直埋热水供热管道敷设方式的探讨

直埋热水供热管道敷设方式的探讨

2009-11-23张兆侠

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摘要：介绍了直埋热水供热管道敷设方式的种类及特点，结合工程实例分析了直埋热水供热管道敷设方式的选择和设计中具体问题的解决方法。

关键词：直埋热水供热管道；敷设方式；固定支座

Discussion on Installation Modes of Directly Buried Hot Water Heating Pipeli

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ZHANG Zhao-xia

Abstract：The categories and characteristics of installation modes of directly buried hot water heating pipeline are introduced. The selection of installation modes of directly buried hot water heating pipeline and the solutions of concrete problems i n the design are analyzed with an engineering example.

Key words：directly buried hot water heating pipeline；installation mode；fixing s uppon

1 直埋敷设方式及特点

①方式1

有补偿敷设，需设置固定支座、补偿器，供热管道的轴向应力低，是比较成熟的敷设方式。缺点是增加补偿器、检查室、固定支座的造价。

②方式2

无补偿冷安装，安装简单，当应力过大时可在管道局部设置少量补偿器和固定支座，施工期短。缺点是轴向应力大，管道局部应力集中易产生疲劳破坏。

③方式3

预热安装，轴向应力水平较低，不设补偿器。缺点是：预热时不能进行沟槽回填，施工期长；对于大管径管道，预热完毕后管道内热水排放比较困难；管道预热时要有临时热源。

④方式4

一次性补偿器覆土预热安装，轴向应力水平低，预热前可回填部分沟槽。管道需要设置补偿器，预热安装后与管道形成一体。存在管道预热水排放及临时热源问题。

2 工程实例1

2.1 工程概况

2006年北京市顺义区城南供热中心的燕京街供热工程，供热介质供、回水温度为120、70℃，工作压力为1.6MPa，供热半径为1488m。工程量为DN 700mm的管道长1989m，规格为DN 600mm的管道长368m，规格为DN 450mm的管道长131m。管道沿燕京街道路北侧人行道内直线布置。

2.2 敷设方式选择

标准[1]的涉及范围限定在供热介质温度小于150℃、钢质内管公称管径≤500mm的热水供热管道，对大于DN 500mm的供热管道尚无严格的设计规范。目前，不少设计单位对大于DN 500mm的供热管道采用了直埋敷设方式[2]，积累了一定的经验。鉴于直埋敷设的优势，以及该工程供热管道只需穿越个别道路的局部，其他施工地处于可开挖地段，因此决定选用直埋敷设方式。由于无补偿冷安装只需设置少量的补偿器和固定支座，施工期短，工程造价低，因此本工程也考虑无补偿冷安装的可行性。

无补偿直埋热力管段应力验算分为弹性分析法、弹塑性分析法。弹性分析法只允许热力管道在弹性状态下工作，不允许出现塑性变形；弹塑性分析法认为只有出现循环塑性变形热力管道才会发生破坏，允许热力管道在运行中发生有限的塑性变形。

①弹性分析法强度验算

式中σt,e——采用弹性分析法强度验算时管道内压引起的环向应力，MPa

σax——内压和温升引起的总轴向应力，MPa

σall,d——钢材在计算温度下的基本许用应力，MPa

υ——泊松数

αt——钢材线膨胀系数，K-1

E——钢材弹性模量，MPa

t1——供热管道工作循环最高温度，℃，取120℃

t0——供热管道计算安装温度，℃，取-5℃

p n——供热管道工作压力，MPa

D i——预制直埋保温管道钢管内径，m

D o——预制直埋保温管道钢管外径，m

②弹塑性分析法强度验算

式中σt,p——采用弹塑性分析法强度验算时管道内压引起的环向应力，MPa

t2——供热管工作循环最低温度，℃，取10℃

δ——预制直埋保温管道钢管公称壁厚，in

由以上计算式，经试算可得到计算控制最大温差[3]。采用弹性分析法、弹塑性分析法计算得到的计算控制最大温差见表1、2。由表1、2可知，采用弹性分析法时，D720×9管道的计算控制最大温差为59℃，而该工程计算温差超过该值，因此不允许采用无补偿冷安装。采用弹塑性分析法时，D720×9管道的计算控制最大温差为1 32.4℃，可以选用无补偿冷安装。但由于弹塑性分析法采用了相当高的许用应力，增加了三通、弯头、分支、阀门等处由于应力集中产生局部破坏的危险，且大型热网在施工和运行中存在一些不可预见因素，以及市政一级供热管网属于高温水系统，供热覆盖面积大，热应力大。因此，笔者认为该工程不宜采用无补偿冷安装。

为了保证热网运行安全，该工程可选择轴向应力较小的有补偿直埋敷设方式、预热安装敷设方式。但由于预热安装要求敞槽预热，且该工程管线较长，势必延长施工期，加之附近没有合适的临时热源以及预热后管道内热水无处排放等原因，该工程不宜采用预热安装。最终决定采用技术比较成熟的有补偿直埋敷设方式。

2.3 设计中具体问题的解决方法

有补偿直埋敷设方式相对于其他直埋敷设方式的主要缺点是固定支座、补偿器及检查室的设置增加了工程造价，因此在符合现行标准的前提下尽量减少固定支座、补偿器的设置。

采用直埋敷设时土壤与供热管道摩擦力比较大，造成固定支座所受推力比管沟敷设大很多，设计中如不采取措施会使供热管道局部应力过大，给供热管道的安全运行带来隐患。固定支座所受推力大易导致固定支座的体积过大，对其他市政管道的施工造成一定的影响，且当管道局部埋设较深时，在施工中会出现大量的地下水，影响工程进度。

供热管道单位长度摩擦力F l的计算式为[1]：