庭院聚乙烯燃氣管與溫泉管安全凈距分析

郭寶忠

一、前言

聚乙烯(PE)燃氣管道以其具有耐腐蝕(不需防腐)，柔韌性好(可蜿蜒敷設、抗震、抗沉降，具易繞過障礙物)施工簡單，安裝方便，使用壽命長等優良性能，正被全國各地燃氣公司廣泛使用。

福州市煤氣公司自1998年起，在城區燃氣管網敷設中開始大量采用聚乙烯燃氣管道。對于低壓、小管徑的庭院燃氣管則要求全部采用聚乙烯管敷設。設計、施工中我們嚴格遵照《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》(1)(CJJ63-95)及《城鎮燃氣設計規范》(2)(GB50028-93)要求進行設計，指導施工。幾年以來，我們發現相對于鋼管燃氣管道。聚乙烯燃氣管道在敷設過程中充分展現了其施工簡單、安裝方便的特點，大大提高了燃氣管道施工的速度。

但同時我們在執行CJJ63-95表23.2時碰到了困難。這其中主要問題是CJJ63-95中規定聚乙烯燃氣管道與溫度小于150°C的直埋供熱管道的水平凈距不應小于3.0米。

在實際的庭院管敷設中，我們發現要做到聚乙烯燃氣管與小區內溫泉管的水平凈距符合CJJ63-95中表2．3.2要求，難度相當大。為此本文將結合福州實際情況，分析庭院聚乙烯燃氣管與溫泉管水平安全凈距問題。

二、規程中熱力管與庭院溫泉管的差異

從《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》(CJJ63-95)中第2．3．2條的條文說明中我們了解到，聚乙烯燃氣管道與直埋供熱管之間水平凈距是根據供水管管徑D_N=630，水溫_T=150°C；回水管管徑D_N＝630，水溫_T=70°C，兩管中心距1．11米，管中心埋深1．7米的條件下，用《傳熱學》中源匯法經電子計算機導出的。可以看出條文內所述的供熱管顯然是指供熱干管。這與庭院溫泉管線的條件是有很大差異的。其表現為：首先庭院溫泉管線的管徑一般都不會很大，以D_N80,D_N100的居多；其次，庭院溫泉管所輸送的介質為地熱水地熱水溫度都不超過100°C，各地雖不相同，但相差不多，如福州市地熱水溫度為60°C～100°C，西安市地熱水溫度為70°C～97°C(3)。

而在實際應用中一般輸送到各小區庭院溫泉管內的地熱水水溫只要達到60°C～75°C，即可滿足要求，所以我們有必要根據庭院溫泉管的實際情況確定庭院溫泉管與聚乙烯燃氣管切實可行的水平安全距離。

三、庭院溫泉管對周圍土壤溫度的影響

我們知道對于埋地庭院溫泉管道，其熱量損失跟環境溫度與土壤的熱阻有著直接的關系。

根據福爾赫蓋伊默傳熱學理論公式(4)土壤的熱阻可以表示為：

根據分析需要，我們對(1)式進行簡化，由于庭院溫泉管敷設的溫泉管管徑以D_N80，D_N100居多，相對于庭院溫泉管的埋深則有H／dz<2而當H／dz≥2時，(1)式土壤熱阻公式可簡化為

那么對于無溝直埋敷設單根帶保溫層庭院溫泉管的熱損失可表示為

同樣的，對于庭院直埋溫泉管，其對周圍土壤的熱傳導，可視為圓筒壁熱傳導。則其導熱速率方

四、計算

以下我們結合福州地區環境氣候條件，及庭院溫泉管的具體作法分析在極端氣候條件下，庭院溫泉管周圍的土壤溫度情況并結合《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》CJJ63-95要求探討庭院聚乙烯燃氣管與溫泉管的水平安全凈距。

由于福州地區屬亞熱帶海洋性氣候，其年平均氣溫為20.1°C·21．°C，極端最高氣溫為41．7°C(6)，極端最低氣溫為3．8°C。而且福州地區地熱資源豐富，分布范圍廣泛，眾多小區庭院內敷設有庭院溫泉管線，庭院溫泉管線在福州多采用DN80、DNl00不銹鋼管敷設；外覆50毫米厚聚苯乙烯保溫層，庭院溫泉管埋深為1米，水溫60°C～75°C。

結合以上情況我們取T=75°C；DW=0.05米；DZ=0.1米；H=1.0米并查相關資料(5)得：

土壤導熱系數λ_T=0.6978～0.934w/(_M.℃)

我們取λ_T=0.9304_W/(_M.℃)

下面我們來分析福州地區極端氣溫情況下，庭院溫泉管周圍土壤溫度情況：

根據計算結果知，當極度端環境溫度為3.8℃時，庭院溫泉管保溫層外表面溫度_TB=8.9℃

經過以上計算可知，當極端環境溫度為41．7°C時，庭院溫泉管保溫層外表面溫度為44．1°C，離DNl00外覆50毫米厚保溫層溫泉管中心772毫米處土壤溫度為40℃。

五、結果分析

以上我們就福州極端的氣溫條件下，庭院溫泉管道周圍的土壤溫度情況進行簡單的分析，現結合福州市聚乙烯燃氣管道在庭院小區內敷設情況、管材選用及壓力級制分析確定庭院燃氣管與溫泉管安全凈距。

1、由于目前福州地區采用的聚乙烯燃氣管道是PE80級別，SDRll系列的聚乙烯管道，根據CJJ63-95中表2．1．4規定，該系列聚乙烯燃氣管道在工作壓為0．1MpA情況下，其允許工作溫度范圍為-20°C～40°C。

2、結合福州實際作法，我們知道無論是目前液化石油氣混空氣供氣，還是著眼于未來的天然氣供氣，庭院燃氣管道的工作壓力都只能小0．1M_pA，所有以SDRll系列聚乙烯管作庭院燃氣管是適宜的，安全的。

3、從以上計算分析看，在福州冬季的極端氣溫條件下，庭院溫泉管道的周圍土壤溫度不會出現不利于聚乙烯燃氣管道工作的環境溫度，即，<-20°C，而對于夏季的極端氣溫條件，只要距DNl00溫泉管外壁722毫米外就會出現有利于聚乙烯燃氣管道敷設的環境，即_T<40°C。

所以在實際應用中，綜合以上三點并與現行《城鎮燃氣設計規范》(GB50028-93)中表5．3．1—1中低壓燃氣管與熱水管水平凈距為1．0米口徑保持一致，我們確定在庭院聚乙烯燃氣管道施工中取聚乙烯燃氣管與庭院溫管泉的水平安全凈距為1米。

六、結語

聚乙烯燃氣管道應用近幾年在全國各地得到了快速的發展，作為一種高分子合成材料，聚乙烯對溫度是比較敏感的。《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》CJJ63-95中表2、3、2—1的規定也正是考慮到聚乙烯對溫度的敏感性做出的。但由于中國南北地區的氣候地理及具體供熱管線做法存在著很大的差異，造成聚乙烯燃氣管周圍的環境溫度有較大的不同。所以在具體的設計、施工中我們應結合本地區、本區域具體環境氣候條件，在工程計算可以接受范圍內，簡化計算方法，結合《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》CJJ63-95中表2．1．4規定具體分析、確定聚乙烯燃氣管與周圍熱力管道的水平安全凈距，以指導本地區聚乙烯燃氣管道的設計、施工。