簡述直埋供熱管道在施工設計上的問題與解決方案

摘 要：文章主要對直埋的供熱管道進行了施工以及設計上的理論分析，首先對管道系統的荷載進行了分析，其次對直埋管道的破壞預防上的設計方式方法進行了探討，最后對管道的鋪設和布置的原則進行了分析。

關鍵詞：供熱管道；直埋；設計；施工

在我國傳統的供熱管道的鋪設方式主要是地溝鋪設，這種方式占地面積大并且工期長，后期的維護費用大，成本高且壽命長。直埋式的鋪設方式在我國目前成為了推薦的鋪設方法，其占地小、周期短。維護簡單、投資小并且壽命長，這些特點都滿足了城市建設需求，因此在我國開始被廣泛的適用開來。

1 設計方法

1.1 供熱管道的直埋方式的作用和所受應力的特點

管道在鋪設后會受到各種內力以及外力的作用，這種力的作用就叫做荷載。作用不同，在管道上產生的應力也就不同，就會導致管道上出現不同方式和程度的進一步破壞。溫度以及壓力為日常作用在熱力管道的兩種常見作用。而對于直埋式的管道來說，在軸向上會產生位移，而位移則會在管道和土壤之間產生摩擦力，并且位置移動就會對土壤做功，而土壤就會對管道形成一個反向的壓縮力。此外，管道的結構并非全是連續的，應力一般都會在不連續出出現集中，這種應力的對應就是應力峰值。這種峰值應力一般都會對鋼管的內部造成損傷，雖然不會在外形上引起很明顯的變化，但是峰值應力是一種循環變化的應力，因此對管道的損壞是疲勞破壞。一般的峰值應力產生在三通處或者是彎頭處。對于直埋式的管道而言，土壤對于管道的支撐是均勻支撐，因此管道的自重不會使得管道發生彎曲變形，所以這一點可以忽略不計。目前熱網中常用的管道在結構特點上都是具有較厚的側壁，這種設計使得公稱壁的厚度是大于該壓力下所需要的厚度。因此，內壓力對于管道所能承受的屈服力就遠遠的小于。但是管道中由于管道受熱膨脹會使得這種變形無法得到釋放，從而在管道的軸向會產生壓力以及壓應力，并且，通過測量，屈服應力會痛軸向的壓應力在同一數量級。

1.2 如何在設計上預防管道的破壞

1.2.1 對循環塑性破壞預防的設計方法

管道在工作時由于溫度出現高低變化，在最高以及最低的變化過程中會造成循環應力的出現，這種循環的出現會對管道造成塑性破壞。但是，管道的錨固狀態以及滑動狀態，其安裝溫度對其應力變化不會造成影響，因此，冷安裝在循環溫度的塑性破壞上面預應力安裝不能解決任何問題。當循環的安定性條件在塑性破壞上不能夠得到循環生產的滿足時，錨固態的管道可以被云尋，這段直管在無補償安裝上面可以包括冷安裝方式。否則，對于該段管道應當對其增設補償裝置，其管道上的應力變化就可以通過調整補償設備進行檢舉的設置，使其不能產生塑性破壞，于是，就可以說該管段的方式為有補償安裝。

1.2.2 整體失穩的防止辦法

對于直埋式的供熱管道進行設計的時候，循環的塑性破壞是管道設計需要進行主要考慮的核心內容，但是，管道的穩定性也是設計的必要條件。管道會出現失穩狀態而產生破壞的主要原因實際上就是在管道的運行中，溫度從安裝溫度被提升到了循環的最高溫度，這時候升溫造成的軸向壓力就是穩態被破壞的主要原因。對于錨固式的直管來說，若是穩定性要求負荷條件，可以通過無補償的冷安裝。但是這種情況下供水的溫度需要低于130攝氏度、管徑應當在DN500以下，才能夠對管網的穩定性進行保證。由于管網一般都能夠對上述條件予以滿足，因此，直管段角度的強度上，用無補償的冷安裝是可以的。但是三通處、彎頭以及這叫和大小頭以及閥門等是觀望中較為薄弱的部位，在這些部位也是對固定墩的推力進行減小的部位，因此根據需要應當安裝補償裝置。而在預應力的安裝方式上，穩定性問題往往只能通過加覆土深以及對補償裝置的穩定性問題予以解決的辦法，這樣較為經濟一些，因此通過這種方式進行安裝的情況越來越少。

2 施工方法

2.1 安裝

對于供熱管道而言，其發生的熱應力會通過膨脹變形而釋放，但是這樣的釋放 方式是不能完全對應力進行消除的，所以，在安裝的時候需要考慮必要的方式去對管道內的熱應力進行釋放，這就可以通過安裝方式進行調整，首先，是對于膨脹出現的變形量的改變，通過這種大小的改變以及形變對于熱應力的釋放，相應的對應力水平進行調整。在這方面上，零應力同變形量都和溫度有關，溫度在零應力狀態下的提高會對變形產生直接降低的影響。

2.1.1 無補償的冷安裝方式

無補償的冷安裝是在供熱管道的安裝中經常會遇到的問題，在回填處理的時候，對于預應力不進行補償和處理，管道一般都會在溫度出現變化是保持錨固的形態。這種方式是最經濟以及最簡單的安裝方式，但是其會承受很大的管道應立，這是運行工況中無法避免的。因此，采用這種方式對管道進行安裝的前提是強度條件可以得到滿足。

2.1.2 有補償的安裝方式

所謂的補償就是通過彎管補償器等設備對管道的形變以及應力產生的不利影響進行補償消除，管道在補償裝置附近的管段會處于歡動狀態。無論是彎管式的補償器還是波紋管式的補償器的安裝都會對管道的施工項目增加投資量，而且在波紋管式的補償裝置中國，必須要添加一些事故點。所以，對于整個管網的設計和施工，有補償式的安裝方法只能夠在局部進行設計施行，這樣是出于經濟和安全性的考慮。

2.1.3 預應力的安裝方式

在預應力的基礎上進行安裝本質上就是通過對安裝溫度的改變，以改變管道的環境，使得管道在安裝時的溫度和預熱時的溫度相等，此時管道的應力就可以為零了。預應力的產生是在管道的溫度與環境溫度相等時出現的效果。預熱以及一次性補償器都是對預應力安裝實現的辦法，首先，預應力效果是在回填前進行，加熱后直接回填就會使得管道上直接出現預應力的效果。在使用這種方式的時候，預熱的熱源應當予以保障，并且管溝需要敞口，這個需要現場的條件予以允許。其次，是使用一次性的補償設備，這種方式下，管道安裝之后就可以回填。并且在補償段補償器的焊接是在首次加熱后管段膨脹到了自由變形量后勁性的。溫度變化多次后，應力可以均勻的分布，這時候預應力的效果就可以達到了。采用一次性補償器的方式，不需要預熱熱源，并且只需補償器附近的管溝敞口，但是增加了一次性補償器的費用。

2.2 直埋供熱管道的布置和敷設

2.2.1 管材的選擇

埋地熱力管道內壓一般都很低，由內壓引起的總體一次薄膜應力不足允許值的50%。發生直接爆破破壞的可能性很小，破壞的最大可能是由溫度應力引起的塑性疲勞破壞。

2.2.2 管道的布置

直埋供熱管道穿越河底的覆土深度應根據水流沖刷條件和管道穩定性條件確定。直埋供熱管道上的閥門應能承受管道的軸向荷載，宜采用鋼制閥門及焊接連接。直埋供熱管道變徑處（大小頭）或壁厚變化處，應設補償器或固定墩，固定墩應設在大管徑或壁厚較大一側。直埋供熱管道的補償器，變徑管等管件應采用焊接連接。

2.2 管道的敷設

直埋供熱管道的高處宜設放氣閥，低處宜設放水閥。管道應利用轉角自然補償，分支點至軸向補償器或彎管的距離不宜大于20 m，分支點有干線軸向位移時，軸向位移量不宜大于50mm。

3 結束語

在我國傳統的供熱管道的鋪設方式主要是地溝鋪設，這種方式占地面積達并且工期長，后期的維護費用大，成本高且壽命長。直埋式的鋪設方式在我國目前成為了推薦的鋪設方法，其占地小、周期短。維護簡單、投資小并且壽命長，這些特點都滿足了城市建設需求，因此適合在我國使用。