大半徑高溫熱水管道無補償直埋敷設計算方法探討

王貞

摘 要：本文對大半徑高溫熱水管道無補償直埋敷設的設計依據、計算分析方法進行了探討。

關鍵詞：高溫熱水管道；大半徑高溫熱水管道無補償直埋敷設；折角

中圖分類號：TU995.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0112-02

無補償直埋敷設設計中沒有補償器和固定支座或有少量的固定支座，減少系統中危險點和檢查井，提高安全性；節約工程資金；施工周期短。而有補償直埋敷設必須設置補償器[1]。

以遼寧某段直埋供熱高溫熱水管道為例，對管道設計方案進行探討。

1 工程情況

管道所在道路呈弧線走向，熱力管線路由平行于道路的中心線，管道出現曲線和折點，采用有補償直埋敷設的可能性較小，但需計算管道的應力。

管道具體設計條件如下：

計算條件：

管道公稱直徑：DN350；

公稱壁厚：δ=7mm；

管道的計算壓力：Pd=0.9MPa；

工作循環最高、低溫度：t1=120℃，t2=10℃。

2 設計依據

2.1 無補償直埋敷設的條件

2.1.1 錨固段的安定性條件驗算

直埋供熱管道受力計算及應力驗算采用應力分類法，當直管段內壓、熱脹應力的當量應力σ（單位為MPa）滿足式（1）時，直管段中允許有錨固段存在，可不設置補償器，實現無補償直埋敷設。

2.2 增大彎頭彎曲半徑的方法

一般情況下為了保護彎頭，可以在彎頭兩側設置固定支座以限制彎頭兩側臂長，降低彎頭應力，使彎頭應力驗算滿足式（8）的要求[2]。

由式（10）可知，在工作壓力和管徑確定的情況下增加彎頭的公稱壁厚δb可減小σpt，但由于σpt在式（8）左側所占比例較小。由于σbt與M的變化趨勢一致，與Rc2/3的變化趨勢相反，因此增大Rc是減小σbt的主要方法。

在采用增大埋深、改變管道走向及增大彎頭彎曲半徑的方法降低彎頭應力的基礎上，在彎頭處回填松軟材料，可使彎頭應力進一步減小，從而取消彎頭兩側的固定支座[3]。

3 計算方法

對管道進行無補償直埋條件驗算和對彎曲管道的具體處理。根據原始計算條件查得鋼管參數如下：

鋼管材質及特性參數：

材質為常用的Q235：基本許用應力[σ]=125Mpa；

鋼材的泊松系數：ν=0.3；

線脹系數：α=12.2×10-6m/m·℃；

鋼材的彈性模量：E=20×104Mpa。

利用公式（1）、（2）計算得到：σ=279.3Mpa，3[σ]=375Mpa。計算結果滿足應力驗算條件，可采用無補償直埋敷設。

采用無補償直埋敷設，利用自然彎管，只有放氣井和放水井及分支閥門井[4]，并將曲線管道等分成幾條內接直線段，使直線段間的夾角盡量均小于《城鎮供熱直埋熱水管道技術規程》中表4.2.5規定的數值，將該管段視為直管段。

本段管線出現了長度為60m、曲率半徑為64m的曲線，管線與道路中心線平行，根據初定方案將該段管線進行分割，每段直管段長度盡量為12m（設計時為節約管材，盡量使每個管段長度控制為12的倍數，因直埋預制保溫管出廠長度一般為12m/根），如圖1所示，所形成的折角都大于《城鎮供熱直埋熱水管道技術規程》中表4.2.5所規定的1.3°，因此不能認為是直管段，考慮采用小角度的大彎曲半徑彎頭來代替折角，并驗算彎頭應力，使其滿足式（8）的要求。計算結果如表1。

由表1可以看出，曲率半徑不小于8DN的彎頭強度能滿足《城鎮供熱直埋熱水管道技術規程》的要求，但考慮到鋼材許用應力留有一部分的富余量，因此選擇10DN的曲率半徑。

采用無補償直埋敷設分割方法既可以用大曲率半徑的彎頭來替代管道的折角，可以減少補償器和固定支座的數量，節省運行成本，施工周期短；管道錨固段較長，管路附件少，保溫管整體連續性、防水性優，維修管理工作量少，運行安全可靠。

4 結語

經過工程實例分析及實際運行驗證，采用無補償直埋敷設時，進行安定性條件和豎向穩定性條件驗算，減少補償器和固定墩，增大管道埋深；通過改變管道走向，增大彎頭彎曲半徑來代替折角，降低彎頭應力，避免折角處因預應力集中而產生低循環疲勞破壞或局部失穩破壞，以減少管網的投資和出現事故的概率。

參考文獻

[1]賀平，孫剛.供熱工程（第3版）[M].北京：中國建筑工業出版社，1993.

[2]CJJ/T 81—2013 城鎮供熱直埋熱水管道技術規程[S].

[3]《動力管道設計手冊》編寫組.動力管道設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[4]CJJ/T 34—2010，城鎮供熱管網設計規范[S].