都称为效果(又称荷载)。
不一样类型的效果，使管道发生不一样性质的应力，进一步能够致使不一样办法的损坏。
温度和压力是热力管道上最主要的两种效果。
关于直埋管道，还有轴向位移发生的土壤轴向摩擦力和侧向位移发生的土壤侧向紧缩反力。
别的，在管道有些布局不连续处会发生应力会集，对应的应力称为峰值应力。
峰值应力不会致使明显的变形．但循环改变的峰值应力，也会构成钢管内部布局的损害，致使管道疲惫损坏。
因为土壤的均匀支撑，管道的自重没有发生自重弯曲应力，故通常忽略不计。
可是关于热网中常用的管道，其公称壁厚要远远大于该压力所需的规划壁厚，内压发生的实践应力也就远远小于管材的屈服应力。
相反，因为管道中热胀变形不能彻底开释，使管道发生了较大的轴向压力和压应力，其间轴向压应力能够与屈服应力处于同一数量级上。
因而，在直埋敷设热力管道中，内压的影响较小，管道发生爆裂的能够性很小，而温度的影响则较大，管道强度规划中应主要思考温度改变发生的循环塑性变形和疲惫损坏。
四、直埋热力管道的强度设计计算
1、直埋供热管道热力核算
直埋供热管道的敷设通常有两种办法:无抵偿办法及有抵偿办法。
无抵偿直埋供热管道敷设规划的理论基础是安定性剖析理论和弹塑性剖析理论。
实践证明，关于DN500mm以下，运用温度在150℃下的供热管道能够选用无抵偿敷设办法。
有抵偿直埋供热管道敷设分为有固定点和无固定点两种办法。
无固定点办法直埋管道敷设需求直管段长度小于两倍的两抵偿器间的最大距。
（一）、最大设备长度核算
直埋管道受热胀大伸长，因为外壳管与沙层之间的摩擦力束缚，因而在管道断面上发生了轴向应力。
在固定端处的轴向应力最大，在自在端处轴向应力为零。
（二）、管道纵向安稳最小埋设深度
直埋供热管道在运行时处于轴向紧缩状况，其安稳是靠上部的覆土来坚持。
因而，在直埋管道的上部要坚持必定的覆土深度。
因为其轴向力核算较为杂乱，通常工程上选用查表的办法。
2、直埋供热管道的规划关键
关于车间内直埋管道敷设，因为上面有地坪，覆土深度可适当削减。
别的，当直埋供热管道敷设已有不小于0.003的坡度，当其中止运行时，能够使管网凝结水(或冷凝水)经过自流扫除的情况下，覆土深度可在冻土深度以上。
关于北方酷寒区域，因为冻土深度较厚，假如供热管道直埋在冻土深度以下，开挖的土方量是很大的，规划时采纳以上办法可节约出资。
在车间内敷设时热抵偿器宜安置在地沟(弹性穴)内，上面设置活动盖板便于检修；在厂区敷设时热抵偿器宜安置在检查井内，但假如选用寿数次数大的直埋型波纹管抵偿器且选用焊接时，可直埋敷设。
直埋管道的最高点设放气阀，最低点设放水阀。
关于直埋蒸汽管道的敷设应每隔必定间隔设一个疏水设备。
放水阀和疏水设备安置于弹性穴或检查井内。
一起，弹性穴或检查井内应设有集水坑。
3、直埋供热管道保温布局
（一）、管中管预制保温管
保温资料选用硬质聚氨酯泡沫塑料，耐温性在120℃以下。
外套管是高密度聚乙烯管，适用温度规模是-60～120℃。
聚乙烯管具有较好的防水性，寿数较长。
导线，又称报警线，与报警显示器衔接，用于自动检测直埋供热管道是不是泄漏。
管中管预制保温管的标准为DN25～800mm，烟草行业通常用DN25～300mm的供热管道。
（二）、预制保温管
预制保温管由无缝钢管、导线、保温层、保护层4有些构成。
预制保温管保温层是硬质聚氨酯泡沫塑料，是一种热固性泡沫塑料，经过化学反应下构成很多
气孔，体积胀大几十倍。
（三）、复合保温管布局复合保温管布局保温层有内层岩棉成品或超细玻璃棉(或其他耐高温的保温资料)和外层的硬质聚氨酯泡沫塑料(或橡塑绝热资料)构成。
依据直埋供热管道运送的介质最高温度，可先选定外层预制定型标准的硬质聚氨酯泡沫塑料管壳，再核算出内层保温资料的厚度，取25～35mm厚即可。
保护层通常选用玻璃钢，因为此种保温布局能够现场制造，价格比预制保温布局低，适用规模广，可依据需求选用耐高温的保温资料。
4、直埋供热管道的安置和敷设
（一）、管材的挑选
埋地热力管道内压通常都很低，由内压致使的整体一次薄膜应力缺乏答应值的50％。
发生直接爆破损坏的能够性很小，损坏的最大能够是由温度应力致使的塑性疲惫损坏。
因而，在挑选管材时，应主要从抗疲惫功能来思考。
轴向温度应力与管壁横截面积的大小无关，添加壁厚并不能下降管壁内的轴向应力。
相反，它能够添加对固定墩的推力和过渡段的热伸长量。
因而，管壁应尽能够挑选较薄的标准。
在实践工程中有时因为供货条件的原因，同一直径的管子能够有两种以上的标准。
此刻，应留意避免不一样标准的管子混合运用。
（二）、管道的安置
直埋供热管道的安置应符合国家现行标准《城市热力网规划规范》的有关规则。
直埋供热管道穿越河底的覆土深度应依据水流冲刷条件和管道安稳性条件断定。
直埋供热管道上的阀门应能接受管道的轴向荷载，宜选用钢制阀门及焊接衔接。
直埋供热管道变径处(大小头)或壁厚改变处，应设抵偿器或固定墩，固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。
直埋供热管道的抵偿器，变径管等管件应选用焊接衔接。
（三）、管道的敷设
直埋供热管道的高处宜设放气阀，低处宜设放水阀。
管道应利用转角天然抵偿，可是10—60的弯头不宜用做天然抵偿。
从干管直接引出分支管时，在分支管上应设固定墩或轴向抵偿器或弯管抵偿器，并应符合下列规则：分支点至支线上固定墩的间隔不宜大干5m，分支点至轴向抵偿器或弯管的间隔不宜大于20m，分支点有干线轴向位移时，轴向位移量不宜大于50mm。
三通、弯头等应力对比会集的部位，应进行验算，验算不经过期可采纳设固定墩或抵偿器等保护办法。
当需求削减管道轴向力时，可采纳设置抵偿器或对管道进行预处置等办法。
当地基软硬不共同时，应对地基做过渡处置轴向抵偿器和管道轴线应共同，距抵偿器12m规模内管段不该有变坡和转角。
五、结束语
从实践出发对当前直埋热力管道施工中所遇到的问题以及措施等相关知识，进行了粗略的分析和研究。
综上分析，强度设计计算工作的主要任务是科学的方法，促进设计工作的开展。
参考文献
[1]王世军；无固定支座直埋供热管道设计计算[J]；区域供热；2008
[2]王乐；直埋敷设供热管道受力计算及计算软件开发研究[D]；长安大学；2008
[3]赵临东；集中供热工程中的直埋管道[J]；山西建筑；2003。