摘要：供热管道直埋敷设分为无补偿直埋敷设和有补偿直埋敷设。无补偿直埋敷设又可分为无补偿冷安装直埋敷设、预应力无补偿直埋敷设。预应力无补偿直埋敷设又分为机械拉伸、敞槽预热、一次补偿等多种形式。预热方式按加热介质又分为热水、热风和电加热等。本文简要的分析了大管径直埋供热管道无补偿敷设方式，以供参考。
关键词：大管径；供热管道；直埋敷设；无补偿冷安装
1现状概述
几十年来，我国的供热管道沿袭采用地沟敷设方式。供热管道地沟敷设主要存在一系列的问题：地沟敷设管道常用的保温材料多数防水性差，保温层容易脱落，不仅降低了保温效果，增大了管网的热损失（热损失高达 25% 左右），而且增加了维护工作量。钢管经常处于热湿环境中，腐蚀情况严重，缩短了使用寿命。地沟敷设供热管道的挖沟、砌沟、管道安装、管道保温、地沟回填等施工工序均在现场进行，施工人员劳动环境恶劣，施工周期长，对城市交通影响大，工程造价高。
2供热管道直埋无补偿设计方法
国外、国内大量的工程实践已经完全证明了直埋无补偿技术的可行性、实用性和安全性。目前供热管道直埋无补偿设计方法有两种：一种是北欧的计算方法，应用第四强度理论，采用极限分析，管道安装时需要预热安装；一种是北京煤气热力工程设计院的计算方法：应用第三强度理论，采用应力分类、安定性分析，管道安装冷安装即可。冷安装与预热安装相比较更为方便、快捷，易于应用和推广。应用在供热管道上的管材多为低碳钢Q235。我们首先就要了解低碳钢Q235的材料特性。伸长率δ＜5%的材料为脆性材料，伸长率δ＞5%的材料为塑性材料。Q235塑性伸长率可达20%～30%（一般取26%），断面收缩率Ψ≈60%。由此可见Q235钢是一种塑性较好的一种材料，从Q235钢拉应力性能曲线上来分析它在不同应力阶段的变化情况。
《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）（以下简称：《规程》（CJJ/T81-98））。该标准适用于供热介质温度小于或等于150℃，公称直径小于或等于DN500的直埋热水管道。对于管径大于DN500的大管径高温水管道的直埋技术，当时还没有制定相应的规范和执行标准。直埋供热管道可能出现的的失效方式包括强度失效和稳定性失效两个方面，当管道的管径大于DN500时，除上述破坏方式外，局部失稳和截面椭圆变形出现的概率将大大增加，会成为大管径直埋管道的主要失效方式。因此，需要管材管件选用、管网设计、现场施工中采取必要的技术措施防止直埋管道的失效。
3无补偿冷安装直埋敷设技术采取的技术措施
3.1敷设方式及选择原则
在直埋供热管网设计过程中，无补偿直埋敷设的设计方法采用应力分类法对管道进行应力验算。应力分类法根据由不同特性的荷载产生的应力性态和对管道破坏的影响，对管道上不同性态的应力分别给予不同的限定值。应力分类法将计算应力分成一次应力、二次应力及峰值应力，分别采用弹性分析理论、安定性分析理论及疲劳分析理论进行分析，可以充分发挥管材的承载能力。
采用无补偿冷安装直埋敷设技术，可以大大减少补偿器、固定墩的使用，减少系统中危险点的数量，从而提高管网安全运行可靠性；节约工程资金；施工周期短，管道寿命长；降低了维护费用以及热损失。所以，在满足强度和稳定性条件下，应优先采用无补偿冷安装方式。
3.2 选用合格产品
劣质的高密度聚乙烯外壳起不到的整体防水作用，极易产生腐蚀破坏，而低粘结力的保温层使预制保温管无法形成三位一体的结构，使钢管产生无法预知的热胀变形，或者加大管件的应力水平。因此，采用符合产品标准的预制保温管是优质直埋管网工程的基础。
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3.3 高温水供热直埋管道设计的主要难点
（1）2011年进行本工程设计时，可依据的设计规范版本为行业标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）（以下简称：《规程》（CJJ/T81-98））。该标准适用于供热介质温度小于或等于150℃，公称直径小于或等于DN500的直埋热水管道。对于管径大于DN500的大管径高温水管道的直埋技术，当时还没有制定相应的规范和执行标准。
（2）直埋供热管道的失效方式。直埋供热管道可能出现的的失效方式包括强度失效和稳定性失效两个方面，当管道的管径大于DN500时，除上述破坏方式外，局部失稳和截面椭圆变形出现的概率将大大增加，会成为大管径直埋管道的主要失效方式。因此，需要管材管件选用、管网设计、现场施工中采取必要的技术措施防止直埋管道的失效。
3.4 合理的系统设计
（1）弹性弯曲管道（弯管）设计。针对该石化生活区地下障碍物较多，地下敷设的管道易产生折角的现象，在管道布置中将大折角分解为几个小角度（≤1°）折角进行敷设。对于0～15°折角和16～85°转角（弯管），由于将其分解为小折角会很困难，则采用大弯曲半径的弯管来代替大折角，可以将应力分散，从而避免了折角处由于预应力集中而产生低循环疲劳破坏或局部失稳破坏。
（2）增大弯头弯曲半径。当弯头侧壁较长，曲率半径较小，循环温差较大时，会招致峰值应力，发生低频次的循环塑性变形，在循环一定次数后发生疲劳破坏。因此，为了增加弯头的强度，在设计中使用大弯曲半径的弯头，将应力分散。同时减少了弯头的摩擦阻力，降低了压降损失，同时使补偿能力最大化。
（3）直埋弯头处的处理。为了充分利用自然弯头的补偿能力，在设计中对弯头弹性臂侧做特殊处理。如弯头处做空穴、弯头两侧设置膨胀垫，为弯头提供弹性膨胀区域，使弯头的应力验算等同于在管沟或架空敷设时弯头的应力验算，在满足使用寿命的条件下，使其补偿能力最大。
3.5 严格周密的现场安装
由于大口径（DN600）高参数（供水130℃/回水80℃）无补偿冷安装直埋敷设技术的技术要求高，为确保工程质量，要求严格保证焊接质量，钢管及管件焊接全部采用氩弧焊打底和双面焊，并对所有焊缝进行100%无损探伤。
3.6平稳的生产运行
对于相同的热网，在连续运行和间歇运行工况下，两者的情况是不同的。温度变化频繁，将加大钢管的循环塑性变形和疲劳破坏，也就容易破坏。因此，在进行供热调节时，应避免供热管网水温频繁的变化。
3.7供热管道无补偿直埋的经济效益
供热管道无补偿直埋敷设具有施工周期短、施工工程量小、保温效果优以及投入资金少等优点，具有相当可观的经济效益，满足新时代绿色建设的要求。相对于其他的地沟敷设或者架空敷设，该敷设对其他工程的施工干扰较小，而且难度较低，是比较实用的敷设方式。此外，该敷设管道的使用年限也较长，在使用期间无需进行维修监护，大大节省了维修成本。
结束语
采用了无补偿直埋敷设技术对节能减排、保护环境具有积极的意义。热网的成功敷设，保证了热电联产装置的安全运行，消除了生活区燃煤供热锅炉运行时产生的粉尘和二氧化硫等污染，极大地改善了该石化企业生活区的大气环境。具有更高的经济性、稳定性和输热能力。由于采用了无补偿直埋敷设技术，直埋敷设本身就比管沟敷设节约了投资费用，取消了补偿器和固定支架，既节约了投资，又杜绝了补偿器产生故障而导致的对热网运行的影响和维护成本，提高了热网运行的安全可靠性，同时，也可缩短施工周期10%～30%，管网阻力损失可减少约20%。对节能减排、保护环境具有积极的意义。热网的成功敷设，保证了热电联产装置的安全运行，消除了生活区燃煤供热锅炉运行时产生的粉尘和二氧化硫等污染，极大地改善了该石化企业生活区的大气环境。
参考文献
[1]CJJ/T81-98.城镇直埋供热管道工程技术规程[S].
[2]DL/T5366-2014.发电厂汽水管道应力计算技术规程[S].
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[4]王飞，张建伟.直埋供热管道工程设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[5]CJJ/T81-2013.城镇供热直埋热水管道技术规程[S].
论文作者:李欣烨
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/11
标签：管道论文; 应力论文; 弯头论文; 管网论文; 方式论文; 地沟论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;