某工程綜合管廊熱力管道設計探討

姚 紅

(太原市熱力設計有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

近幾十年來，給水、排水、電力、電信、燃氣和熱力等市政公用管線均采用直埋敷設，隨著擴網(wǎng)的需求越來越大，我國地下直埋管線建設規(guī)模出現(xiàn)不足；管道泄露、爆炸的現(xiàn)象時有發(fā)生，影響城市安全運行[1]；管道檢修頻繁，影響城市交通運行。為集約利用城市建設用地，提高城市工程管線建設安全，綜合管廊的建設得到了大力的推進。

2 綜合管廊熱力管道工程設計實例

本工程為某市南部熱電聯(lián)產清潔能源集中供熱工程緯三路支干線管廊，起點為規(guī)劃新晉祠路，終點為濱河西路，管廊長度為3.16 km。

2.1 設計參數(shù)

管廊熱力管道采用架空敷設，管廊內管道熱補償采用自然補償和外壓軸向波紋補償器補償，管線公稱直徑為DN1 000，設計壓力1.6 MPa，供水溫度Tg=130 ℃，回水溫度Th=70 ℃，管道采用鍍鋅鋼板外護阻燃型聚氨酯保溫管，熱鍍鋅鋼板制外套管采用螺旋咬口并做滾花處理(內平外咬口)。

2.2 綜合管廊標準橫斷面圖布置

綜合管廊標準橫斷面圖見圖1，綜合艙凈尺寸為5 300 mm×3 600 mm，綜合艙內布置給水、電信和熱力管道。熱力管道公稱直徑為DN1 000，供回水管平行布置。滑動支架、導向支架采用混凝土墩，固定支架為雙立柱型見圖2。綜合管廊內兩側設支架或管道時，檢修通道凈寬不宜小于1.0 m；單側設置支架或管道時，檢修通道凈寬不宜小于0.9 m[2]。為保證檢修通道凈寬，兩管固定支架錯位布置[3]。

2.3 補償器選用

近幾年來，供熱管道常用的補償器有套筒補償器和波紋補償器，套筒補償器軸向推力較小，造價較低，但套筒填料磨損較快，運行時需要檢測與維護，目前缺乏可靠的防泄漏措施；波紋補償器密封性好、不易泄漏、補償量大和維護工作量低，缺點是造價較高；本工程地下管廊為綜合管廊，管廊內除設置有熱力管道，還有給水和電信管道，為避免套筒安裝不到位或維護保養(yǎng)不足發(fā)生泄漏，導致管廊整體可靠性降低，本項目采用波紋補償器。波紋補償器一般分為外壓軸向型波紋補償器和壓力平衡型波紋補償器，以DN1 000補償器為例，某品牌外壓軸向型波紋補償器均價為33 560元/個，壓力平衡型波紋補償器均價為69 980元/個，管線全長3.2 km，設置補償器82個，從設備成本方面考慮選用外壓軸向型波紋補償器，補償器設置時應滿足：兩個固定支架之間設置的外壓軸向波紋補償器，一端靠近固定支架，另一端第一導向支架與補償器的距離為1DN(DN為管道公稱直徑)，第二導向支架與第一導向支架的距離為4DN，第三導向支架與第二導向支架的距離為14DN。

2.4 支架設計

管道支架一般選用滑動支架、導向支架和固定支架。

2.4.1 滑動支架和導向支架

滑動支架間距按強度條件和剛度條件計算確定，滑動支座間距見表1。

表1 滑動支架推薦間距

滑動支架和導向支架采用填充聚四氟乙烯滑動支座，這種支座具有摩擦系數(shù)低，耐磨損，承載大及運行可靠等優(yōu)點。填充聚四氟乙烯滑動支座采用由鏡面不銹鋼與填充聚四氟乙烯復合夾層滑片組成的滑動摩擦副，填充聚四氟乙烯滑動摩擦副的干滑摩擦系數(shù)在0.10以下，可低達0.06。采用填充聚四氟乙烯滑動摩擦副，可使管道對固定支架的摩擦推力降低2/3以上，從而能夠大幅度降低管線的工程造價，提高管線的設計、建造水準和使用安全可靠性。

2.4.2 固定支架受力分析

固定支架布置一般有以下4種布置方式：

1)固定支架布置方式見圖3。

普通補償器固定支架受力F=0.3Pt；無推力補償器固定支架受力F=0.3Pt+0.1F盲。

其中,Pt為補償器彈性力，N；F盲為盲板力，N。

2)固定支架布置方式2見圖4。

普通補償器固定支架受力F=0.3(Pt+μqL)；無推力補償器固定支架受力μ。

其中,μ為摩擦系數(shù)；q為管道單位長度計算載荷，N/m，q=管材重+保溫重+附加重；L為管線長度。

3)固定支架布置方式3見圖5。

普通補償器固定支架受力F=Pt+F盲；無推力補償器固定支架受力F=Pt+0.1F盲。

4)固定支架布置方式4見圖6。

普通補償器固定支架受力F=F盲-Pt；無推力補償器固定支架受力F=Pt+0.1F盲t。

固定支架受力采用START軟件建模進行計算，管道部分模型見圖7，計算結果見表2(表2為部分節(jié)點受力計算結果)，并用上述固定支架推力公式進行校核。固定支架采用雙立柱型，立柱頂天立地，分別與管廊頂板和底板相連，熱力管道設計時管廊已經施工完成，固定支架預埋件鋼筋采用植筋方式植入底板內，施工前對原有底板與新做固定支架結合面進行鑿毛，清理基底。

3 工程分析

3.1 補償器對固定支架推力的影響

項目設計時選用外壓軸向波紋補償器，補償器應盡量成對布置，見圖3，補償器的位移反力及相應的摩擦力可相互抵消，以減小中間固定支架的受力。本項目綜合管廊折角較多，折角分為平面折角和立面折角，平面折角主要出現(xiàn)在管廊走向變化和各個節(jié)點處，立面折角出現(xiàn)在避讓雨水管線處，熱力管道多處位置采用單側固定加補償器方式，見圖6，在管道折角處固定支架的推力較大，固定支架采用雙立柱型，熱力管道設計時管廊已經施工完成，需對管廊進行局部鑿除，對管廊進行二次加固。

管線全線采用普通補償器，折角處固定支架推力很大，直管段固定支架推力較小，適合用于折角較少的小管徑管道；只在折角處設置平衡型補償器，盲板力位置會從折角處固定支架轉移至其他的固定支架，雖沒有完全發(fā)揮平衡型補償器的優(yōu)勢，但在較長筆直管段上使用，可減少工程造價[4]；管線全線采用平衡型補償器，固定支架推力大大降低，雖造價較高，但對于管廊已經施工完成的情況下適宜采用。

3.2 補償器的設計及安裝

目前，補償器的種類很多，比較常見的有方形補償器、套筒補償器和波紋補償器。方形補償器通常采用管道加工而成，加工簡單、造價低廉，但由于其尺寸較大，受到了空間的限制，在管廊中不適合采用；套筒補償器補償量大，推力較小，造價較低，缺點是密封比較困難，套筒填料磨損較快，易發(fā)生漏水現(xiàn)象；普通波紋補償器采用高性能不銹鋼板制造成波紋狀，其優(yōu)點是安裝方便、補償量大和維護工作量低，缺點是存在較大的軸向推力，造價較高；平衡型波紋補償能充分利用管道自身的性能，減小固定支架推力，缺點是平衡型波紋補償器自重大，補償器兩端應分別設置固定支架和導向支架，避免波紋補償器失穩(wěn)，另外平衡型波紋補償尺寸較大，在管廊狹小空間不適宜采用。

表2 START軟件受力計算結果

4結論

1)管廊熱力管道位于綜合艙內，為保障管廊安全可靠的運行，推薦使用密封性好、不易泄漏和維護工作量小的波紋補償器。

2)管廊已經施工完成且管廊尺寸較大時，宜選用平衡型波紋補償器，以減小固定支架推力，避免對管廊進行局部鑿除和二次加固。

3)管廊設計階段盡量減少折角的出現(xiàn)，以減少大推力固定支架的數(shù)量。

4)管廊結構設計應與各管線設計密切配合，管廊施工的同時預埋熱力管道固定支架預埋件，降低大推力固定支架施工的難度。