维普资讯 http://www.cqvip.com 科 ——黑忍江——技信总 科ｆ苑ｆ论ｆ谈 直埋供热管道敷设方式的比较 姜世超・黄艳秋 朱广伟 （１、沈阳市热力工程设计研究院，辽宁沈阳１１００００ ２、阳光１００置业有限公司，辽宁沈阳１１００００ ３、辽宁省城乡建设规划设计院，辽宁沈阳ｌ１Ｏｏｏｏ） 摘要：通过对各种直埋管道方式的受力分析，衡量管道各种敷设方式的应力参数，从而得出理论上不同管道敷设方式的优缺点。对供热管道 直埋敷设具有一定的指导意义。 关键词：循环塑性变形；低循环疲劳破坏；高循环疲劳破坏；整体失稳；局部失稳；锚固段；滑动段 １引言 预热为管道平均应力为零时的温度，该温度 管段与一次性补偿器相对应的另一端； ￣ｃ２＝Ｅｘａｘ（Ｔ１－Ｔｄｐ）＋ＦＩ．ＪＡ； 供热管道直埋技术就是将预制的保温管道直 称为循环中间温度，以 ｒｍ表示。覆土后管道初运行，工作循环最低温度下的 Ｔｍ＝ＯＳｘ（ｔｌ＋ｌ２）；ｔ１一管道运行的设计供水温 接埋入地下，利用管道自身的机械强度及其附件 ℃；ｔ２一管道运行的设计回水温度，℃； ｎⅡ一循 最大拉应力： 来共同承受管道供热时产生的热应力的一项技 度，３．３２一次性补偿器处：Ｍｌ＝Ｅｘａｘ（Ｔｒｉｐ－－Ｔ２）； 术，目前供热管道存在多种的敷设方式。以下将通 环中间温度 ；过技术经济比较，对不同的敷设方式作一比照，得 ￣１２＝Ｅｘａｘ（Ｔｄｐ－－Ｔ２）－ＦＩ．ＪＡ； 出其优缺点。 管道内应力均布后，最大拉应力和最大压应 度，ｏＣ；Ｌｐｒ预热管道长度，ｍ； ２直埋管道破坏的方式 最大拉应力：Ｍｍａｘ＝－Ｅｘａｘ（ＴＩｎ－Ｔ２）； 由于管道预先有了预应力，使管道的最大热 力为：２１循环塑性变形；２．２低循环疲劳破坏； 高 最大压应力：￣ｃｍａｘ＝Ｅｘａｘ（Ｔ１－Ｔｍ）； 位移小于冷安装的首次热位移。 循环疲劳破坏；２４整体失稳；２５局部失稳。 预热管道的位移量０为：０＝ａｘ（Ｔｍ：－ｔｉ）ｘＬｐｒ； ｔｉ一预热管道的环境温度，℃； ｒｍ一预热温 管段与一次性补偿器相对应的另一端； 与冷安装相比，覆土预热安装和敞沟预热一 通过计算预热安装的锚固段的管道最大压应 ３直埋管道敷设方式的选择 样，管道的应力水平下降近一半，因此管壁的屈服 以热源供水温度为１３０℃，回水温度为７０ｑＥ； 力与最大温度变化之半成正比： 危险性降低了。与敞开式预热安装相比，其不需要 ｏ－＝０５ｘＡＩｘＥｘｏｔ 安装的环境温度为１０￣Ｃ，管道规格为￣１０２０ｘ１０ 敞沟和预热，减少了施工过程中的费用和施工的 ＝６０ｘ２ｏ（）００（】×Ｄ＿Ｄ０ｏＯ１２２＝１４６，４ＭＰａ 为例来探讨比较典型的管道的几种敷设方式： ３．１无补偿冷安装方式。无补偿冷安装方式是 最简单最经济的安装方式。管道在无补偿冷安装 预热安装管道受力及管道伸长情况示意见图２ 由（１）、（２）计算公式推导出：ｔｌ＝￣ｒ／（Ｅｘａ）＋ｔ０； 假定安装的环境温度为ＩＯ￣Ｃ， 取极限值，即 ３倍许用应力值，许用应力按照１２５ＭＰａ计算。则 供热管道的最高工作温度为１４３．６℃；而此时管道 的最大压应力为： 图３ 方式下，其受力及管道伸长情况示意（见图１）。 计算实例中管道锚固段轴向热应力为： ｏｒ－△ｔ＝ｘＥｘｏ￣ ＝＝（１３０－１０）ｘ２ＯＯＯＯＯｘＯ．Ｏ０００１２２ ２９２．８ＭＰａ； （１） ｏ－＝０５ｘＡｔｘＥｘｏ￣ ：７１５ ｏ０Ｏ００×ｏ－伽０ｏ１２２＝１７４５ＭＰａ 管道局部屈服的轴向临界应力： ￣ｒｅｒ－－０．０６２５ｘＥｘｇｎ／Ｒｍ＝２４５ＭＰａ （２） ４采用补偿器、补偿弯和固定墩的敷设方式 管道受力情况示意见图４。 广— —＿１—— 所以敞沟预热方式对大管径或小管径的供热 式中。一轴向热应力，ＭＰａ；￣ｒｅｒ－－管道局部屈 管道普遍适用。同时为满足管道局部不失稳的情 ｏ－＝０．０６２５ｘＥｘ￣／Ｒｍ，所以 服的轴向临界应力，ＭＰａ；△ｒ－管道运行的最高温 况下需校合管道的壁厚：００７１８ｍ，得出，预热安装时管道的 度（ｔ１）与安装温度之差（１ｏ），℃；Ｅ一钢管的弹性模 Ｒｍ＜７１８即８＞０．量，ＭＰａ；Ｑ一钢材的线膨胀系数，ｍ／ｍ．ｃ；８ｎ－－钢管 壁厚也比冷安装的要求较低。 实际壁厚，ｍｍ；ＲｌＩｒ圆筒的平均半径，ｔｉｒｍ； 由计算得，管道的轴向热应力小于３倍许用 应力值，但是大于管道的局部屈服轴向临界应力， 所以不能满足局部屈服的条件。因此无补偿冷安 装方式由于管壁局部屈服的危险限定了冷安装的 温度上限，只有在低于一定温度条件下采用冷安 ＿｛。———．｛———斗 图４ 装才是安全的。由（１）、（２）计算公式推导出： ｔ１＝ｔｒ／（Ｅｘａ）＋ｔＯ＝ｏ＇ｅｒ／（Ｅｘａ）＋ｔＯ＝ｌ １Ｏ℃ 由此可知在此条件下管道的最高运行温度为 １１Ｏ℃。同时为满足管道局部不失稳的情况下需校 合管道的壁厚：￣ｒｅｒ＝０，０６２５ｘＥｘＳｎ／Ｒｍ，所以Ｒｍ＜ ４０，１８ｎ即８ｎ＞１２．７ｍｍ，由此得出无补偿冷安装对于 大管径的管道壁厚要求较高。 ｌ Ｉ ｉ预热无补偿管道达到最高戤受力分析示意图 由于增加了固定墩和补偿器，管道的热胀变 形在热态的时候得到了充分的释放，使得整个管 段完全处于滑动状态。因此管道的应力降到最低， 管壁的局部屈服的危险也最小。同时使得工程的 投资相应的增加。但是为减少工程的投资，也可以 将供热管道的供回水管道采取不同的敷设方式， 确保工程的设计方案在技术经济方面安全、合理。 ５结论 以上通过对影响管道温度应力的因素分析， 对各种敷设方式在参数上作了比较。对于其优缺 点列表如下： 预热无补偿管道运行热伸长示意图 ｒｌｌ … ｆ图２ ＿－ ｔ－：：。－－￣１１／／１１ ＊－－’・：：： ：：：＾ ・ －－一：： ： “ 无补偿冷安装管道运行时的受力示意图 ３３采用一次性补偿器覆土后预热。管道受力 情况示意见图３。 Ｔｄ Ⅱ ｃｘＦ／（２×＾×Ｆｍ）／１Ｏｏ０ｏ０ｏ ｉ ：： ：：；。 ：：嚣。 ：：：：盏： 。。。一 。。 。’。 ：器敬 ‘： ：嚣 Ｉ＿￣＿－Ｅ，＾Ｅ”“ Ｔｄｐ＿计算管道的预热温度；ＴＨｒ循环中间温 度，℃；【 一一次性补偿器到固定点或驻点的距离， 图１无补偿冷安装管道运行时的热伸长示意图 通过上表比较可得不同安装方式的优缺点的 即管道的分段长度，℃；卜土壤对管道的摩擦力 大致比较。在满足冷安装的条件下应积极的采用 ３．２敞沟预热安装方式，敞沟预热方式可以节 （Ｎ／ｍ）；Ａ—钢管管壁的横截面积（ ）；覆土后管道 冷安装方式，但是从管道运行安全的角度考虑，认 省预热管段的补偿器和固定顿，从而减少工程的 初运行，工作循环最高温度下的最大压应力： 为对于大管径、大温差的管道应采用预热的方式 造价。 ３３ ｌ一次性补偿器处：￣ｃｌ＝Ｅｘｃｏ＜（ＴＩ－Ｔｄｐ）； 及有补偿的方式进行敷设。 责任编辑：李墨洋 一１２—
