浅析直埋管道无补偿敷设在实际中的应用

【摘要】简单介绍了室外热水管道无补偿直埋敷设在实际应用中一些重要部分的设计方法。总结了一些实际应用中的注意事项。

【关键词】热水直埋管道；无补偿敷设

引言

随着我国经济建设的迅速发展，供熱工程的规模和能源需求量越来越大，供热管道敷设形式也出现了多样化。在供热管道的各种敷设方式中，直埋敷设以其占地少、施工周期短、维护管理费用少、热损失小等特点，近几年得到很大发展。直埋敷设又包括有补偿敷设和无补偿敷设。从管道工程施工速度和工程造价来看，合理的利用无补偿敷设可带来更多的经济效益。

1、工程概况

某地铁车辆段室外工程，热源由厂区内的换热站提供，二次网设计热媒参数供回水温度为75/50°C。热水流量为254t/h，最高工作压力0.6MPa。所属区域为非湿陷性黄土。安装温度为10°C，工作循环最低温度取10°C（全年运行时取30°C，只有在供暖期运行时取10°C）。

2、方案初步设计

由于本工程施工进度紧张、投资有限，因此初步考虑直埋敷设。管道的安装温差为65°C，因此优先考虑采用预制直埋管道无补偿、冷安装方式。通过现场踏勘及总图规划设计，初步确定了管线走向，为了保证与其他管道不交叉打架，覆土埋深约为1.2m。

3、直管段设计

（1）长直管段的强度条件分析：根据弹性理论只要管道运行最高温度和安装温度之差小于按强度条件计算的最大温差，管道就可以进入锚固段，即在长直管段中就可以不设补偿器。按照弹塑性分析法计算得到控制最大温差参照下表：

因本工程的管道安装温差为65°C，满足弹性理论的温差要求，因此长直管段的强度条件验证通过。

（2）无补偿管段整体稳定性条件分析：当管顶埋深大于给定温度下垂直稳定性要求的最小覆土深度时，则验证通过。根据管道垂直稳定性验算相关公式可得出下表：

设计压力1.0MPa垂直稳定性要求的最小覆土深度【1】

因本工程管道的覆土深度最小为1.2m，因此整体稳定性验算通过。

（3）无补偿管段局部稳定性条件分析：管道出现局部皱结的可能性，随着公称直径和轴向内力额增加而加大。对于公称直径不大于800mm的管道或温升为85°C以下的情况，管道不会出现局部稳定性的问题。因本工程所有管道均小于DN800，因此不会出现局部皱结，管道局部稳定性验证通过。

4、弯头设计

无补偿直埋敷设中应尽量利用自然补偿弯头进行补偿。

首先根据最大过渡段长度确定管段中的自然锚固点和驻点，然后确定出各弯头的臂长，从而进行弯头的应力验算。

弯头是直埋管道中的重要构件，即充当管段中的自然补偿器，又是管段中的受保护元件。当弯头的侧臂较长，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，循环一定次数后会发生疲劳破坏。因此，为了充分利用弯头的补偿能力，有条件时应尽量对弯头的侧臂做特殊处理：

（1）弯头处做空穴

（2）弯头两侧放置膨胀垫

（3）弯头处设膨胀区

5、变径设计

设置变径管时，宜控制在两级以内。当温度变化小于下表中变径管最大允许温差时，变径管满足疲劳寿命要求，可不采取保护措施。

变径管的最大允许温差和对应的最大允许长度【1】

6、三通设计

由于本次设计的供回水温度较低，因此在分支点支线侧安装可曲挠橡胶球体接头。这样既可以补偿轴向位移（来自支管的热伸长）又可以补偿横向位移（来自主管的轴向位移）。当一个橡胶接头不足以补偿管道的轴向或横向位移时，可以串联两个橡胶接头。

7、设计中的注意事项

（1）设计过程中尽可能用大曲率煨弯管取代折角。

（2）设计过程中出现不可避免的折角时，尽量设置固定墩或固定支架保护折角。

（3）设计过程中，固定墩或固定支架的推力计算过程较为复杂，宜借助软件计算，不得省去计算。

（4）设计过程中弯头的应力验算必须进行，不得根据经验推敲。

（5）设计过程中不必要的阀门尽量不要布置，尽量减少检查井的布置。

8、施工中的注意事项

（1）管道与管道之间采用焊接，要求持证上岗。管道焊接质量标准应严格按照《碳素钢焊接技术规定》中的有关条文执行。

（2）焊缝应进行无损探伤检验，对一般部分探伤数量不小于15%，穿行车道处进行100%探伤。

（3）对于DN≤150的热力管道采用煨制弯头（R=（3.5～4）DN）对于DN≥200的热力管道采用密缝焊接弯头（R=（2.5～3）DN）。

（4）直埋管道必须在安装试压合格后，才能进行回填土。

（5）当直埋供热管道敷设在炉渣杂物等腐蚀性较强的土层内时，管道周围应换以腐蚀性小的土壤，换土部分应予夯实。

（6）回填的细砂中不得含有任何杂物及锋利的石块。填砂及原土应分层夯实，压实系数大于0.9，每层虚铺250mm。

9、总结

预制直埋管道的无补偿冷敷设在实际应用中有其方便的地方也有其复杂的地方。合理的应用可以加快施工进度，简化施工流程，节省投资费用。但同时也对于施工的质量和重要管道构件的产品质量有了更高的要求。

参考文献

[1]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，2006

作者简介：

邢玉奇（1987.10）男 汉族 助理工程师 大学本科 研究方向：暖通设计 单位：中铁工程设计院有限公司

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