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蒸汽直埋保溫管

早在 70 年代，北京煤氣熱力設計研究院就將當時已應用于火力發(fā)電廠汽水管道上的 應力分類法推廣到直埋供熱管網(wǎng)上，其顯著的特點是對溫度應力采用安定性分析，這 樣，直管段通常可采用既不預熱也不補償?shù)臒o補償冷安裝方式。然而，在 80 年代中， 我國很多的直埋供熱管網(wǎng)使用的都是從北歐引進的預制保溫管，這樣，很多設計單位也 相應地采用了北歐的彈性分析法進行直埋管網(wǎng)設計。采用彈性分析時，為保證管道始終 處于彈性狀態(tài)，直管段通常要采用設置補償裝置、預熱或設置一次性補償器的安裝方式。 進入 90 年代，多年的直埋熱網(wǎng)運行經(jīng)驗，讓我國大多數(shù)設計人員認識到，在直管段對 溫度應力采用彈性分析的確過于保守，越來越多的設計人員開始應力分類法進行直埋管 道的強度設計。此時，北歐也已意識到這一點，1993 年版的《ABB 供熱手冊》中介紹 了一種管道應力已超過彈性范圍的冷安裝方式，接著在 1996 年版的歐洲標準《區(qū)域供 熱整體式預制保溫管的設計、計算和安裝》和 1997 年為解釋該標準而出版的《集中供 熱手冊》中則明確地提出應力分類法。 1999 年，在唐山市熱力公司、北京市煤氣熱力設計研究院、哈爾濱建筑大學和沈陽 市熱力設計研究院等單位的努力下，歷經(jīng)六年的國家行業(yè)標準《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程 技術規(guī)程》（CJJ/T81-98）頒布實施，標準明確規(guī)定了采用應力分類法進行直埋熱力管 道的強度設計，標準的頒布也標志著我國直埋管道設計理論進入了水平。但目 前國內(nèi)《規(guī)程》中所給定的管道受力等計算圖表中數(shù)據(jù)均限制管徑在 DN500 以下。然 而隨著我國供熱事業(yè)的飛速發(fā)展，規(guī)程適用范圍已不能滿足實際熱網(wǎng)的需要，城市熱網(wǎng) 的較大管徑都超過 DN500。因此必須找到一種能適用于大口徑直埋管道的設計方法。 本文從直埋管道強度計算的基本原理出發(fā)，對直埋供熱管道特別是大口徑直埋管道 在設計中所需考慮的問題介紹了幾點體會，供參考。

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2 直埋供熱管道的應力： 對于直埋管道來說無論其管徑多大，管道所產(chǎn)生的應力主要是管內(nèi)介質(zhì)的內(nèi)壓力和 管道發(fā)生軸向位移時的土壤軸向摩擦力，還有管道發(fā)生側向位移時的土壤側向壓縮反 力。內(nèi)壓力所產(chǎn)生的一次應力和土壤側向壓縮反力引起的管道二次應力的計算方法按照 現(xiàn)有的《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術規(guī)程》（CJJ/T81-98）進行計算，但土壤軸向摩擦 力引起的一次應力在現(xiàn)有的《規(guī)程》中忽略了管道本身自重的影響，這在小口徑直埋管 道強度計算中是沒有問題的，但對于大口徑直埋管道由于管道本身自重大，當管道發(fā)生 軸向位移時，由自重產(chǎn)生的管道與土壤之間摩擦力不可忽略。按照文獻[1]的介紹，摩擦 力的計算公式中應當考慮管道自重這一項，即： ｆ=μ[πρg(H+Dw /2)Dw+G] 其中： ｆ— 軸線方向每米管道的摩擦力，N／m； μ— 外管殼與土壤的摩擦系數(shù)； ρ— 土壤密度，kg／m3 ，一般砂土取 1800 kg／m3 ； g — 重力加速度，m／s 2 ； H— 管頂覆土深度，m； Dw — 預制保溫管外殼的外徑，m； G— 每米預制保溫管的滿水重量，N／m。 管道軸向應力：σZ = F／A σZ— 管道軸向應力，MPa； F— 管道軸向力， N； 對于處在過渡段的管道 F =ｆ·L ， L— 過渡段長度，m； A— 鋼管管壁橫截面積，mm 2 。 通過計算，對于 DN1000 的預制保溫管埋深在 1.2～1.5 米時，由管道自重引起的軸 向應力約占上式計算軸向應力的 10%左右。 3 直埋管道的安裝方式： 目前國內(nèi)對直埋管道的安裝方式通常主要有以下幾種： 3.1 預熱安裝 在管道安裝完之后覆土之前，管道進行預熱（也可以在預熱之前將管線覆土，僅在 補償器附近的溝槽處敞口）。管道被加熱到預熱溫度時，保持溫度恒定，將一次性補償 器焊死，接著進行覆土，待整個預熱段全部回填完后，再開始降溫。

3.2 有補償安裝 在管道安裝時，為保證管道由溫升引起的二次應力和由內(nèi)壓引起的一次應力的綜合 應力不超過鋼材的許用應力，因此在管道系統(tǒng)中設置膨脹彎、補償器等吸收管道熱膨脹 的補償元件，使鋼管始終處在彈性范圍內(nèi)工作。 3.3 冷安裝 冷安裝方式是 ABB 集中供熱手冊中提出來的，其允許鋼管的較大軸向應力為 325MPa，在管道系統(tǒng)中不設補償器，也不進行預熱，但冷安裝對施工安裝要求較高。