简述直埋供热管道在施工设计上的问题与解决方案

简述直埋供热管道在施工设计上的问题与解决方案

文章主要对直埋的供热管道进行了施工以及设计上的理论分析，首先对管道系统的荷载进行了分析，其次对直埋管道的破坏预防上的设计方式方法进行了探讨，最后对管道的铺设和布置的原则进行了分析。

标签：供热管道；直埋；设计；施工

在我国传统的供热管道的铺设方式主要是地沟铺设，这种方式占地面积大并且工期长，后期的维护费用大，成本高且寿命长。直埋式的铺设方式在我国目前成为了推荐的铺设方法，其占地小、周期短。维护简单、投资小并且寿命长，这些特点都满足了城市建设需求，因此在我国开始被广泛的适用开来。

1 设计方法

1.1 供热管道的直埋方式的作用和所受应力的特点

管道在铺设后会受到各种内力以及外力的作用，这种力的作用就叫做荷载。作用不同，在管道上产生的应力也就不同，就会导致管道上出现不同方式和程度的进一步破坏。温度以及压力为日常作用在热力管道的两种常见作用。而对于直埋式的管道来说，在轴向上会产生位移，而位移则会在管道和土壤之间产生摩擦力，并且位置移动就会对土壤做功，而土壤就会对管道形成一个反向的压缩力。此外，管道的结构并非全是连续的，应力一般都会在不连续出出现集中，这种应力的对应就是应力峰值。这种峰值应力一般都会对钢管的内部造成损伤，虽然不会在外形上引起很明显的变化，但是峰值应力是一种循环变化的应力，因此对管道的损坏是疲劳破坏。一般的峰值应力产生在三通处或者是弯头处。对于直埋式的管道而言，土壤对于管道的支撑是均匀支撑，因此管道的自重不会使得管道发生弯曲变形，所以这一点可以忽略不计。目前热网中常用的管道在结构特点上都是具有较厚的侧壁，这种设计使得公称壁的厚度是大于该压力下所需要的厚度。因此，内压力对于管道所能承受的屈服力就远远的小于。但是管道中由于管道受热膨胀会使得这种变形无法得到释放，从而在管道的轴向会产生压力以及压应力，并且，通过测量，屈服应力会痛轴向的压应力在同一数量级。

1.2 如何在设计上预防管道的破坏

1.2.1 对循环塑性破坏预防的设计方法

管道在工作时由于温度出现高低变化，在最高以及最低的变化过程中会造成循环应力的出现，这种循环的出现会对管道造成塑性破坏。但是，管道的锚固状态以及滑动状态，其安装温度对其应力变化不会造成影响，因此，冷安装在循环温度的塑性破坏上面预应力安装不能解决任何问题。当循环的安定性条件在塑性破坏上不能够得到循环生产的满足时，锚固态的管道可以被云寻，这段直管在无补偿安装上面可以包括冷安装方式。否则，对于该段管道应当对其增设补偿装置，

其管道上的应力变化就可以通过调整补偿设备进行检举的设置，使其不能产生塑性破坏，于是，就可以说该管段的方式为有补偿安装。

1.2.2 整体失稳的防止办法

对于直埋式的供热管道进行设计的时候，循環的塑性破坏是管道设计需要进行主要考虑的核心内容，但是，管道的稳定性也是设计的必要条件。管道会出现失稳状态而产生破坏的主要原因实际上就是在管道的运行中，温度从安装温度被提升到了循环的最高温度，这时候升温造成的轴向压力就是稳态被破坏的主要原因。对于锚固式的直管来说，若是稳定性要求负荷条件，可以通过无补偿的冷安装。但是这种情况下供水的温度需要低于130摄氏度、管径应当在DN500以下，才能够对管网的稳定性进行保证。由于管网一般都能够对上述条件予以满足，因此，直管段角度的强度上，用无补偿的冷安装是可以的。但是三通处、弯头以及这叫和大小头以及阀门等是观望中较为薄弱的部位，在这些部位也是对固定墩的推力进行减小的部位，因此根据需要应当安装补偿装置。而在预应力的安装方式上，稳定性问题往往只能通过加覆土深以及对补偿装置的稳定性问题予以解决的办法，这样较为经济一些，因此通过这种方式进行安装的情况越来越少。

2 施工方法

2.1 安装

对于供热管道而言，其发生的热应力会通过膨胀变形而释放，但是这样的释放方式是不能完全对应力进行消除的，所以，在安装的时候需要考虑必要的方式去对管道内的热应力进行释放，这就可以通过安装方式进行调整，首先，是对于膨胀出现的变形量的改变，通过这种大小的改变以及形变对于热应力的释放，相应的对应力水平进行调整。在这方面上，零应力同变形量都和温度有关，温度在零应力状态下的提高会对变形产生直接降低的影响。

2.1.1 无补偿的冷安装方式

无补偿的冷安装是在供热管道的安装中经常会遇到的问题，在回填处理的时候，对于预应力不进行补偿和处理，管道一般都会在温度出现变化是保持锚固的形态。这种方式是最经济以及最简单的安装方式，但是其会承受很大的管道应立，这是运行工况中无法避免的。因此，采用这种方式对管道进行安装的前提是强度条件可以得到满足。

2.1.2 有补偿的安装方式

所谓的补偿就是通过弯管补偿器等设备对管道的形变以及应力产生的不利影响进行补偿消除，管道在补偿装置附近的管段会处于欢动状态。无论是弯管式的补偿器还是波纹管式的补偿器的安装都会对管道的施工项目增加投资量，而且在波纹管式的补偿装置中国，必须要添加一些事故点。所以，对于整个管网的设计和施工，有补偿式的安装方法只能够在局部进行设计施行，这样是出于经济和

安全性的考虑。

2.1.3 预应力的安装方式

在预应力的基础上进行安装本质上就是通过对安装温度的改变，以改变管道的环境，使得管道在安装时的温度和预热时的温度相等，此时管道的应力就可以为零了。预应力的产生是在管道的温度与环境温度相等时出现的效果。预热以及一次性补偿器都是对预应力安装实现的办法，首先，预应力效果是在回填前进行，加热后直接回填就会使得管道上直接出现预应力的效果。在使用这种方式的时候，预热的热源应当予以保障，并且管沟需要敞口，这个需要现场的条件予以允许。其次，是使用一次性的补偿设备，这种方式下，管道安装之后就可以回填。并且在补偿段补偿器的焊接是在首次加热后管段膨胀到了自由变形量后劲性的。温度变化多次后，应力可以均匀的分布，这时候预应力的效果就可以达到了。采用一次性补偿器的方式，不需要预热热源，并且只需补偿器附近的管沟敞口，但是增加了一次性补偿器的费用。

2.2 直埋供热管道的布置和敷设

2.2.1 管材的选择

埋地热力管道内压一般都很低，由内压引起的总体一次薄膜应力不足允许值的50%。发生直接爆破破坏的可能性很小，破坏的最大可能是由温度应力引起的塑性疲劳破坏。

2.2.2 管道的布置

直埋供热管道穿越河底的覆土深度应根据水流冲刷条件和管道稳定性条件确定。直埋供热管道上的阀门应能承受管道的轴向荷载，宜采用钢制阀门及焊接连接。直埋供热管道变径处（大小头）或壁厚变化处，应设补偿器或固定墩，固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。直埋供热管道的补偿器，变径管等管件应采用焊接连接。

2.2 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。管道应利用转角自然补偿，分支点至轴向补偿器或弯管的距离不宜大于20 m，分支点有干线轴向位移时，轴向位移量不宜大于50mm。

3 结束语

在我国传统的供热管道的铺设方式主要是地沟铺设，这种方式占地面积达并且工期长，后期的维护费用大，成本高且寿命长。直埋式的铺设方式在我国目前成为了推荐的铺设方法，其占地小、周期短。维护简单、投资小并且寿命长，这些特点都满足了城市建设需求，因此适合在我国使用。