供熱管網(wǎng)敷設技術交流(西安)

供熱管網(wǎng)敷設技術交流(西安)第一頁，共77頁。序章概述第一章

直埋供熱管道設計流程詳解第二章

供熱管網(wǎng)第三章

直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析第四章

供熱管網(wǎng)敷設方式的優(yōu)缺點比較第二頁，共77頁。序章概述第三頁，共77頁。概述

改革開發(fā)以來，我國的經(jīng)濟高速發(fā)展取得了舉世公認的成就。為解決經(jīng)濟高速發(fā)展所帶來的能源安全及環(huán)境保護問題，我國在能源政策上提出了“節(jié)約與開發(fā)并重”的方針，并采取了一系列措施。國家和地方政府對日益增長的建筑物耗能問題高度重視，在供熱系統(tǒng)的熱源供應方面，積極推廣“熱電聯(lián)產集中供熱”；在熱網(wǎng)輸送環(huán)節(jié)，推廣熱水直埋埋管道敷設，建造節(jié)能建筑，從而實現(xiàn)供熱系統(tǒng)節(jié)能降耗的目標。

自上世紀80年代初開始制造應用聚氨酯保溫管，外護高密度聚乙烯，伴隨著我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展和大規(guī)模城市建設，促進了我國城市供熱事業(yè)的迅猛發(fā)展，預制直埋保溫熱水管道的敷設技術迅速在國內廣泛推廣和應用；技術水平、產品質量迅速提高。中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院第四頁，共77頁。概述

目前在我國東北地區(qū)、華北地區(qū)、西北地區(qū)以及山東、河南等省市的地市級以上城市均實現(xiàn)了集中供熱，城市熱化率超過了60%，北京、天津等大城市的集中供熱普及率達到了80%以上，其熱水網(wǎng)基本上全部采用直埋管道，集中供熱的實施，改善了大氣環(huán)境和人民群眾的生活品質，因此深得民心。隨著集中供熱的普及，供熱系統(tǒng)安全性問題也愈來愈受到各級政府的高度重視，因此熱網(wǎng)建設所涉及的各個方面都要引起重視，特別是設計質量問題，眾所周知，任何工程的建設都離不開工程設計，工程設計質量的優(yōu)劣是工程成敗的關鍵所在，因此，設計單位必須在源頭嚴把質量關，在設計過程中應始終堅持的原則，并為用戶提供“經(jīng)濟合理、技術先進、安全可靠”的設計產品，確保工程建設順利實施和安全運行。中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院“先進、合理、經(jīng)濟、安全”第五頁，共77頁。概述

在此，結合我院30多年來在全國不同地區(qū)、不同城市有關聚氨酯預制直埋保溫管道的設計、施工安裝的一些方法以及工程實踐中遇到的問題和解決方法與在座的領導、專家、學者和工程技術人員進行交流和探討。中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院第六頁，共77頁。第一章直埋供熱管道設計流程詳解第七頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解

熱網(wǎng)工程設計主要包括可行性研究、初步設計和施工圖設計階段三個階段。前兩個階段只介紹管道敷設線路的選擇方法，其他內容在此不展開論述，重點討論施工圖設計階段的問題。常用設計規(guī)范

—《城鎮(zhèn)熱力網(wǎng)設計規(guī)范》CJJ34-2010

—《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術規(guī)程》CJJ/81-

—《城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術規(guī)程》CJJ104-2005

—《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》CJJ28-2004

—《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50235-2010

—《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》GB50316-2008

—《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管及管路附件》GB/T29017-1012

(原CJ/T114-2000、CJ/T115-2001于2013.9.1廢止）中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院第八頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解

—《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》GB50246-97

—《工業(yè)設備及管道絕熱工程施工規(guī)范》GB50126-2008

—《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》GB50236-98中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院1.1直埋供熱管道敷設路線的選擇方法

可行性研究階段：一般在工程設計的前期階段，設計院的工程師首先深入現(xiàn)場進行調研，通過對現(xiàn)場實地踏勘和調研，明確工程是否適宜采用直埋敷設方式，以及哪些路段時宜采用直埋敷設技術。對可實施直埋敷設的管道，提出初步意見包括熱網(wǎng)敷設、管線路由、走向，在實施過程中可能遇到的問題和采取的技術措施，熱網(wǎng)布置初選方案應報請當?shù)匾?guī)劃局預審，征得同意后，再進行技術方案論證。第九頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

熱力管線布置方案原則：根據(jù)熱源位置、城市道路現(xiàn)狀及規(guī)劃圖、熱負荷分布、小區(qū)熱力站位置，管網(wǎng)位置與道路交通、園林綠地、各種地下管線及建構筑物的關系等，綜合考慮。力求管網(wǎng)布置在人行道或慢車道下，減少對城市主干道、園林綠地的破壞，便于維護檢修，盡量減少對城市道路尤其是主要干道的穿越，穿越鐵路、高速公路、河道時應征等相關部門的同意。

初步設計階段：對熱網(wǎng)系統(tǒng)進行詳細論證，提出熱力管道敷設的具體方位，確定管徑、敷設方式和安裝方法，編制設備材料的技術規(guī)范書，列出主要設備材料清單，為施工圖做好準備。初步設計文件一般由設計說明書、設計圖紙并、設備材料清冊和工程投資概算書四部分組成。初步設計文件應報請上級主管部門批準，管網(wǎng)敷設路線圖報請當?shù)匾?guī)劃部門審查批準。第十頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

地形測量圖、地質勘察報告和地下管線物探圖：按照規(guī)劃局批復的管線敷設的方位、走向等具體批復意見，在開展施工圖設計前，工程設計人員必須掌握詳盡的基礎資料和管網(wǎng)走向的地形圖、地質勘測報告以及地下管線物探報告。設計單位提出對勘察、測量及地下管線進行物探的具體要求，勘察設計單位按照規(guī)劃局批準的管道敷設方位并依照設計單位提出對勘測的技術要求，進行地形圖的勘察、測量工作，并及時提供地勘報告和地形測量圖（比例1:500，或1：1000）；物探單位提供熱力管線沿線及穿跨越區(qū)域內的各種地下管線物探圖；對于在城市規(guī)劃道路上敷設的管道，應由當?shù)匾?guī)劃局提供規(guī)劃道路的管線綜合圖；對特殊節(jié)點重點進行詳勘和測量，如主要道路路口、穿跨越鐵路、河流、高速公路等。第十一頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

地形測量圖、地質勘察報告和地下管線物探圖：按照規(guī)劃局批復的管線敷設的方位、走向等具體批復意見，在開展施工圖設計前，工程設計人員必須掌握詳盡的基礎資料和管網(wǎng)走向的地形圖、地質勘測報告以及地下管線物探報告。設計單位提出對勘察、測量及地下管線進行物探的具體要求，勘察設計單位按照規(guī)劃局批準的管道敷設方位并依照設計單位提出對勘測的技術要求，進行地形圖的勘察、測量工作，并及時提供地勘報告和地形測量圖（比例1:500，或1：1000）；物探單位提供熱力管線沿線及穿跨越區(qū)域內的各種地下管線物探圖；對于在城市規(guī)劃道路上敷設的管道，應由當?shù)匾?guī)劃局提供規(guī)劃道路的管線綜合圖；對特殊節(jié)點重點進行詳勘和測量，如主要道路路口、穿跨越鐵路、河流、高速公路等。第十二頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院1.2施工圖設計熱網(wǎng)設計施工圖設計任務

施工圖設計任務是根據(jù)上級主管部門批準的初步設計文件（或技術文件）、規(guī)劃部門批準的熱力管道敷設路由及主要設備的技術參數(shù)進行施工圖設計包括設計計算、圖紙繪制、主要設備材料清冊、設計施工說明等，并據(jù)以指導施工。施工圖設計流程詳解1、施工圖設計內部質量管理和控制

每個設計單位都應對設計質量負責，并建立完善的內部管理控制程序程序，我院是按照ISO9000的管理程序執(zhí)行，制定了一系列完整的質量控制、管理程序和操作方法，嚴把質量關，從設計、校核、審核、審定到蓋章交付給用戶等內部管理程序。第十三頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院2、施工圖設計原則

設計初始，依據(jù)已批準的初步設計所確定的管徑和管網(wǎng)走向布置圖，并根據(jù)定測量圖和地質勘察報告，管線綜合圖以及現(xiàn)狀道路的地下管線物探圖等設計所需要的技術條件，設計工程師經(jīng)過對資料認真分析研究，按照設計規(guī)范的要求，通過采取一定的技術措施，對熱網(wǎng)系統(tǒng)中所應用的管道及其附件，在給定的設計條件下，都能滿足相應規(guī)范和標準的強度和穩(wěn)定性要求，以確保熱網(wǎng)管道系統(tǒng)在設計使用壽命期內始終處于安全狀態(tài)。設計原則就是經(jīng)濟合理、安全第一3、施工圖設計中采用的技術措施

（1）對照管線走向的地形勘測圖、或規(guī)劃道路圖，進行現(xiàn)場踏勘，對照勘測圖在現(xiàn)場查找各種地下設施，如物探圖不準確，還需要通過對現(xiàn)有井室的再次測量，確定其他市政管線的管徑、走向和埋深等。

第十四頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院（2）對于規(guī)劃道路和管線綜合圖，我們需要認真分析研究，查看所給定的熱力管線位置與其他管線的間距，交叉管線之間的間距，是否符合規(guī)范要求，這就需要熱力管道設計人員及時與主管的規(guī)劃部門進行溝通，提出對綜合管線重新進行修改的合理化建議。（3）根據(jù)地形和地下管線的情況，三通出口位置情況，通過管道縱斷面圖設計，合理調整管道敷設深度以及坡度和變坡度位置標明坐標、樁號、和標高，合理穿、跨越障礙物，避免局部造成碰撞而采取不當措施，避免局部繞行和小曲率半徑彎頭對接處理措施，減少事故隱患點。（4）運行維護檢修所需要設置必要的井室。（5）充分利用道路的特點，盡量利用自然補償，合理設置補償彎頭的曲率半徑。（6）合理設置固定墩和補償器，盡量減少補償器的設置，特別是波紋補償器的使用要慎重，應確保直埋式補償器真正達到內外密封的要求，即確保直埋保溫管的外包護套管與補償器外保護套管的連接處，不能因補償器的變形而遭到破壞。第十五頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院（7）根據(jù)熱網(wǎng)的設計參數(shù)，確定應力水平，可有選擇的采取不用的安裝方式，如冷安裝和預熱安裝方式。

是否具備冷安裝無補償直埋條件，是否具備敞槽預熱條件，不能采取敞槽預熱而覆土預熱時，對一次性補償器設置的位置選擇和一次性補償器的受力分析，強調制造商所提供的一次性補償器的加強擋板設置應能承受最大、壓應力。往往由于制造商對一次性補償器受力分析不清楚，其結構形式與常規(guī)補償器結構形式在承受抗拉、壓應力上有很大差異，一次性補償在工程實踐中遭到破壞的例子屢見不鮮，給供熱企業(yè)造成了不良的社會影響。（8）為減少三通、變徑管、閥門應力水平過大，減少彎頭處因熱脹冷縮變形過大對保溫層和彎頭處外保護套管可能造成的破壞，應采取必要的保護措施。第十六頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院4、根據(jù)管道布置，繪制計算簡圖，施工圖設計流程如下圖所示：第十七頁，共77頁。直埋供熱管道設計流程詳解中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院第十八頁，共77頁。第二章供熱管網(wǎng)第十九頁，共77頁。輸送距離長分支節(jié)點多附件設備多熱水管網(wǎng)發(fā)生事故時允許有停供搶修時間

一般管網(wǎng)事故搶修時間不超過12小時，大型管網(wǎng)事故搶修時間不超過24小時供熱管網(wǎng)特點第二十頁，共77頁。低支架：

H：0.3～1.0m中支架

H：2.0~4.5m

高支架

H≥4.5m地上敷設供熱管網(wǎng)敷設形式第二十一頁，共77頁。（H）（A）（B）（C）（D）（E）通行≥1.8≥0.6≥0.2≥0.2≥0.2≥0.2半通行≥1.2≥0.5≥0.2≥0.2≥0.2≥0.2不通行－－≥0.1≥0.05≥0.15≥0.2BEADCH通行半通行

不通行地溝敷設供熱管網(wǎng)敷設形式第二十二頁，共77頁。冷安裝敞槽預熱安裝覆土預熱安裝無補償有補償直埋敷設補償方式特點及適用條件無補償冷安裝施工簡單，防止軸向失穩(wěn)，介質溫度≤130℃，安裝溫度≥10℃敞槽預熱無補償器費用，允許敞槽施工，有臨時熱源覆土預熱部分溝槽可回填，需一次性補償器有補償固定墩多，維護量大。保護薄弱部件、減小推力供熱管網(wǎng)敷設形式第二十三頁，共77頁。選擇原則城鎮(zhèn)街道上和居住區(qū)內的管網(wǎng)宜采用地下敷設，地下敷設困難時，可采用地上敷設，但應注意美觀。廠區(qū)熱力網(wǎng)管道，宜采用地上敷設。熱水管道地下敷設時，優(yōu)先采用直埋敷設；管溝敷設首選不通行管溝敷設；穿越不允許開挖檢修的地段時，采用通行管溝敷設；通行管溝困難時，采用半通行管溝敷設。

蒸汽直埋敷設應采用保溫良好、防水可靠、耐腐蝕的預制保溫管，設計壽命不低于25年。直埋敷設與地溝敷設經(jīng)濟技術比較熱損失投資維修壽命施工期施工難度占地面積直埋1114短小小地溝2.531.066.361長大大供熱管網(wǎng)敷設形式第二十四頁，共77頁。地上敷設管道與建（構）筑物或其它管線距離建筑物、構筑物或管線名稱最小水平凈距最小垂直凈距鐵路鋼軌軌外側3.0軌頂5.5電氣鐵路6.55電車鋼軌軌外側2.0－公路邊緣1.5－公路路面－4.5架空輸電線（水平凈距：導線最大風偏時；垂直凈距：熱網(wǎng)在下面交叉通過導線最大垂度時）＜1kV1.51.01～10kV2.02.035～110kV4.04.0220kV5.05.0330kV6.06.0500kV6.56.5樹冠0.5（樹中不小于2）－供熱管網(wǎng)敷設形式第二十五頁，共77頁。地下敷設熱網(wǎng)與建（構）筑物或其它管線距離建筑物、構筑物或管線名稱水平凈距垂直凈距建筑物基礎管溝敷設0.5－直埋閉式熱水網(wǎng)DN≤2502.5－DN≥3003.0－直埋開式熱水網(wǎng)5.0－鐵路鋼軌鋼軌外側3.0軌底1.2電車鋼軌鋼軌外側2.0軌底1.0路基邊坡底腳或邊溝的邊緣1.0－通訊、照明或10kV以下電力電桿1.0－橋墩（高架橋、棧橋）邊緣2.0－架空管道支架基礎邊緣1.5－高壓輸電線基礎邊緣35kV～220kV3.0－通訊電纜管塊1.00.15電力和控制電纜35kV以下2.00.5110kV2.01.0供熱管網(wǎng)敷設形式第二十六頁，共77頁。地下敷設熱網(wǎng)與建（構）筑物或其它管線距離建筑物、構筑物或管線名稱水平凈距垂直凈距燃氣管道管溝敷設燃氣壓力＜0.01MPa1.00.15燃氣壓力≤0.4MPa1.50.15燃氣壓力≤0.8MPa2.00.15燃氣壓力＞0.8MPa4.00.15直埋敷設熱水網(wǎng)燃氣壓力≤0.4MPa1.00.15燃氣壓力≤0.8MPa1.50.15燃氣壓力＞0.8MPa2.00.15給排水管道1.50.15地鐵5.00.8電氣鐵路接觸網(wǎng)電桿基礎3.0－喬灌木（中心）1.5－供熱管網(wǎng)敷設形式第二十七頁，共77頁。直埋敷設熱力網(wǎng)管道最小覆土深度直埋敷設管道最小覆土深度應考慮土壤和地面活荷載對管道強度的影響并保證管道不發(fā)生縱向失穩(wěn)。具體規(guī)定應按《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術規(guī)程》CJJ/T81規(guī)定執(zhí)行。管徑（mm）50~125150~300350~500600~700800~10001100~1200車行道下0.81.01.31.31.31.3非車行道下0.70.71.01.01.11.2供熱管網(wǎng)敷設形式第二十八頁，共77頁。管材:無縫鋼管、電弧焊或高頻焊焊接鋼管。管道和鋼材的規(guī)格及質量應符合國家相關標準。連接方式:焊接、法蘭連接和螺紋連接。熱網(wǎng)連接應采用焊接。管道與設備、閥門等連接也應采用焊接，需拆卸時，采用法蘭連接。DN≤25mm的放氣閥，可采用螺紋連接，連接放氣閥的管道應采用厚壁管。鋼號適用范圍鋼板厚度Q235AP≤1.6MPa，t≤150℃≤16mmQ235BP≤2.5MPa，t≤300℃≤20mm10、20、Q245R及低合金鋼熱網(wǎng)規(guī)范適用的全部參數(shù)不限供熱管道材質第二十九頁，共77頁。彎頭、三通、法蘭、變徑管彎頭、三通、法蘭、變徑管均選用標準件，彎頭的壁厚應不小于管道壁厚。焊接彎頭應雙面焊接。變徑管制作應采用壓制或鋼板卷制，壁厚不小于管道壁厚。鋼管焊制三通，支管開孔應進行補強。對于承受干管軸向荷載較大的直埋敷設管道，應考慮三通干管的軸向補強，其技術要求按《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術規(guī)程》CJJ/T81規(guī)定執(zhí)行。供熱管網(wǎng)材質第三十頁，共77頁。

彎頭、異徑管、三通、法蘭、閥門及放氣、放水裝置等。供熱管道材質第三十一頁，共77頁。1《設備及管道絕熱技術通則》GB/T42723《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》GB/502642《設備和管道絕熱設計導則》GB/T8175保溫目的：減少熱損失、節(jié)能運行人員安全保證用戶用熱需求

執(zhí)行標準供熱管網(wǎng)敷設形式第三十二頁，共77頁。保溫材料選用原則

工作溫度下的導熱系數(shù)不大于0.08W∕(m?K)，有隨溫度變化的導熱系數(shù)方程式或圖表；松散或可壓縮的保溫材料應有使用密度下的導熱系數(shù)方程式或圖表；31硬質預制成型制品抗壓強度不應小于0.3MPa；半硬質的保溫材料壓縮10％時的抗壓強度不應小于0.2MPa。3密度不應大于300kg/m3

32其它：吸水率低、對環(huán)境人體危害小、對管道無腐蝕33供熱管網(wǎng)敷設形式第三十三頁，共77頁。

直埋敷設熱水管道

采用鋼管、保溫層、外護管結合成一體的預制管。符合《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》CJ/T114和《玻璃纖維增強塑料外護層聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》CJ/T129的規(guī)定。聚乙烯供熱管網(wǎng)敷設形式第三十四頁，共77頁。

閥門管道干線、支干線、支線的起點安裝關斷閥門。熱水網(wǎng)干線設分段閥門。輸送干線2～3km；輸配干線1～1.5km。熱源用戶>2km熱源用戶用戶輸送干線輸配干線熱源間的連通干線、環(huán)網(wǎng)分段閥應采用雙向密封閥門。壓力≥1.6MPa，且直徑≥500mm的閘閥應安裝旁通閥。直徑按

閥門直徑十分之一選用。直徑≥500mm的閥門，宜采用電動驅動裝置。>2km供熱管道安裝第三十五頁，共77頁。

放氣、疏放水裝置熱水、凝結水管道高點安裝放氣裝置，低點安裝放水裝置。蒸汽管低點設啟動疏水和經(jīng)常疏水裝置。熱水管道放水時間DN（mm）放水時間（h）≤3002～3350～5004～6≥6005～7疏放水小室供熱管道安裝第三十六頁，共77頁。檢查室凈空高度不小于1.8m，通道寬度不小于0.6m；保溫結構表面與檢查室地面距離不小于0.6m；人孔直徑不小于0.7m，不少于2個，對角布置，人孔避開檢查室內設備，凈空面積小于4m2時，可設1個人孔；至少設1個集水坑，置于人孔下方；檢查室地面應低于管溝內底不小于0.3m；爬梯高度大于4m時應設護攔或在爬梯中間設平臺。供熱管道安裝第三十七頁，共77頁。第三章直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析第三十八頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

山東某沿海城市熱網(wǎng)工程，最大管徑DN1000，最遠供熱距離15km，設計壓力1.5MPa，設計供回水溫度130/70℃。2.計算參數(shù)鋼材：Q235B彈性模量E=20.0×1010Pa線膨脹系數(shù)α＝12.2×10－6m/m℃管材基本許用應力[σ]＝125MPa泊松系數(shù)ν＝0.3計算壓力Ps＝1.6MPa管道循環(huán)最高溫度T1＝130℃管道循環(huán)最低溫度T2＝10℃安裝溫度T0＝10℃管頂覆土深度H=1.5m土壤密度ρ＝1800kg/m3土壤最大摩擦系數(shù)μmax＝0.4土壤最小摩擦系數(shù)μmin＝0.2管道規(guī)格DN1000φ1020×14DC=1160×15.01.工程案例第三十九頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院3.設計流程

按照管網(wǎng)布置情況繪制計算簡圖，依據(jù)據(jù)現(xiàn)場調研情況，確定管網(wǎng)敷設方式和施工安裝方法，并按照設計流程分別進行設計3.1直管的設計方法直管壁厚的選擇計算

（1）根據(jù)《本規(guī)程》進行直管道的壁厚δ計算，按下式：

通過程序進行計算，計算結果，列表顯示。

各種管徑的外徑和計算壁厚的選擇計算，經(jīng)校核、審核人員審核通過后，存入數(shù)據(jù)庫，作為管徑壁厚選擇的初步依據(jù)。也可從數(shù)據(jù)庫中調取其他工程設計人員在其他工程中的的計算數(shù)據(jù)作為參考。第四十頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院表3-1管道壁厚計算表公稱直徑鋼管外徑計算壓力基本許用應力理論計算壁厚壁厚附加值計算壁厚選用壁厚

mmMPaMPammmmmmmmDND0Pd［σ］δtBδcδ10001.61257.201.698.89123.2直管的強度和穩(wěn)定性計算

根據(jù)《城鎮(zhèn)直埋管道設計規(guī)程》進行物補償管段整體穩(wěn)定性驗算。（1）防止循環(huán)塑性破壞無補償管段存在的條件

對于無補償管段，軸向壓應力的變化范圍為：

允許無補償管段存在的應力強度條件：

第四十一頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

相應地，允許無補償管段存在的循環(huán)溫差強度條件為：

式中：(T1－T2)max—無補償管段存在的最大允許循環(huán)溫差，℃

根據(jù)計算DN1000管道，壁厚12mm，壁厚不減薄的情況下，實際循環(huán)最大溫升120℃，小于允許最大溫升(T1－T2)max=133℃，無補償管段滿足安定性強度條件，允許無補償管段存在，即可以對長直管段采用無補償冷安裝的設計方法，對滑動段長度不加任何限制。

（2）防止局部屈曲的條件

為防止管道局部屈曲引起管道失穩(wěn)，對管網(wǎng)系統(tǒng)造成破壞，需要對大口徑薄壁管進行局部屈曲驗算?？蓞⒄铡秴^(qū)域供熱預制直保溫管道系統(tǒng)的設計與安裝》；

管道壁厚缺陷，尤其是我國的鋼管廠大多采用負偏差供貨的較多，加上大口徑的橢圓度問題以及安裝對口的偏差，實際計算值比EN253-2009計算壁厚小2~3mm。我們也是在工程實踐中不斷摸索。第四十二頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院鋼管的徑厚比,可以取至≤40.1,在這種情況下,DN1000滿足局部屈曲的壁厚為14mm；DN900滿足局部屈曲的壁厚為12mm；在應用無不償冷安裝進行直埋管道設計計算時，還要求必須滿足以下條件：1）錨固段中的所有管件（如三通和閥門）必須設計的以承受高的軸向應力。2）管段施工必須采用相同的鋼材材質和公稱壁厚。3）施工中絕不能出現(xiàn)薄弱部位，諸如小角度折角和在直線及角度上的焊接定位偏差。4）必須采取措施限制彎頭處因增大的變形而產生的應力。當管道截面內有缺陷時，如由于安裝定位偏差或類似的原因造成環(huán)狀焊縫的焊縫厚度不足，尺寸和壁厚的局部減?。ㄈ绮患訌姷娜ǎ斶m當增加管道壁厚，或采取其它措施.為防止局部屈曲，可參照如下公式進行設計計算：第四十三頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院當時，當時，綜上所述，本工程的取用壁厚如下：DN1000取用壁厚為14mm；DN900取用壁厚為12mm；3.3管道豎向穩(wěn)定性驗算避免整體失穩(wěn)的垂直荷載Q應滿足下式：

式中： Q—作用在管道上單位長度的垂直分布荷載，N/m； s—安全系數(shù)，s=1.1； Nz—運行工況下的管道最大軸向壓力，N； I—管道截面的慣性矩，m4； f0—初始擾度，m。第四十四頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

由于小口徑管道一般敷設較淺，自重輕，因此在管網(wǎng)設計中對小管道的整體失穩(wěn)應更加注意，無補償冷安裝時，通過增加埋深的方法解決整體失穩(wěn)問題。大口徑管道可以采用預應力方法和降低無補償管段(錨固段)的最大軸向壓力，以避免整體失穩(wěn)問題。

經(jīng)過計算，DN1000預制直埋保溫管道敷設深度1.5m時就滿足抗垂直失穩(wěn)的要求。3.4彎管的強度和穩(wěn)定性計算

（1）彎頭的強度計算

彎頭的破壞是峰值應力產生的疲勞破壞，彎頭處總應力的變化幅度及其強度條件可表示為：第四十五頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

通過計算R=4D時，DN1000，δ=16mm，Δσj=292MPa<375MPa，滿足冷安裝強度計算，以上公式為簡化計算公式，對于大管徑進行冷安裝時應綜合考慮整體結構的受力是否滿足要求，彎管處熱位移如不加控制，變形量巨大，保溫管整體結構將不滿足強度要求。

當所用彎頭的補償能力不能滿足彎臂一側或兩側熱脹變形的要求時，將會采取措施限制彎臂的熱脹變形向彎頭的轉移，這些措施包括：?

在彎臂上設置固定墩，限制彎臂的熱脹變形過多地向彎頭轉移；大管徑所受軸向力巨大，土建固定墩龐大，難以實施，因此在固定墩一側常設置補償器以減小固定墩所受的推力，或采用預熱安裝方式，減少彎管的位移，以確保疲勞壽命。?

在彎臂上增設補償彎管，如Z型或U型補償彎管，利用駐點代替固定墩的作用。第四十六頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

（2）水平轉角管段長度

在溫度變化過程中，只有過渡段長度范圍內管道的熱脹冷縮變形對彎頭的彎曲有影響。當摩擦阻力最小時，形成了最大摩擦長度，同時向彎頭轉移的熱脹冷縮變形較大，彎頭的彎曲變形最大。因此，摩擦阻力最小的工況是彎頭強度計算的設計工況。

彎管的最大過渡段（摩擦）長度可按下式計算：

（3）對最大安裝彎臂長度的要求

當L等于最大允許臂長Lmaxb時，彎頭處彎矩和應力變化達到最大值，即使彎管的彎臂長度再增加，彎矩和應力變化也不會再增加。若此時滿足彎頭的強度驗算條件，說明任意彎臂長度的彎管管段都能滿足強度條件，或者說，對最大安裝彎臂長度沒有任何限制。否則，根據(jù)強度驗算條件，必須對彎臂長度加以限制。

當彎臂長度相等時，存在一滿足強度條件的最大彎臂長度，可按下式計算：第四十七頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

當采用駐點代替固定墩時,兩個彎頭的距離不應大于兩倍的最大彎臂長度，彎管壁厚不允許小預制管壁厚，彎管壁厚按《金屬管道設計規(guī)范》確定。第四十八頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院在管道敷設中推行采用曲管，唯一的缺點是必須提前訂購預制彎管，但使用曲管具有諸多優(yōu)點：?管道布置可按更自然的方式沿街道或地形進行，因此，減少了管線的長度；?可以避免使用小角度折角、L和Z型彎管；?溫度變化引起疲勞的危險點個數(shù)減少，從而提高了管網(wǎng)使用壽命。

3.5折角、變徑、三通的設計方法

（1）折角

直埋管道在定線和施工過程中不可避免的要出現(xiàn)折角，現(xiàn)行規(guī)范對無補償安裝的折角均有明確規(guī)定，出現(xiàn)折角時，須采取保護措施，應控制折角的疲勞強度在允許范圍內，如在規(guī)定許可的長度范圍內，設補償器、固定墩等措施，也可采用預熱安裝。第四十九頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

（2）異徑管

當溫度變化不大于變徑管最大允許溫差時，變徑管滿足疲勞壽命的要求，可以不采取保護措施，變徑管一般控制在兩級以內。否則需要采用在異徑管大口徑處增設固定墩、補償器等措施。

（3）三通分支

按《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》和《火力發(fā)電廠汽水管道技術規(guī)定》按等面積法進行三通壁厚和補強計算，并根據(jù)疲勞分析驗算三通強度。在實際設計過程中，根據(jù)三通分支的位置和位移等情況，進行疲勞驗算，確定是否采用固定墩、補償器等安全措施。

3.6固定墩推力

固定墩通常承受兩側管道的作用力，固定墩的合成推力（作為固定墩結構設計的依據(jù)）應是兩側管道單側推力的代數(shù)和。

由于摩擦阻力的不斷變化，以及兩側管道在變化的摩擦阻力工況中所處的狀態(tài)不同，兩側管道單側推力不一定與摩擦阻力成比例變化。第五十頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

因而，難以明確地看出：最不利的工況（即兩側作用力的代數(shù)和為最大的工況）出現(xiàn)在哪一次管道循環(huán)運行次數(shù)上，亦即在摩擦阻力為哪一個F（由Fmax至Fmin）的工況上。因此，必須對每次循環(huán)的工況計算兩側管道的代數(shù)和，然后才能確定出在哪一狀況下其合成推力為最大的設計值。

另外，在計算設計合成推力時，還應考慮在單側推力較小的一側乘以不均勻抵消系數(shù)：

對于處在滑動段的固定墩，摩擦阻力和位移產生的反作用力乘以0.8；

對于處在錨固段的固定墩，熱脹變形不能釋放而產生的作用力乘以0.9。

可按照《直埋熱水管道設計規(guī)程》附錄E，進行計算。第五十一頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

圖1圖2

圖1（1）l1≥l2≥LmaxH＝0.1Na

（2）l1≥Lmax＞l2H＝Na－0.8（Fmin×l2+Ff2）

（3）Lmax＞l1≥l2≥LminH＝Ψ×Na－0.8Ff2

（4）Lmax＞l1≥Lmin≥l2H＝Na－η×Fmax×l2－0.8Ff2

（5）Lmin≥l1≥l2H＝Fmax（l1－0.8l2）+Ff1－0.8Ff2

＝Fmax×l1+Ff1－0.8（Fmax×l2+Ff2）

圖2（1）l1≥Lmax；l2≥lt.maxH＝0.1Na

（2）l1≥Lmax；lt.max＞l2H＝Na－0.8（Fmin×l2+N2）+Pd×A0

（3）l2≥lt.max；Fmax＞l1H＝Na－0.8（Fmin×l1+Ff1）

（4）Lmax＞l1≥Lmin；lt.max＞l2≥lt.max

當l1＞l2時H＝Ψ′×Na－0.8N2+Pd×A0

當l2＞l1時H＝Ψ"×Na－0.8Ff1

（5）Lmax＞l1≥Lmin；lt.min≥l2H＝Na－η×Fmax×l2－0.8N2+Pd×A0

（6）lt.max＞l2≥lt.min；Lmin≥l1H＝Na－η×Fmax×l1－0.8Ff1

（7）Lmin≥l1；lt.min≥l2當Fmax×l1+Ff1＞Fmax×l2+N2－Pd×A0時H＝Fmax×l1+Ff1+Ff1－0.8（Fmax×l2+N2）+Pd×A0

當Fmax×l1+Ff1＜Fmax×l2+N2－Pd×A0時H＝Fmax×l2+N2－0.8（Fmax×l1+Ff1）－Pd×A0第五十二頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

圖3

圖4l≥lt.minH＝Na－0.8Ffl≥LminH＝Na－0.8Ffl＜lt.minH＝Fmax×l+N－0.8Ff－Pd×A0l＜LminH＝Fmax×l+Ff2－0.8Ff1

圖5

圖6l≥LminH＝Nal≥LminH＝Na+Pd×A0l＜LminH＝Fmax×l+Nl＜LminH＝Fmax×l+Ff+Pd×A0注：1lt.max、lt.min為轉角管段的過渡段最大長度和過渡段最小長度。lt.max可由式（C1.1.1-1）求出；lt.min亦可由式（C1.1.1-1）求出，但式中Fmin應改為Fmax；2Ψ'為按Ψ曲線將橫坐標改為/查出的Ψ值；3Ψ"為按Ψ曲線將橫坐標改為/查出的Ψ值；4η'為按η曲線將橫坐標改為l2/lt.min查出的η值；5A0為管道流通面積。第五十三頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院4.管道最大允許溫差（T1-T2）max=(見規(guī)程P11)DN1200管道，外徑1020mm，壁厚為14mm時，其最大允許溫升:σt－環(huán)向拉應力σt＝

＝

＝56.7MPa(見規(guī)程P10)（T1-T2）max=

=137.4℃T1-T2=130-10=120<（T1-T2）max

滿足安定性強度條件，故熱網(wǎng)中允許無補償管段出現(xiàn).5.管道單長摩擦力最大摩擦力Fmax=

=

=53190N/mFmin=

=

=26595N/m第五十四頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

6.整體失穩(wěn)計算QQ-作用在管道上單位長度的垂直分布荷載N/m

垂直荷載Q包括下列三部分：Q=Gw＋G+2SF

其中Gw＝SF=

式中：Gw－每米管長的土層重量，N/m；G－每米預制保溫管重量（含介質及保溫材料）N/m；SF－靜土壓力造成的剪切力，N/m；K0－土壤靜壓力系數(shù)，K0＝1－sinφφ－土壤的內摩擦角,取30°.第五十五頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院γs－安全系數(shù)，取1.1;I－管道截面慣性矩，m4；I=f0－初始撓度，m.Nz-運行工況下的管道最大軸向壓力，N;Nz=EAα(T1-T0)-AνA-鋼管截面積A0-流通面積A=＝π×（1.020－0.014）×0.014=0.0442m2A0=

Nz=EAα(T1-T0)-Aν＝12.20×106N第五十六頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院I=＝=0.0056m4

=0.15m

G=10951N/mGw＝

＝

＝28962N/m

SF＝

＝11228N/m

Q=Gw＋G+2SF=28962+10951+2×11228=62369N/m故管線不會產生失穩(wěn)第五十七頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院7.摩擦長度7.1補償器形成的摩擦長度 (4-13)

式中：LF,c —不同工況下（不同摩擦系數(shù)）補償器形成的摩擦長度，m； F —不同工況下（不同摩擦系數(shù)）的軸向摩擦阻力，N/m。 Aj —補償器的有效面積，m2；7.2彎頭形成的摩擦長度 (4-14)

其中：第五十八頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院8.主要節(jié)點施工圖設計方案例題：長沙路穿越四流南路，4/21節(jié)點至3/25節(jié)點總長為505m，穿越方式見下圖：（1）補償器形成的摩擦長度及單側推力Fmax=53190N/m第五十九頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院A補償器膨脹量：用L=300m(L<LFmax,c)計算

設計膨脹量=1.2u=0.4mB最大單側推力：用L=229m(L>LFmin,c)計算C最小單側推力：用L=300m(L<LFmax,c)計算（2）彎頭形成的摩擦長度及單側推力第六十頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院第六十一頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析A最大單側推力：用L=194.9m(L>LFmin,b)計算

B最小單側推力：用L=200m(L<LFmax,b)計算（3）固定墩合成推力

固定墩合成推力為N1=1220×104-1172×104=48×104NN2=843×104-797×104=46×104N中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院第六十二頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析（4）4-21點彎頭強度計算中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院（鋼管的橫截面積）；（鋼管的流通面積）；(鋼管的慣性矩)；(最小摩擦力)；(內壓環(huán)向應力)；第六十三頁，共77頁。直埋供熱管網(wǎng)典型工程案例分析中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院故彎頭滿足強度條件第六十四頁，共77頁。第四章供熱管網(wǎng)敷設方式優(yōu)缺點比較第六十五頁，共77頁。供熱管網(wǎng)敷設方式優(yōu)缺點比較中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院直埋敷設方式的簡要介紹

直埋供熱管道的敷設方式按照長直管道是否允許出現(xiàn)無補償管段分為兩大類：有補償和無補償敷設。無補償敷設按照管道焊接溫度又可分為冷安裝和預應力安裝。

就滿足安定性條件而論，有補償可用于各種供熱系統(tǒng)和敷設方式，而無補償敷設是有條件的，即使采用預應力安裝也是如此。從管段的應力變化范圍分析，冷安裝應力變化范圍和預熱安裝相同，但冷安裝管道的應力幅度約為預熱安裝的2倍，即直管段和彎頭的溫升軸向力約為預熱安裝的2倍。這就增大了直管段向管道附件包括彎頭、折角等釋放變形的能力，引起附件等承受較大峰值應力而破壞。理論上管道施工速度和工程造價看，冷安裝減少了很多管道人為設置的補償器和固定墩，施工方便、速度快、投資??；而預熱安裝次之，有補償相對最差。而對于保溫管道質量、鋼管的橢圓度、壁厚以及焊接工藝，小角度而處理、管道附件的質量、閥門所能承受的拉壓應力等，冷安裝的質量要求更高。對于穿跨域遇到頂管、架空敷設是如何處理直埋與架空的關系，是保證系統(tǒng)安全運行所必須面對和要采取措施進行處理的。第六十六頁，共77頁。供熱管網(wǎng)敷設方式優(yōu)缺點比較中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院直埋敷設方式的簡要介紹

預熱安裝的目的是：（1）減小錨固段（無補償管段）內力和應力水平；相應減小閥門、變徑管的軸向力；（2）減小管道應力和變形可能對預制保溫彎頭、三通、折角等的破壞；（3）保證管道的應力水平較低，減小管道局部屈曲的危險，尤其是大口徑管道通常DN800以上的管壁較薄，更容易出現(xiàn)局部失穩(wěn)；（4）預熱安裝可以減小固定墩的推力；（5）管道應力變化范圍預熱安裝與否無關，冷安裝預預熱安裝時的應力變化相等。第六十七頁，共77頁。供熱管網(wǎng)敷設方式優(yōu)缺點比較中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院電預熱、熱水預熱、熱風預熱的優(yōu)缺點比較

目前國內直埋熱水管道預熱安裝的方法主要有電預熱、熱水預熱和熱風預熱這三種方法。電預熱：利用鋼管本身材料特性，鋼管作為電阻，當通過電流時，產生熱量，管道受熱伸長達到設計值。所使用的設備主要有柴油發(fā)電機配有電控制設備。電預熱的特點是溫升時間可以控制、升溫時間短，溫升均勻，在不同的環(huán)境溫度下均能達到設計要求，管道應力水平均均勻，達到預熱溫度后即可回填，施工周期短，適宜敞槽預熱的安裝方式，預熱管段至少大于2倍的摩擦長度，預熱管段較長；與風預熱方式相比投資省、應力水平均勻；比熱水預熱的摩擦阻力小、預熱時間周期短、投資省，其缺點難以實現(xiàn)覆土預熱，受柴油發(fā)電設備電壓、電流的限制，不能實現(xiàn)整體預熱，只能分段預熱，此外發(fā)電設備的噪音較大。第六十八頁，共77頁。供熱管網(wǎng)敷設方式優(yōu)缺點比較中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院熱風預熱：在預熱段兩端需要設置兩臺大小不能的風機，回風經(jīng)過電或油加熱裝置進到送風機加壓后進入待預熱的鋼管，通過關斷另一端的應風機進行循環(huán)加熱。設備復雜，需要設置臨時風管于熱水管道相連，雖然加熱速度較快，溫升較快，但由于管道距離較長、熱風不能一次均勻加熱管道，因此管道受力不均，熱伸長量控制比較困難，一次費用較高，不適宜覆土預熱安裝，近年來已很少采用。熱水預熱：宜采用移動鍋爐或主熱源進行預熱，預熱段大于2倍的摩擦長度即可，可不受預熱管道長度的限制，適宜老管網(wǎng)的改造升級，采用移動鍋爐進行分段預熱時，受熱雖然均勻、但是由于水自重的原因，其摩擦力遠高于電預熱和熱風預熱，因此加熱時間長，造價比電預熱和風預熱高。第六十九頁，共77頁。供熱管網(wǎng)敷設方式優(yōu)缺點比較中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院

覆土預熱時，一般采用熱水預熱，需要設置一次性補償器，當敞槽預熱受限時，需要邊安裝管道，邊覆土，直至管槽全部回填后再進行預熱，管道受土壤摩擦力的約束，不能釋放全部應力，因此需要設置一次性補償，來吸收管道預熱時產生的熱位移。

1.預熱安裝并沒有改變管段內的當量應力，只是用零應力溫度重新分配管段內的拉、壓應力；4.預熱安裝管系設計的理論是安定性分析理論。3.一次性補償器結構中限位塊是必不可少的；2.預熱安裝質量的唯一簡單可靠的參數(shù)是ΔL=αL(tm-ta)；第七十頁，共77頁。供熱管網(wǎng)敷設方式優(yōu)缺點比較中國市政工程華北設計研究總院第六設計研究院現(xiàn)有管網(wǎng)采用一次性補償器替代常規(guī)補償器改造方案的幾點說明和注意事項

對于高地下水位地區(qū)，尤其是沿海地區(qū)，土壤中鹽分和氯離子濃度很高，而現(xiàn)有管網(wǎng)選擇的直埋式補償器，其材質為奧氏體不銹鋼，如304（0Cr18Ni9）、304L（0Cr19Ni10）、316（0Cr17Ni12Mo2）、316L（0Cr17Ni14Mo2），奧氏體不銹鋼在非應力狀態(tài)下，抵抗酸堿腐蝕的性能較好，但在應力狀態(tài)和高氯離子濃度環(huán)境中極易發(fā)生應力腐蝕，造成補償器爆管破裂事故，如果想使補償器長