供热管道直埋敷设技术的探讨.docx

1、供热管道直埋敷设技术的探讨供热管道直埋敷设技术的探讨*徐宝平孙树林摘要探讨了直埋保温管道的敷设技术问题，对直埋保温管道的选择、埋设方式、埋设深度及管道补偿方式、补偿器的选用进行了介绍与分析，并借实例对管道支架所受推力进行了计算以确定最佳敷设方案；提出了施工注意事项，以保证施工质量、满足设计要求。关键词供热管网直埋保温管道补偿器管道支架中图分类号TU822.2RESEARCH ABOUT LAYING TECHNOLOGY OF DIRECTLY-BURIED HEATING PIPESXu BaopingSun ShulinABSTRACTThis thesis studies the que

2、stion about laying technology of directly-buried thermal insulation pipes, introdues and analyzes the directly-buried thermal insulation pipes choice、laying method、laying depth and pipes compensation method、compensation choise and so on; and calculate, through example, the thrust on the pipe stand i

3、n order to decide the best laying method. This paper also provides construction points for attention, in order to insure construction quality, to meet the design need.KEY WORDSheating pipe, directly-buried thermal insulation pipes，compensator， pipe stand1概述供热管网直埋敷设方式与管沟敷设方式相比，具有节能、节省投资、工程量少、工期短、占地少、

4、不影响市容、使用寿命长、维修工作量小及高密度聚乙烯、氰聚塑外护套管耐腐蚀等许多优点，尤其适合于像天津开发区地下水位高、盐碱度大的地区。直埋保温管常用的有两种，一种是“氰聚塑”直埋保温管，保温层耐温可达120 ，采用高温聚氨酯保温层可耐温150 ，这种直埋保温管制作工艺较简单，价格较低，且接头现场处理较为容易；另一种直埋式预制保温管，俗称“夹克管”，其机械、物理性能均优于氰聚塑 直埋保温管，但价格相对较高，接头处需进行热熔焊、塑料焊，并需进行热塑带缠绕加强，施工难度较大。2不同埋设方式的设计计算供热管道直埋敷设目前有三种作法，一种为无补偿直埋敷设；第二种为有补偿直埋敷设；第三种是介于前两种之间的

5、一次性补偿直埋敷设。本文主要讨论第一种和第三种直埋方式。2.1无补偿直埋敷设无补偿直埋敷设即利用土壤与管道间的摩擦力阻碍管道的伸缩，当土壤与管道间的摩擦阻力之和等于或大于管道膨胀力的时候，管线便不再伸长，即可不加补偿器。此种埋设方式适用于95 以下的低温供热管线。管线的单位长度摩擦阻力为：P=DK假设当管线长度达到L时，膨胀力与摩擦力相平衡，则L管段以外的地下管线就不再伸长。有：DKL=E(tp-ts)fL= E(tp-ts)f/（DK）K=H0+H0+tg2(45-/2)2例如3259管，保温层外径为0.425 m，H0=1.5 m,tp=95 ,ts=0 ,代入上式计算得出L=231 m。

6、即231 m以外的管线无伸长。且由于摩擦阻力的作用，管线的伸长量实际上只有同等长度的不埋地管线的一半。经现场实际观测，基本相符。所以231 m管线的伸长量应为：L=L(tp-ts)/2=0.134 m=134 mm以上结果表明，在这种条件下，3259的直埋管线无论有多长，最多只有134 mm的伸长量，且这个伸长量体现在该管线的两端，即每端的伸长量仅有67 mm。如果该管线的两端是弯头，尽管埋在土中，但仍能有部分弹性变形及塑性变形，其应力值不会超过许用应力。如果该管线的两端是出土端，出土管线只要适当采取措施吸收67 mm的伸长量即可。如果对该管线加以预热处理，先升温至50 左右，维持这个温度达2

7、小时后再开始回填土，分层夯实，然后再进行降温，由于土壤的摩擦力，管线已恢复不到原有的长度，实际上是对该管线施行了预拉伸。当管线正常运行时，该管线的实际伸长量为：L=L（tp-ts）/2=0.064 m=64 mm预热后更增加了管网的可靠性。管线埋深应考虑以下两个问题：(1) 保证管线不失稳热管线运行时，轴向应力很大，只有覆土深度超过一定的值，才能使其保持稳定。其条件是土壤对管线的压力应大于管线的热膨胀力。有关资料介绍了临界覆土深度的算式：Hkp=(A-g管-g液)/（D）(2) 管线埋深须满足行车的动荷载通常，管线埋的越深，作用在管线上的动荷载压强就越小。其关系式如下：P=Q（1+i）/(H0

8、+10)275当埋深1 m时，取Q=8 000 kg，i=0.45,则P=0.383 kg/cm2。氰聚塑保温管的综合抗压强度大于8 kg/cm2,强度没问题。一般情况下，只要能满足管线不失稳的条件就能满足行车的要求。2.2一次性补偿直埋这种直埋方式在管道某处设置固定支座及一次性补偿器，将管线预热至运行温度的一半左右，一次性补偿器吸收管线膨胀并变形，然后将一次性补偿器焊牢，使其失去补偿作用而成为管线的一部分，降温时管线受拉应力，正常运行时管线受压应力，但都在管线的许用应力以内，管线能安全运行。这种直埋方式适用于120 以下的高温水管线及达不到稳定要求埋深的管线。天津开发区4#热源厂供热管网水温

9、12080 ，主干管直径600 mm。方案1如图1所示。图1方案1预热温度：ty=tmax-44.4-pmaxdi/168S 钢管规格:6009; P:8 kgf/cm2, tmax:95;将上述数据代入上式得: ty=72.3 。我们认为此温度偏高，经比较确定ty=65 。一次性补偿器的补偿量X：X=0.012L(ty-ts)=191 mm选用YCB630-26-560型波纹一次性补偿器，最大补偿量260 mm，两固定点间允许最大距离288m，可以满足要求。管线强度校核，对于直管段：当温度由65 升至120 时，管线轴向热应力（压应力）为：热=Et=1 328 kg/cm2由内压力产生的轴向

10、应力为： 内=pdi/2S=82 kg/cm2轴=热-内=1 246 kg/cm2轴=1 400 kg/cm2(120 时的值),所以能够安全运行。当管线由65 降至5 时（冬季管线停运），管线受拉应力，此时：内=0热=1 449 kg/cm2轴=热=1 449 kg/cm2轴=1 460 kg/cm2(20 时的值),能够安全运行。 为了减小固定支架1的推力，特提出方案2，如图2所示。图2方案2方案2比方案1多增加一个固定支架，且在架1与架2之间，架4与架5之间各加一个直埋式波纹管补偿器，其目的是为了用L2与L7管段与土壤的摩擦力平衡L3、L4及L5、L6热应力，各支架受力情况如下：(1)

11、架1受水平推力情况(按正常运行考虑)H1=PL+ Pm1+PF-PK2-PAPK2=K2X2X2=0.012(tmax-ts)L2=176.4 mm 选用16CTB600-240型直埋式波纹补偿器，补偿量240 mm，K=46.5 kg/mm,有效量240mm,K=46.5 kg/mm,有效面积A=3 494 cm2。PK2=46.5176.4=8 203 kg PA=83494=27 952 kgH1=15000+27682+23536-8203-27952=30 063 kg(2) 架2受水平推力工况 预热施焊前H2=（Pm3+Pk3+PA）-0.7(Pm2+Pk2+PA)两种补偿器的A值

12、相同，A=3 494 cm2。Pm3=TL3 =8 394 kg Pm2=8 394 kgPk3=k3X3 X3=0.012(L3+L4)(ty-ts)=191 mmPk3=46.5191=8 882 kgPk2=K2X2X2= 0.012(ty-ts)L2=96 mm Pk2=46.596=4 464 kg PA=83 494=27 952 kgH2=(8 394+8 882+27 952)=16 661 kg 施焊后正常运行时H2=E(tmax-ty)-内f-Pm2-Pk2Pm2=DKL2=169 554 kgH2=41 111 kg(3) 架3受水平推力情况预热施焊前H3=（Pm4+Pk

13、4+PA）-0.8(Pm5+Pk5+PA)Pm4=Pm5=Pm3=8 394 kgPk4=Pk5=Pk3=8 882 kgH3=9 019 kg施焊后正常运行时H3=E(tmax-ty)-内f-0.8E(tmax-ty)-内f =0.2218 868=43 774 kg架4、架5所受推力分别与架2、架1相似，计算从略。综合以上计算结果，各固定支架受推力如下：架1、架5：30 000 kg；架2、架4：41 000 kg；架3：44 000 kg。实际计算时，加1、架5按30 000 kg，架2、架4按45 000 kg。此方案采用了直埋波纹管补偿和一次性补偿相结合的形式，解决了端头固定支架所受

14、推力过大的问题。此管网已于1993年竣工并投入运行，运行一直很稳定。3施工注意事项(1) 施工中沟槽要平整，保证槽底干燥，且需要作200 mm左右厚的细砂垫层，保温管两侧及上部至少应覆盖200 mm左右厚的细砂。其目的一是防止硬物损坏保温外套管，二是利用砂子的流动性，充分填充管道周围的空隙，以保证足够的摩擦力。(2) 管道试压完毕后，方可进行接口发泡处理，要注意保证钢管及高密度聚乙烯外套管表面洁净及干燥，确定无误后方可进行热熔焊或热风焊，要求接口处外套管、焊条的材质与保温外套管的材质相同，且无漏焊处，再将焊接处进行打磨处理，用热缩带缠绕、加热粘贴以加强外套管的联接强度后，再进行发泡处理。发泡后

15、的孔隙处理同接口处理。(3) 要按设计要求进行预热，尤其是带有固定支架的直埋管线，必须按要求进行预热。预热至设计温度时要保证温度的恒定，供回水温差不得超过23 ，并保持到一次性补偿器施焊完毕或回填土全部完成方可降温。对于大口径管线还要注意预热温度达到均匀，因管线管径较大，常会发生管内介质冷热不均的情况，应适当提高管内介质流速来解决。(4) 回填土要分层夯实。回填土的质量对于管线的安全运行非常重要，尤其是设固定墩和一次性补偿器的管线更为重要，一定要给予重视。符号说明A-补偿器的有效面积，cm2;D-保温层外径,m；di-钢管内径,mm;E-钢管弹性模量,1.981 010 kg/m2；f-钢管壁

16、横截面积,m2 ; G管-单位长度管材及保温层总重,kg/m; G液-单位长度管线内介质总重,kg/m;Hkp-临界覆土深度，mH0-管中心至设计地面的土壤埋深,m;i 冲击系数0.40.5; J-钢管壁截面贯性距,m4; K-作用在管子表面的平均土压强,kg/m2； L-能伸长的管段长度,m； L-管线伸长量,mm; P-作用在管线上的动荷载压强,kg/m2;Pmax-管线最高工作压力,kgf/cm2; PK2-直埋式波纹补偿器在正常运行温度下的弹性力，kg；Pm3-回填土前管段L3与土壤摩擦力,kg；Pm2-回填土前管段L2与土壤摩擦力,kg；Pk3 -一次性补偿器的弹性力,kg； Pk2

17、 -直埋式波纹补偿器在预热温度下的弹性力,kg；Pm2-管段L2回填土后与土壤的摩擦力， kg；Pm4、Pm5-为管段L4、L5回填土前与土壤的摩擦力， kg；Pk4、Pk5-为一次性补偿器预热时的弹性力， kg ；Q-一个车轮的重量，kg；S-钢管壁厚,mm;T-每m管线总重量 (管材、保温、水),kg/m; ty-预热温度,;tmax-管内介质最高温度,; tp-运行时管线水温,;ts-安装环境温度，以ts=0 ；X2-预热温度下的伸长量，mm;X2-正常运行温度下的伸长量，mm;-钢管线胀系数1.2210-5,m/.m；-泊桑系数0.3;-土壤平均容重1 700 kg/m3热-应力（压应力）,kg/cm2;内-泊桑应力（拉应力）,kg/cm2; 轴-轴向应力,kg/cm2；-土壤内摩擦角,=30; -土壤与管道的摩擦系数0.4。作者单位：徐宝平孙树林天津经济技术开发区总公司建设部，天津300457