浅议高温热水直埋供热管道在无补偿冷安装条件下的应用

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摘要：大家已对它的基本理论形成了了共识，但是在实际工程中，仍然会遇到各种各样的问题。有时这些问题非常棘手。设计直埋供热管道的强度时，应该积极采用不同的技术措施，这样才能有效避免因管道性质不同从而产生不同应力，对管道产生破坏。因此，我们需要探究并选择不同的安装方式，要具体问题具体分析。针对不同的管段，采用不同的措施，这样才能够使得直埋热管道有效运行。

关键词：供热，无补偿设计，直埋

中图分类号：TU833文献标识码： A

一、直埋管道中的应力分析

在热力管道上主要有两种作用力，分别来自温度和压力。在架空和地沟的热力管道上，不仅仅只有这样两种力，还包括了热力管道的自重；但是对于直埋供热管道来说，除了上述各种力，还包括了土壤轴向摩擦力以及土壤侧向压缩反力。一般来说，直埋供热管道的应力状况直接决定了该管道安全与否，热力管道之所以产生应力，其原因主要是管道上相应荷载的作用，而荷载又主要来自于两个方面，一是工作压力，二是温度变化。

1、管道荷载

直埋供热管道的主要荷载主要包括两个方面，一个是工作压力，另一个是温度变化。在直埋供热管道工作时，它的压力不发生变化，它与管道发生形变没有任何关系，这时所产生的力，我们称之为一次应力。由于温度变化对管道产生的相关作用，比如位移作用，这时产生的力，我们称之为二次应力。

2、管道的应力分类

因为作用的不同，它所产生的应力也不同，因而导致的失效方式也不一样。我们把应力分为三种：

一次应力：由于工作的压力而在直管道中产生的应力。

二次应力：由于温度的变化，管道也会热胀冷缩而变形，这种变形不能自由释放，因此就在直管道中产生相应的应力。

峰值应力：在承受一次应力，同时又有二次应力作用的情况下，直管道向那些在结构上并不连续的相关管件释放应力作用下的形变，这事就会在管件上产生相应的应力，我们称之为峰值应力。

3、土壤的影响

一般情况下，如果是有沟敷设和架空敷设。由于管道的自重，管道会有一个轴向的弯曲变形。但是在土壤中，土壤能够在一定程度上起到支撑作用，这样就能减轻管道的重量，这也就使得它能够减少相应的弯曲变形，所以说，对于其在管道刚度以及强度上的影响，我们一般可以忽略。管道温度的上升，由于土壤而产生的摩擦力和压缩反力，这就使得供热管道因热胀冷缩而产生的形变受到了一定的限制，这样就会产生较大的二次应力。

二、无补偿冷安装直埋的概念

所谓的无补偿冷安装，就是指在管道回填时，由于不补偿，也不预应力，在发生温度变化时，这时管段为不动的锚固状态。在管道整体焊接时，其温度和回填时相应的环境温度一样，在这种环境温度下，这时的管道处零应力状态。然而运行时，温升就会变大，锚段产生的内力和相应的应力，包括过渡段中，相关的活动端处的位移量较大。按照设计原理，我们通常把无补偿敷设分为两类：一是弹性分析法，二是安定性分析法。一般来说，用弹性分析法，我们要按第四强度理论计算，以直埋供热管网设计的历史为出发点，依据相应的理论，即管道的运行最高温度和安装温度，他们两者之差比按强度条件计算的最大温差小，在这种情况下，管道就可进入锚固段。换一句话说，管道的运行最高温度和安装温度，这两者的差，比按强度条件计算的最大温差小，在这种情况下，长直管段中一般就不用设补偿器。

三、施工中的主要相关事项

在工程的施工过程中，应符合一定的安装标准，同时，还需要注意以下事项：

1、平面折角和竖向坡度：

施工中，平面折角应小于 1 度，另外，竖向坡度变化应该小于 2%，这种情况下，管道可视为直管段。除此之外，如果施工遇到障碍，那么就必须提前变坡调整，这时变坡应不超过 2%，铺设管道之间的距离调整：相应的变角调整应该不大于 1 度。在施工之前，一般需要进行相关核实检查，比如下一段接口处平面变角及纵向坡度。

2、管端需要有保护封帽，在管道中，必须无杂物、砂土等，而且在保温管外护层，应没有破损现象，如果发现有破损现象，应及时更换管道，而且，在焊接之前，应对管道进行相关的检查，如果发现管内存在杂物、砂土等，应及时安排人员清扫干净，确保无误后，才能进行焊接。在施工间断时，要把管口及时封闭。

保温接头的处理：

在管道强度试验合格后，直埋保温管接头才可进行，不仅如此，相关的制作必须在施工现场由直埋保温管供应生产厂商亲自完成。

⑴一般情况下，在接口发泡时，环境温度应不低于 10℃。

⑵在接口钢管表面、两侧保温端面，不能存在水分、油污等杂质；预制直埋保温管时，在现场切割后，必须及时并彻底清洁钢管表面，要确保没有泡沫残渣的存在。

⑶在接口处理时，不能采用手工发泡，另外，在发泡前，我们需要对接头处进行气密性试验，一般试验压力为 20kPa。

⑷在保温接头的外套管和外护管连接时，需要采用电热熔焊。

四、管道焊接

在管道焊接中，应遵守国家的相关规定。在进行钢管及管件的焊接时，一般需采用氩气保护焊打底双面焊。同时要确保焊缝表面没有裂纹、气孔、夹渣等等缺陷的存在，同时不能有漏焊、欠焊的情况。在进行管道手工焊缝后，必须用超声波100%探伤，并要符合相关的规定。在个别管道焊缝时，有时不具备水压试验条件，这时就必须进行 100%射线探伤。不仅如此，相关焊工必须进行相应的培训和考试，只有通过了考试，才能参加焊接操作。

五、试压、清洗、试运行中的注意事项

在把管道正式投入使用之前，对管道进行试压和清洗等是一个十分重要的环节。

1、 管道试压：其试压方式一般为水压试验，所谓水压试验，就是在充水的同时打开放气阀门，使其排净其中的空气。在进行试验时，相应的环境温度一般不应低于 5℃。试压过程一般包括两个方面，一是强度试验，二是严密性试验。

2、 在试压合格后，方可对供热管网进行相关的清洗工作，首先要对管道进行清扫，清扫干净后再用水进行清洗，然后再对除污短管进行人工清扫。

3、在单位工程验收以及管网试压、管网清洗合格，包括热源具备了供热条件后，我们才能进行试运行。在试运行前，必须制定相应的试运行方案，方案必须对试运行过程中的各个阶段有一个非常详细的安排。在环境温度低于 5℃时，我们进行试运行，必须要采取可靠的防冻措施。

结语：

在无补偿冷安装条件下，必须要清楚应用直埋供热管道的基本理论。包括，钢材的应力特性，以及供热管道在土壤中的受力特性，同时还包括，在管道的工作压力作用和温度变化作用下，对管道的破坏方式，所以说，为保持管道的安定性状态，我们对无补偿冷安装方式进行了相关的理论讨论和指导，只又通过了严谨的论证，并以此基础为基础，这样才能确保高温热水直埋供热管道在无补偿冷安装条件下能够更加有效的应用，同时对于高温水无补偿直埋管道敷设的适用范围也有了极大的拓宽。

参考文献：

[1] 李善化、康慧. 实用集中供热手册.中国电力出版社.

[2] 贺平、孙刚、王飞、吴华新.供热工程（第四版）.中国建筑工业出版社.1993:260~276.

[3] 王飞、张建伟，直埋供热管道工程设计.中国建筑工业出版社 2007:9~60.

[4] 王钢，贺平等.直埋敷设热水管网强度设计中的几个概念性问题.区域供热.1997(3).