地下直埋供暖管道的膨脹和補償

管道的熱膨脹

室外供暖管道通常分為一次供暖管道和二次供暖管道。一次供暖管道壓力不大于1.6MPa，熱水溫度不超過150℃。二次供暖管道壓力不大于1.2MPa，熱水溫度不超過100℃。管道從冷狀態到工作狀態其溫度變化很大，從而引起管道的熱膨脹，通常室外供暖管道的管線很長，熱伸長值會達到很大。

管線的熱伸長值計算公式：

△L=λ.L.△t毫米

λ——管材的線性膨脹系數，毫米/米. ℃

L——管段的長度，米

△t——溫度差，即管道輸送介質的工作溫度與當時環境溫度之差，℃

如果管段兩端固定，那么由于膨脹，將在管壁內產生巨大的應力，其應力值計算公式：

σ=E. △L/L兆帕

式中 σ——由于熱膨脹產生的應力，兆帕

E——管材的彈性模數，兆帕

△L/L——管道的膨脹量與原長度之比。

由于管道的熱膨脹，對管段兩端的固定點將產生推力，此推力計算公式：

F=σ. A，兆牛

式中 A——管道的截面積，m2

將σ代入上式，則得：

F= Eλ△t. A

我們取鋼管的彈性模數E=0.21×106MPa，線膨脹系數λ=12×10-6米/米℃，將此兩數值代入公式則得：

F≈25. A.△t

以某鋼廠地下直埋供暖管道安裝為例：管子外徑為219mm內徑為207mm其溫差為105℃，那么對固定點所形成的推力為：

F≈25. A.△t≈25. π/4（21.92 -20.72）. 105≈10.5兆牛

由此可見，由于熱膨脹所產生的推力是很大的。

管道熱膨脹的補償

管道熱膨脹的補償指的是管道吸收熱膨脹，減小熱應力的能力。管道熱膨脹的補償方法很多，有的采用管道本身的自然變形進行補償；有的采用各種形式的熱膨脹補償器。根據地下直埋供暖管道的工作參數特點，且管線較長，如只依靠管道本身的自然變形將無法實現完全補償，故必須采用附加的熱膨脹補償器。

以某鋼廠地下直埋供暖管道安裝為例：管線長度4750米，螺旋鋼管φ219mm×6mm，采用供、回水管相鄰地下直埋布置。原設計為每隔150米安裝一套方形補償器。由于方形補償器占地面積較大，涉及大量征用土地。不知何故業主在沒有實現土地的臨時占用的情況下，決定取消方形補償器，改用管道安裝的坡向及折角進行管道本身補償。據此施工完畢后，進行供暖管道試運行時，不斷發生管道滲漏。時值冬季，土方開挖十分困難，經常是為尋找一處滲漏點就發生了大量的人工和機械費用，且顧此失彼。經漏點位置分析，均在管道折彎處的焊口熱影響區附近，且大部為管子本身撕裂。這樣就造成了此供暖管道在當年取暖期沒能運行的嚴重后果。由此可見對于管線較長的供暖管道只依靠管道本身的自然變形是無法實現完全補償的，故必須采用附加的熱膨脹補償器。

次年進行此管線返工改造，決定增設直埋式補償器。經計算每150米管道熱伸長量為189mm。故設計每隔150米安裝一套直埋式補償器。補償器公稱直徑DN200，壓力等級1.6MPa，軸向補償量300mm。此補償器由6個波紋管串聯在一起，波紋管外有可使波紋管軸向移動的外套筒，即是保護裝置，又保持了它的穩定性。直埋補償器主要適用于軸向補償，同時具有超強抗彎能力，所以不用考慮管道下沉的影響。另外，此補償器具有安裝簡單，占地面積小的特點。

直埋式管道補償器安裝要點

1. 為使直埋式波紋補償器起到補償作用，被補償管道兩端必須設固定裝置，防止管道受內壓推力影響外移拉伸。

2. 補償器的固定端必須要靠近固定裝置，用補償器的自由端補償管道的熱伸長量。

3. 根據補償量設定兩個固定裝置的距離，補償量一般不大于管徑。

4. 試壓過程中以補償器不得出現拉伸現象為合格。

結 論

經次年的管道返工改造后，在管道試運行時達到了一次合格，沒有任何滲漏，保證了管道的安全經濟運行。由此可見，地下直埋供暖管道由于熱伸長所產生的推力是相當大的，故規范布置補償器成為管道安裝的必然，同時正確安裝補償器也是保證供暖管道安全運行的關鍵環節。

（作者單位：遼寧百昂工程項目管理有限公司）