鹤壁市淇滨热力有限公司 河南 鹤壁 458030
摘要：供热管道无补偿直埋敷设的方式和传统的有补偿敷设相比较，无补偿敷设大大地减少了固定支架和补偿器的数量，同时冷安装的施工方式也减短了施工周期，在运行中减少了管网的漏点，在我国供热行业中具有十分重要的意义。
关键词:供热管道；无补偿；直埋敷设
1无补偿直埋供热管道敷设的计算与设计
1.1管材分析
应用在供热管道上的管材多为低碳钢Q235。我们首先就要了解低碳钢Q235的材料特性。伸长率δ<5%的材料为脆性材料，伸长率δ>5%的材料为塑性材料。Q235塑性伸长率可达20%～30%（一般取26%），断面收缩率Ψ≈60%。由此可见Q235钢是一种塑性较好的一种材料，从Q235钢拉应力性能曲线上来分析它在不同应力阶段的变化情况。（1）弹性阶段。OA为弹性变形阶段，σp为比例极限，拉应力与变形保持正比例关系，Q235钢的比例极限σp=200MPa，σe为弹性极限（AB段）δ与ε间的关系不再成正比，但变形仍是弹性的。A与B非常接近，在工程不对弹性极限和比例极限并不严格区分。（2）屈服阶段。屈服：当应力超过B点到达C点后，应力σ呈现幅度不大的波动而变形却急剧地增长，这种现象称为屈服。C点为屈服高限，D1为屈服低限，通常将屈服低限称为屈服极限，Q235钢的屈服极限σs=235MPa。（3）强化阶段。强化：经屈服后，材料又增强了抵抗变形的能力，这时要使材料继续变形，就需要增大拉力，这种现象称为强化。D1D段为强化阶段。Q235钢的强化极限σb=375MPa。（4）局部变形阶段。从D开始，杆件某一局部横截面急剧收缩，出现颈缩现象，到E点时被拉断。
1.2管道设计要求
（1）针对市区地下敷设的管道易产生折角的现象，在管道布置中将大折角分解为几个小角度折角进行敷设。对于相距较近的折角，由于将其分解为小折角会很困难，则采用大弯曲半径的弯管来代替大折角，从而避免了折角处有预应力集中而产生低循环疲劳破坏或局部失稳破坏。（2）使用大弯曲半径的弯头，所有直埋管道大口径弯头的弯曲半径不小于2.5倍公称直径。弯头的壁厚比相同管径的钢管壁厚多2mm。（3）焊接及检验要求。现场焊接应保证焊透，管径大于或等于DN400的钢管及管件焊接应采用氩弧焊打底，并采用双面焊。
1.3应力计算与分析
通过该计算可以判断出管道所受应力是否在承受的许可范围内，一般超过弹性应力极限时，管道会产生不可恢复的形变；达到屈服极限时，管道会出现破裂等问题，因此，对其进行压应力计算与校核是非常必要的。一般，由温度升降带来的压力是热应力转变成压应力的，属于二次应力，该应力达到材料的屈服强度时，会使管道发生微弱形变，重新处于受力平衡状态，不会继续发生变形破坏管道。因为，二次应力具有一定的自限能力，所以，一般不会造成管道材料发生大的变形。
不过，在日常敷设安装中，常常采用预先对管道进行加热的方法来尽力减弱这种温度应力造成的管道形变。对管道进行预先加热，可是管道在热力作用下发生弹性伸长或膨胀，随后对其进行敷设填土；随着预热温度的逐渐流失，管道材料发生的弹性伸长或膨胀会有复原的趋势，此时，土壤和管道间的摩擦作用会阻碍这一进程，使其不至于发生大的形变；另外，当管道中热介质流入时，也不会因为热应力发生较大的形变，致使材料破坏。
2设计无补偿直埋供热管道时应注意的问题
无补偿直埋供热管道一般采用钢管材料，可以满足使用强度和使用环境的要求。除此之外，该管道仍然要注意一些其他问题。
（1）管道保温材料的选择。管道要满足供热需求，必须进行保温处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆针对无补偿直埋供热管道，一定要采用聚氨酯才能满足保温目标，实现持续供热。而且，必要时为了实现保温层与管道间的粘结力要求，常采用发泡处理，使保温材料均匀分散在管道周围。
（2）阀件的安装。直埋管道中尽量不要安装阀件，这样会造成管道寿命间断，介质运行阻力增大等缺陷，即使必须安装阀件时，也要和伸缩器放在一起，以防出现故障后的及时维护和修理。
（3）管道混合敷设情况。如果是直埋供热管道与一些地沟敷设和架空敷设混合使用时，尽量采用固定墩进行固定，并将其安装在直埋管道距离地面2 m深的位置。如果在直埋敷设的支管敷设中遇到一些非直埋敷设的管道，要实现其完好连接，必须在支管与主管接近的位置预留地沟，可以预防主管与支管间焊接处的断裂，实现主管的伸缩变化，并满足支管的横向摆动要求。
（4）固定墩结构的设计。一般根据反推力负荷来对固定墩进行计算和设计，但是这个过程的干扰因素较多，计算和设计并不一定精确、符合实际需求。在设计时，要考虑选材、连接工艺以及位置选择等方面。
（5）双管平行直埋时的注意要点。双管平行直埋时，尽量采用斜向排布，来减少支管较多时的应力问题，保护焊接缝口。
3直埋管网安装方式
3.1无补偿冷安装
无补偿冷安装是指供热管道的整体焊接温度等于沟槽回填时的温度，即管线焊接和沟槽回填等安装过程都是在正常的环境温度下进行的。管道应力验算采用分类法和安定性分析理论，设计中考虑各种载荷条件可能的组合，将应力根据其起因、来源、作用范围、性质和危害程度不同进行分类，采用不同的强度验算条件。按照以上方法设计的直埋热水管道，直管段通常可以不设补偿装置且不必预热，管道焊接和沟槽回填等安装过程都在冷态条件下进行。在冷态的环境温度下管道处于零应力状态，在运行工况下热应力增大，但应力变化范围始终控制在允许值之内。该设计方法在热水管道直埋敷设中可以发挥明显优势，利用温度应力具有自限性的特点，充分发挥管材的承载能力。
3.2预应力方式
（1）敞开式预热安装。在覆土前，管道可以进行敞开式预热。由于没有土壤摩擦力，管道的热胀变形可以提前释放，预热温度为管段内平均应力为零时的温度。管道被加热到预热温度时覆土后再冷却，使管道达到一定的平均应力水平。在首次运行加热移动后，其管端的位移与冷安装的位移大致相同，但避免了冷安装在首次移动时的较大位移。（2）设置一次性补偿器覆土后预热。这种方法是在管道的直段部分，按计算的间距分段安装一次性补偿器，并仅在补偿器附近的沟槽处敞口，其余沟槽回填。一次性补偿器的补偿量在预热前调整为设计值，当管道首次加热使补偿器的伸长量到位后将一次性补偿器焊接为整体，管道的热胀变形得到了提前释放。由于土壤摩擦力的作用，在两个一次性补偿器之间的局部应力，将高于补偿器处的应力，然而，由于系统温度的变化，在多次变化以后，应力将均匀一致。
4 供热管道无补偿直埋的经济效益
供热管道的直埋敷设可以节省工程材料，降低施工难度，同时可以延长管道的使用时间，具有节能降耗、节约成本的优点。目前，该技术已经在我国各地区得到推广使用，具有良好的应用前景。供热管道无补偿直埋敷设具有施工周期短、施工工程量小、保温效果优以及投入资金少等优点，具有相当可观的经济效益，满足新时代绿色建设的要求。相对于其他的地沟敷设或者架空敷设，该敷设对其他工程的施工干扰较小，而且难度较低，是比较实用的敷设方式。此外，该敷设管道的使用年限也较长，在使用期间无需进行维修监护，大大节省了维修成本。
结束语
供热管道的直埋敷设技术是随着新中国起步的一项新技术，在长达半个多世纪的发展历程中，无补偿直埋敷设技术逐渐被开发并得到了推广使用，相信该技术会以优良的保温能力、较高的经济效益以及便捷的敷设方式在未来得到更好的发展。
参考文献
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[2]王钢，郑斌，张黎.大管径直埋供热管道设计方法初探[J].区域供热，2000，（3）
[3]何聪，赵玉军，李祥瑞.无补偿预热直埋敷设方式的探讨[J].煤气与热力，2002，（5）
论文作者:田怡源
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/29
标签：管道论文; 应力论文; 材料论文; 温度论文; 极限论文; 沟槽论文; 弹性论文; 《防护工程》2017年第27期论文;