供熱一次網(wǎng)無(wú)補(bǔ)償直埋管道的設(shè)計(jì)及計(jì)算

1、供熱一次網(wǎng)無(wú)補(bǔ)償直埋管道的設(shè)計(jì)及計(jì)算摘要：供熱管道無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性都很高，在實(shí)際工程中遇到的 一些問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，有助于指導(dǎo)以后的設(shè)計(jì)及施工。關(guān)鍵詞：無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)；三通；錨固段；檢查井概述幾十年來(lái)，我國(guó)的供熱管道沿襲采用地溝敷設(shè)，但是地溝敷設(shè)存在許多的問(wèn) 題。為了解決這些問(wèn)題，國(guó)外的一些技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)30年代就開(kāi)始研 究和應(yīng)用直埋敷設(shè)代替地溝敷設(shè)的供熱方式，我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用這 一技術(shù)。為了滿(mǎn)足城市集中供熱管網(wǎng)直埋敷設(shè)的工程的需求，整體提高供熱管道 直埋敷設(shè)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少固定墩補(bǔ)償器用量，降低工程造價(jià)，減少熱損失節(jié)約 能源，增加管網(wǎng)的可靠性和使用壽命，滿(mǎn)足美

2、觀和減少占地的要求，工程實(shí)際中 常采用無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)。介紹無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)是不采取人為的熱補(bǔ)償措施的直埋敷設(shè)方式，即不采用固定 墩或固定支架和補(bǔ)償器，利用管網(wǎng)本身的彎頭或三通來(lái)補(bǔ)償管道伸縮量。計(jì)算時(shí)需要考慮的問(wèn)題3.1總體需考慮的計(jì)算管線計(jì)算包括管線駐點(diǎn)和錨固段位置計(jì)算、彎頭應(yīng)力計(jì)算、豎向彎頭應(yīng)力驗(yàn) 算管線任意點(diǎn)伸長(zhǎng)計(jì)算、彎臂軟回填或空穴長(zhǎng)度計(jì)算、過(guò)渡段長(zhǎng)度計(jì)算、最大允 許過(guò)渡段長(zhǎng)度計(jì)算、摩擦力計(jì)算、軸向力計(jì)算、管道的臂厚的計(jì)算、水力計(jì)算和 熱損失計(jì)算等。3.2循環(huán)溫度的選取在實(shí)際計(jì)算中，循環(huán)計(jì)算最低溫度取安裝溫度而非回水溫度，全年運(yùn)行時(shí)取 30C，只在供暖期運(yùn)行時(shí)取10C。為了保證管道允許錨固

3、段的存在，按照彈塑形 分析法，對(duì)于相同的管徑，在不同的設(shè)計(jì)壓力下，其允許的最大溫差不同，設(shè)計(jì) 的循環(huán)供水溫度應(yīng)小于允許最高的溫度，循環(huán)最高溫度選熱網(wǎng)設(shè)計(jì)供水溫度。3.3駐點(diǎn)的計(jì)算管道的駐點(diǎn)位置計(jì)算是重點(diǎn)。在工程實(shí)際中，往往要求設(shè)計(jì)人員提供彎頭的 曲率半徑和三通承受的軸向力，在計(jì)算中應(yīng)該首先計(jì)算駐點(diǎn)的位置，當(dāng)管段長(zhǎng)度 小于兩倍的過(guò)渡段長(zhǎng)度時(shí)，管段中存在駐點(diǎn)。駐點(diǎn)位置的確定需要根據(jù)駐點(diǎn)處的 受力平衡來(lái)確定，即駐點(diǎn)兩側(cè)的摩擦力和彎頭的軸向力之和相等，駐點(diǎn)的位置的 確定需要采用迭代法。式中-駐點(diǎn)兩側(cè)的過(guò)渡段長(zhǎng)度，mL -直管段的總長(zhǎng)度，m，-駐點(diǎn)兩側(cè)的過(guò)渡段的平均單位長(zhǎng)度的摩擦力，-為管道軸向力N其中

4、彎頭的軸向力與彎頭的兩臂長(zhǎng)度有關(guān)。在管道出現(xiàn)變徑時(shí)，管道的摩擦 力實(shí)際上是駐點(diǎn)兩側(cè)各種規(guī)格管道單位長(zhǎng)度摩擦力的平均值，根據(jù)每次迭代得到 的駐點(diǎn)位置重新確定兩側(cè)的平均摩擦力的值。當(dāng)前后兩次迭代過(guò)程的彎頭軸向力 的相對(duì)誤差小于等于10%就可以認(rèn)為收斂了。3.4直埋管的穩(wěn)定性驗(yàn)算3.4.1整體穩(wěn)定性分析：直埋管最小覆土深度應(yīng)滿(mǎn)足垂直穩(wěn)定性要求，一般而 言大于DN700的直管道不必從垂直穩(wěn)定性考慮限制其埋深。3.4.2局部穩(wěn)定性分析：公稱(chēng)直徑不大于DN800、工作溫差小于85C時(shí)，不會(huì) 出現(xiàn)局部失穩(wěn)；當(dāng)供水溫度大于130C、公稱(chēng)直徑大于DN800時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)壁厚 的鋼管，在錨固段可能會(huì)出現(xiàn)局部皺結(jié)。3

5、.5直埋管的強(qiáng)度驗(yàn)算無(wú)補(bǔ)償管段強(qiáng)度驗(yàn)算有兩種強(qiáng)度驗(yàn)算理論：彈性分析法（第四強(qiáng)度理論）和 安定分析法（彈塑性分析，第三強(qiáng)度理論）。直埋管的安定條件判斷，根據(jù)應(yīng)變 大小可分為不發(fā)生任何塑性變形（ E2ES，|E|ES，安定狀態(tài)）、發(fā)生有限塑 性變形（ ess安定狀態(tài)），發(fā)生循環(huán)塑性變形（ e2ss，不安定 狀態(tài)）。3.5.1極限分析：為防止管道出現(xiàn)塑性流動(dòng)，必須保證一次應(yīng)力小于屈服極限 OS?？紤]安全因素后，設(shè)計(jì)應(yīng)保證一次應(yīng)力不大于許用應(yīng)力。3.5.2安定分析：為使管道處于安定，必須保證一次應(yīng)力（工作壓力產(chǎn)生的內(nèi) 力，包括軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力）與二次應(yīng)力（熱應(yīng)力，升溫產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力，降 溫產(chǎn)生軸向拉

6、應(yīng)力）共同作用下當(dāng)量應(yīng)力變化范圍小于2倍屈服極限os?？紤]安 全因素后，用抗拉強(qiáng)度ob代替2os。管道安定條件：當(dāng)量應(yīng)力變化范圍不大于 3o。3.5.3疲勞分析：一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力（三通、變徑、彎管等局部 應(yīng)力集中）綜合作用下應(yīng)力變化范圍不大于6o，亦即當(dāng)量應(yīng)力幅度不大于3。3.6關(guān)于過(guò)渡段及無(wú)補(bǔ)償冷安裝3.6.1關(guān)于過(guò)渡段長(zhǎng)度當(dāng)直管段間距（兩彎頭的距離）大于過(guò)渡段極限長(zhǎng)度（最大過(guò)渡段長(zhǎng)度）兩 倍時(shí)，在兩（自然）錨固點(diǎn)之間會(huì)形成一無(wú)補(bǔ)償管段（自然錨固段），存在兩個(gè) 自然錨固點(diǎn)；當(dāng)補(bǔ)償裝置間距小于等于兩倍過(guò)渡段長(zhǎng)度時(shí)，以駐點(diǎn)為界分為兩個(gè) 過(guò)渡段（有補(bǔ)償段）。3.6.2無(wú)補(bǔ)償冷安裝無(wú)補(bǔ)償

7、冷安裝直埋敷設(shè)的條件：根據(jù)彈性理論分析（oeq1.35。）,只要安 裝溫差不大于彈性溫差，就允許直管段不安裝補(bǔ)償器而進(jìn)行無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)，管 道在彈性狀態(tài)下運(yùn)行。換言之，當(dāng)安裝溫差大于彈性溫差時(shí)，直管段中不允許存 在錨固段，必須安裝補(bǔ)償器，設(shè)置補(bǔ)償器的最大間距即為管道存在錨固段時(shí)過(guò)渡 段長(zhǎng)度的兩倍。過(guò)渡段長(zhǎng)度可以根據(jù)存在錨固段時(shí)駐點(diǎn)處軸向應(yīng)力以及單位長(zhǎng)摩 擦力求出。3.7三通的計(jì)算在確定了管網(wǎng)的走向及管網(wǎng)供回水的工作壓力和溫度后，直埋供熱管網(wǎng)的設(shè) 計(jì)主要任務(wù)是確定錨固段長(zhǎng)度和位置以及彎頭的曲率半徑和三通的軸向力。管段 錨固段位置可以指引設(shè)計(jì)人員確定出三通的位置是否合適以及是否需要進(jìn)行管道 位置的

8、調(diào)整。直埋管道中，三通同時(shí)承受來(lái)自主管和分支管的軸向作用力，是應(yīng) 力集中較大的部位，是疲勞破壞概率最大的管件。因此正確設(shè)計(jì)三通分支節(jié)點(diǎn)尤 為重要，三通設(shè)計(jì)前首先確定三通處主管和支管的軸向位移量，其中分支點(diǎn)支管 產(chǎn)生的軸向位移量根據(jù)三通的抽引方式確定，當(dāng)支線的由Z形彎引出時(shí)，應(yīng)將分 支點(diǎn)支線位移做零處理，計(jì)算支線側(cè)彎頭及支線的駐點(diǎn)位置，進(jìn)一步計(jì)算支線任 意點(diǎn)的熱伸長(zhǎng)；當(dāng)分支點(diǎn)有足夠的位置時(shí)，通常采用Z形彎管引出。在工程實(shí)際 中出三通的位置很難做到正好在管段的錨固段，這時(shí)需要計(jì)算在過(guò)渡段中假定三 通處的管段伸長(zhǎng)量，根據(jù)城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程中要求直埋管道分支點(diǎn) 干管的軸向位移量不宜大于50m

9、m，即開(kāi)三通處位移量盡量小于50mm?？赡苡?于其他原因工程中三通的位置又不允許更改，我們的處理辦法是延長(zhǎng)管段的鋪設(shè) 距離，在管段的末端做盲端。從而保證三通處的伸長(zhǎng)量小于50mm，這樣做雖然 增加了成本，但在一定程度上保證了三通處的安全，保證了整個(gè)管網(wǎng)的安全。閥門(mén)井的設(shè)計(jì)工程中閥門(mén)檢查井的位置，由于進(jìn)換熱站管道可能很短，閥門(mén)檢查井的位置 最好在離進(jìn)換熱站較近的直管段上，這樣做是考慮到泄水和排氣的需要。也有認(rèn) 為放在直管道的中間位置處，為了保證閥門(mén)井不被管道的伸縮力破壞。由于閥門(mén) 井一般為混凝土結(jié)構(gòu)，其實(shí)際承受力完全可以滿(mǎn)足管道伸縮力，我們認(rèn)為閥門(mén)檢 查井放在距離換熱站較近的直管段上還是比較合理的。此外在實(shí)際工程中如果按 照05N5制作出的閥門(mén)檢查井有些小，不利于工人的調(diào)節(jié)和維修，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該 適當(dāng)?shù)募哟蟪叽??？偨Y(jié)理論上在設(shè)計(jì)無(wú)補(bǔ)償供熱直埋管道時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探，確定管線敷設(shè)完 全可以避開(kāi)自來(lái)水井污水井雨水井，電力電纜井，通信電纜井等障礙物，在多數(shù) 情況下路由不是近似