供熱直埋熱水管道的技術進步

姜斌

摘 要：直埋供熱管道技術是一種應用時間最早、應用范圍最廣的管道敷設方式，其適合應用在熱水供熱管道工程中。近年來，在我國的一些城市中，無補償冷安裝直埋敷設方式逐漸興起，并取得了十分理想的應用效果。基于此，本文對供熱直埋熱水管道技術進行了詳實的闡釋，并展望了其未來發展趨勢，以供參考。

關鍵詞：供熱直埋 熱水管道 技術要點

前言：熱水直埋保溫管技術在我國發展至今，隨著對這項技術的不斷研究、完善，直埋敷設方式已成為熱水供熱管網的主要方式。1990 年以后，國內許多城市都在搞蒸汽直埋管道工程，累計敷設數百千米，最大管徑700 mm，在建設過程中問題繁多。這些事實，一方面可以肯定我國蒸汽管道在研究開發中取得了一些寶貴經驗，已大規模投入實際工程；另一方面也充分認識到我國蒸汽管道直埋敷設技術在研究、設計、生產、材料、施工等方面尚存著理論、技術、管理等方面的諸多問題。因此，直埋蒸汽管敷設無論從市場還是技術研究都有較大的空間。

1熱網管道直埋無補償技術的原理

彈性變形法是熱網管道直埋無補償技術的核心，它的原理是通過對供熱管道的彈性變形范圍進行合理有效的控制，使供熱管道始終處于具有彈性的工作狀態，從而提高通過管道進行供熱工作的質量。軸向應力是在應用直埋無補償技術時無法避免產生的壓力，供熱管道需要對軸向應力起到主要的承受作用，而作為熱網管道直埋無補償技術的基礎理論，第三強度理論將軸向應力分為一次、二次以及三次應力三個方面，并且根據不同的特性加以劃分：一次應力的主要產生途徑是在處于工作壓力下的直管中所產生的相應應力，也就是所謂的“內壓環向應力”；二次應力即“溫度應力”，是由無法在直管中進行自由釋放的熱脹冷縮的壓力所產生的相應應力，例如在直管溫度升高或降低的過程中所產生的應力；三次應力也被稱為“峰值應力”，即直管在承受一次、二次應力后進行釋放變形所產生的相應應力。在進行熱網管道直埋的過程中，管道所承受的二次應力的壓力要遠大于一次應力，所以想要提高熱網管道直埋無補償技術的安全性，就需要相關工作人員對溫度應力加以重視。

2直埋敷設安裝方式的適用條件

直埋敷設安裝方式：按照管段是否有補償，分為無補償安裝和有補償安裝；按照是否進行預應力，分為冷安裝和預應力安裝。對直埋敷設的安裝方式雖有詳盡的分析，但在實際的工程中的選擇還有些混亂。安裝方式的不合理易引起能源、管材的浪費，以及管路系統的潛在危險。解決對策是，必須明確，不同的安裝方式對應著其所能解決的不同的管道失效方式，不同的失效方式所關注的管道的特征參數不同。換言之，為解決一定的管道失效方式，應根據引起該失效方式的管道的特征參數，進行調控，而管道的特征參數的取值不同，就形成了不同的直埋敷設的安裝方式。這也是劃分不同的直埋敷設安裝方式的原則。

3直埋供熱管道工程質量保障

通過對直埋供熱管道安全性的分析，確定直埋供熱管道工程質量保障措施如下：

3.1 防止循環塑性破壞

通過相關分析，我們可以進一步看出熱應力是直埋供熱管道中安全性關鍵制約條件。其管道內的溫度處于往復循環的變化過程中時，其所產生的相應應力變化就會導致循環塑性受到一定的破壞。應力的相對變化和管道安裝是沒有任何關系的，所以預應力安裝不能夠有效的解決循環塑性難題。解決循環塑性問題最為科學的方法是在管道直管段安裝上補償裝置，同時根據工程實際需要來調節補償裝置的相互距離，進而科學的調節供水管道的應力變動，來防止管道受到塑性破壞。

3.2 防止疲勞破壞

管道的疲勞破損問題是指因為應力過于集中，供熱管道局部出現循環塑性變形問題，從而導致管道受到一定的破壞。另外，管道的變徑、彎頭、折角以及三通等相關部位都是應力相對比較集中的地方。當管道中的壓力以及溫度發生變化時，在這些部位，應力的變化就會產生峰值的應力，一般在比較小的范圍內，就會產生塑性變形，從而導致管道的疲勞破壞。而且峰值應力變化比較大時，管道就會在短時間內出現漏水以及開裂等情況。一般在工程應用當中，可通過增加補償器的方式來進行補償，也可采用固定墩的方式進行加固處理，來減少應力的相對變化，進而減少或者消除峰值應力。

3.3 防止失穩破壞

在管道的安裝過程中，不僅要考慮管道的循環塑性破壞問題，同時還需要進一步考慮管道的穩定性。管道溫度從低升到高的過程中，就會隨之產生升溫軸向壓力，最終就會導致管道整體穩定性受到破壞。特別是在北方溫度比較低的情況下，安裝管道時，可以適當采用無補償的方法，安裝錨固直管段，用以增強管道的穩定性。一般供水管道管徑≤DN500時、水溫≤130度，就可以采用此種方式，能夠非常有效的減小塑性破壞力，并且當管道的深度≥1米時，還可以有效的防止管道穩定性受到破壞。但，為更好的保護閥門以及折角、三通等比較薄弱的部件，還可以設置補償裝置，也可以增加管道埋藏的深度來提高其整體的穩定性。

4施工過程中的注意事項

在對熱網管道進行直埋無補償的過程中，應當將強度作為主要的設計內容，當出現局部、整體失穩或橢圓化的現象時，還需要相關工作人員盡快采取相應的措施避免損失的擴大。在對管道材料進行選擇時，應當充分重視供熱管道的實際作用，采取高密度的聚乙烯材料或是耐高溫系數較高的聚氨酯材料進行管道的預制，并且保證熱網管道、聚乙烯保護管和聚氨酯保溫層三者進行“三位一體”的緊密連接。

同時，在進行施工設計時，應當根據管徑的不同直徑對熱網管道直埋無補償技術中所應用的三通管道有針對性的進行加固，并且使用加強版的三通對加固大直徑的管道，這樣做的好處在于可以在最大程度上避免由于應力集中而導致折角被破壞以及局部失穩的情況出現。最后，相關工作人員應當對施工過程中需要運用的焊進行嚴格的檢驗，以確保焊接工作的質量，從而提高施工的效率。

結語：綜上所述，經過十數年的發展，供水管道直埋無補償冷安裝技術已在全國范圍內得到了應用，且其不僅運行效果好，還具有經濟效益高、安全隱患少等優點，因此值得推廣應用。但在我國，對于DN>500mm的管道而言，直埋無補償冷安裝技術的應用比例仍較少，且我國尚未針對這一工藝的設計、施工和驗收等建立規范的標準，這無疑在一定程度上限制了直埋無補償冷安裝技術的推廣應用。對此，筆者提出如下建議：一是在明確直埋供熱管道失效機理的基礎上，按需選用直埋無補償冷安裝技術；二是直埋無補償冷安裝技術目前在DN≤ 500mm的管道中應用較為普遍，而在DN>500mm的管道中應用有限，因此應加大對這一領域的應用研究；三是按文中所述要求有序開展管溝開挖、管道安裝、焊接施工、檢測及管溝回填等工序，注意在這一過程中，尤其要重視對施工技術參數及管材質量的控制；四是盡快建立一套供熱管道直埋無補償冷安裝施工標準，其中應規定工藝的設計、安裝和驗收等要求，用以指導實際工作的高效開展。總之，在城市化進程不斷推進的今天，重視對供熱管道直埋敷設技術的研究對提高城市生活質量及促進城市經濟發展具有重要作用。

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