城市直埋式供熱管道安裝技術及可靠性驗算

李廷武 李廷華

摘 要：當前，隨著我國的科學技術不斷的成熟化，使得建筑領域的各個施工環節技術得到了一定的進步，在城市建設發展中，技術得到一定的提高，這樣才能夠保證城市建設的工程完成。在城市房屋建設當中，供熱管道安裝起著一個關鍵性的位置，房建工程質量的完成，也就代表供熱管道的安裝順利完成。因此，安裝直埋供熱管道時，相關人員則要重視其對其安裝的方式方法，保證質量，進一步提高房建工程質量的完善。

關鍵詞：直埋式供熱管道;無補償冷安裝;可靠性驗算

1 ?直埋供熱管道基本分類及介紹

1.1按是否產生熱位移分

因為安裝供熱管道后，隨著時間的發展變化，管道和土壤之間有一定的摩擦反作用力，由于直線段的安裝延長時間較長，管道內的熱度會發生局部管段熱度的位移。對于直埋供熱管道有無產生熱位移，需要按照這兩種狀態分析，分別是錨固段和過渡段。錨固段管道溫度有變化時，其應力會有變化，但熱位移沒有得到改變;過渡段管道溫度出現變化時，應力及其熱位移都有發生變化。過渡段的最長長度，與土壤的摩擦力以及安裝的技術有著一定的關系。

1.2按是否熱補償分

在直埋供熱管道當中，有無采取熱補償，還需要從有補償和無補償的管道上進行分析。在有補償直埋敷設當中，需要借助補償器來吸收熱位移來將直管段中的溫度應力進行消除，將管道中產生的熱膨脹數量轉移到補償器當中，通過一定的擠壓轉換后進行管道的熱膨脹。無補償直埋敷設時，需要借助管道材質自身的因素來進行熱應力的吸收，所進行的應力驗算有一定的難度性，但同樣的是能夠將管道上的補償器以及支架的數量進行一定減少。

2 ?供熱管道直埋無補償敷設技術

2.1冷安裝

在使用冷安裝技術的過程中，對管道的焊接以及溝槽回填的過程中，溫度需要控制在恒溫的狀態下進行，在這一過程中，管道沒有產生應力。在此運行過程中，管道溫度上升與其應力指數存在正相關，管道因外部熱應力影響，其供熱管道有熱伸長出現，通過冷安裝技術進行一定的敷設后，將其溫度升高進行一定的控制，消除溫度而產生的變化。

2.2預應力安裝

通常情況下，所應用的預應力安裝技術有這兩方面的預熱形式，分別是敞溝預熱、一次性補償器預熱，兩種形式均在管道預熱完成后，溫度達到規定的標準后進行焊接。在管道溫度有降低，與環境溫度保持一致后，其管段處于一個拉應力的狀態。一般在日常工作條件下，管道的溫度變化逐漸達到預熱溫度時，熱應力可以進行消除，使得工作溫度狀態下的管道熱應力得以減少。但其差別在于，敞溝安裝熱膨脹需要在回填工作前期進行焊接，焊接時則會出現均勻的預應力;一次性補償器安裝是進行回填后，將熱膨脹量釋放。某段管道的一次性補償器熱膨脹量到達一定的焊接條件下，各個段的焊接管道預應力保持均勻。

3 ?直埋式供熱管道的工程可靠性復核驗算

3.1直埋式供熱管道失效類型

（1）強度失效。集中是指由于局部應力集中導致管壁應力超過管道抗裂極限，使得管道的任意位置發生局部強度破壞。塑性流動是一種最容易受到破壞的鋼鐵管道壁的應力達到屈服極限時的臨界狀態，墻上開始出現塑性變形和塑性流動特征開始出現，穩定增長的壓力，塑性變形特征進一步加劇，井壁進入應力強化階段，隨時面臨井噴風險。

（2）穩定性失效。根據破壞位置的不同，穩定性破壞可分為局部破壞和全局破壞。以整個管道為參考對象，管道在自重和覆蓋層壓力耦合作用下軸向應力較大，可以等效為長細管道。在軸向壓力條件下，長細管易發生壓桿失穩。局部管壁可等效為薄殼。在局部壓應力和軸向應力的耦合作用下，管壁容易發生褶皺和變形，從而引起局部失穩。

3.2直埋式供熱管道可靠性驗算

以某城市集中供熱某段無補償冷安裝直埋式供熱管道工程可靠性進行理論復核驗算。

（1）選取DN500和DN600兩種型號管道壁厚作為直埋供熱管道的可靠性驗算指標，按照供熱管道壁厚合理值公式計算：

式中：δ—供熱管道壁厚合理值，m;P—供熱管道壓力，MPa;D—供熱管道外徑，m;η—容許應力修正系數。

通過計算得到DN500和DN600兩種型號管道的外徑及壁厚邊界值（見表1）。

經與施工方案中的管道參數對比，本標段中使用的鋼制供熱管道的壁厚完全滿足無補償冷安裝直埋供熱鋪設技術要求。

（2）管道屈服溫差指標對管道的可靠性影響，直接關系到管道在高溫條件下的力學行為。選取DN500和DN600兩種型號管道屈服溫差指標，按照屈服溫差指標公式計算：

式中：ΔT—供熱管道屈服溫差，℃;ω—管道膨脹系數，m/m·℃;E—鋼材彈性模量，MPa;β—增強系數;σs—屈服強度下限，MPa;υ—泊松比;P—管道計算壓力，MPa;D—管道內徑，m;δ—管道壁厚，m。

通過計算得到不同直徑管道與對應屈服溫差下限之間的變化曲線（見圖1）。

根據圖1的形式來看，在確保該項目的管道屈服溫差數值是達到可靠性以及無補償技術安裝的要求，由此可以看出，某城市的集中供熱工程的管道屈服溫度差異是滿足圖1 的指數。

結語

綜上所述，在城市建筑工程建設當中，對建筑質量的保證，也要加強對供熱管道的重視程度。所以，安裝供熱管道的技術也要進一步加強，通過對可靠性數據分析得出，所產生的數據內容在一定程度上能夠將工程質量得到一定的提升。另外，在實際的工程建設當中，相關人員也要將施工手法進行一定的加強，降低工程質量問題，保證城市工程建設的發展穩定。

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