直埋無補償冷安裝技術(shù)在供熱工程中的應(yīng)用
徐秀蘭
關(guān)鍵詞：直埋無補償敷設(shè)技術(shù)；預(yù)熱安裝；應(yīng)力分類法；冷安裝
1 引言
目前，熱力管網(wǎng)的直埋敷設(shè)在國內(nèi)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在許多供熱工程中，其主要原因是
由于該系統(tǒng)設(shè)計中沒有補償器固定墩，減少了系統(tǒng)中危險點的數(shù)量，提高了安全；節(jié)約了工程資金；施工周期短，管道壽命長；維護費用低以及熱損失小且不影響地面環(huán)境外貌等優(yōu)點。
2 直埋管網(wǎng)敷設(shè)方式
直埋管網(wǎng)敷設(shè)方式簡單的講有兩種，一種是有補償直埋敷設(shè)，另一種是無補償直埋敷設(shè)。
無補償直埋敷設(shè)，改變了以往利用補償器來吸收管道的熱膨脹變形從而使管道應(yīng)力下降的模式，而是充分利用了鋼材本身的強度應(yīng)力特性，在降低應(yīng)力水平的前提下實施的一種方法。
3 直埋管網(wǎng)安裝方式
直埋管網(wǎng)安裝方式從有補償、預(yù)熱安裝發(fā)展為冷安裝方式。
3.1無補償冷安裝
無補償冷安裝是指供熱管道的整體焊接溫度等于溝槽的回填時的溫度，即管線焊接和溝槽回填等安裝過程都是在正常的環(huán)境溫度下進行的。
管道應(yīng)力驗算采用分類法和安定性分析理論，設(shè)計中考慮各種荷載條件可能的組合，將應(yīng)力根據(jù)其起因、來源、作用范圍、性質(zhì)和危害程度不同進行分類，采用不同的強度驗算條件。
按照以上方法設(shè)計的直埋熱水管道，直管段通常可以不設(shè)補償器且不必預(yù)熱，管道焊接和溝槽回填等安裝過程都在冷態(tài)條件下進行。在冷態(tài)的環(huán)境溫度下管道處于零應(yīng)力狀態(tài)，在運行工況下熱應(yīng)力增大，但應(yīng)力變化范圍始終控制在允許值之內(nèi)。該設(shè)計方法在熱水管道直埋敷設(shè)中可以發(fā)揮明星優(yōu)勢，利用溫度應(yīng)力具有自限性的特點，充分發(fā)揮管材的承載能力。
3.2 預(yù)應(yīng)力方式
預(yù)應(yīng)力方式有敞開式預(yù)熱安裝和設(shè)置一次性補償器覆土后預(yù)熱兩種，在管道溫度升至預(yù)熱溫度時回填或焊接，在管道溫度恢復(fù)至環(huán)境溫度時，管道處于拉應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。由于一定量的熱膨脹變形提前釋放，管道在工作過程中壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均不超過鋼材的許用應(yīng)力。
a敞開式預(yù)熱安裝
在覆土前，管道可以進行敞開式預(yù)熱。由于沒有土壤摩擦力，管道的熱脹變形可以提前釋放，預(yù)熱溫度為管段內(nèi)平均應(yīng)力為靈時的溫度。
管道被加熱到預(yù)熱溫度時覆土后再冷卻，使管道達到一定的平均應(yīng)力水平。在首次運行加熱移動后，其管端的位移與冷安裝的位移大致相同，但避免了冷安裝在首次移動時的較大位移。
b設(shè)置一次性補償器覆土后預(yù)熱
這種方法是在管道的直段部分，按計算的間距分段安裝一次性補償器，并僅在補償器
附近的溝槽處敞口，其余溝槽回填。一次性補償器的補償量在預(yù)熱前調(diào)整為設(shè)計值，當管道首次加熱使補償器的伸長量到位后將一次性補償器焊接為整體，管道的熱脹變形得到了提前釋放。
由于土壤摩擦力的作用，在兩個一次性補償器之間的局部應(yīng)力，將高于補償器處的應(yīng)力，然而，由于系統(tǒng)溫度的變化，在多次變化以后，應(yīng)力將均勻一致。
3.3無補償冷安裝與有補償和預(yù)熱方式的性能比較
無補償冷安裝具有以下優(yōu)點：
a安裝簡單，施工周期短；
b減少固定墩和檢查井，占地少；
c管道不動的錨固段較長，管路附件少，維修管理工作少，運行安全可靠；
d管網(wǎng)停運期間管道處于底應(yīng)力狀態(tài)，管道維修施工和分支安裝不必采取特殊措施；
e投資少，無預(yù)熱或額外補償裝置所需要的費用。
缺點：錨固段中管道軸向力較大，管路附件要求強度較大。
4 直埋無補償冷安裝在設(shè)計及施工中的關(guān)鍵點
直埋無補償冷安裝供熱管道在設(shè)計中除按照規(guī)程強度設(shè)計外，同時還應(yīng)采取相應(yīng)的措施來避免出現(xiàn)整體失穩(wěn)、局部失穩(wěn)和橢圓化變形。
4.1 管材要求
采用鋼管、保溫層和外護層緊密結(jié)合的整體式預(yù)制保溫結(jié)構(gòu)，我們的供熱管道采用高密 度聚乙烯預(yù)制保溫管及耐高溫的聚氨酯保溫材料，能保證工作鋼管、聚氨酯泡沫塑料保溫層 和高密度聚乙烯外護管緊密地連接成一個“三位一體”的結(jié)構(gòu)。
4.2設(shè)計要求
a針對市區(qū)地下敷設(shè)的管道易產(chǎn)生折角的現(xiàn)象，在管道布置中將大折角分解為幾個小角度折角進行敷設(shè)。對于相距較近的折角，由于將其分解為小折角會很困難，則采用大彎曲半徑的彎管來代替大折角，從而避免了折角處有預(yù)應(yīng)力集中而產(chǎn)生低循環(huán)疲勞破壞或局部失穩(wěn)破壞。
b使用大彎曲半徑的彎頭，所有直埋管道大口徑彎頭的彎曲半徑不小于2.5倍公稱直徑。
彎頭的壁厚比相同管徑的鋼管壁厚多2mm.
4.3焊接及檢驗要求
現(xiàn)場焊接應(yīng)保證焊透，管徑大于或等于DN400的鋼管及管件焊接應(yīng)采用氬弧焊打底，并采用雙面焊接。
5 結(jié)論
直埋敷設(shè)應(yīng)優(yōu)先采用無補償敷設(shè)方式，減少補償器和固定墩的設(shè)置，以減少官網(wǎng)的投資和出現(xiàn)事故的概率；安裝時優(yōu)先采用冷安裝方式，避免預(yù)應(yīng)力方式帶來的工程投資和施工難度；無補償冷安裝敷設(shè)方式采用先進的應(yīng)力分析法，已得到國內(nèi)外供熱界的普遍承認，而且事實證明無補償冷安裝技術(shù)是完全可以保證供熱管網(wǎng)安全、經(jīng)濟的運行。

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