供热管道直埋敷设方式探讨

孟　军

(太原市热力公司，山西 太原　030024)



供热管道直埋敷设方式探讨

孟军

(太原市热力公司，山西 太原030024)

从循环塑性变形、循环疲劳损坏、失稳等方面，介绍了供热管道遭受损坏的方式与作用机理，对比分析了补偿冷安装、敞沟预热安装以及一次性补偿器覆土后预热敷设三种供热管道直埋敷设方式的优缺点，以供参考。

供热管道，直埋敷设方式，塑性变形，疲劳损坏

0　引言

和采取区域性锅炉供热的方式相比而言，采取集中供热采暖的方式更加的环保和节能，同时又具有较高的安全性能，能有效地节约用地面积，减少成本的投入。现阶段，集中供热采暖发展成了我国城镇非常重要的基础设施，同时也是我国城镇公共事业中非常关键的构成部分。在我国城市化进程逐步加快的同时，城市集中供热采暖也逐步地发展，其涉及的范围持续增加。同时，在集中供热采暖建设过程中，也需要更加先进的直埋敷设工艺。怎样显著地降低供热系统的成本，并保障系统在运行时具有较高的可靠性，是目前供热行业所面临的重要问题。在供热系统的建设过程中，管道的直埋敷设尤为重要，其是把事先预制完成的、具有保温性能的供热管道直接埋到地下，通过供热管道所具有的强度和相应的配套装置一起承担系统运行中所形成的热应力。在长期的实践过程中，逐步形成了多种用于供热管道直埋敷设的技术与工艺，其目的是为了保障系统在运行过程中具有一定的安全性，并最大限度地降低资金的投入，同时尽量使系统在维护中更为便捷。因此，有必要对不同的供热管道直埋敷设方式进行分析与比对，以掌握不同工艺的特性，便于更好地为供热系统的建设、运行服务。

1　供热管道的损坏形式

通常供热管道所承受的应力值在0.6 MPa～2.5 MPa之间。而在对供热管道的应力分析后发现，管道的内部应力要较其自身的屈服力小很多。但是，在供热管道的使用过程中，会出现较大的温度变化，从而导致管道形成相对大的轴向应力以及压应力。因此，对于供热管道种类的选用要尤为重视。

1)循环塑性变形。供热管道发生循环塑性变形最根本的原因是由于管道所处环境的温度波动。如果产生相对大的温度波动，并且所形成的热形变无法彻底的被释放。那么，当管道所处的环境温度升高时，供热管道的管壁就会由于受到轴向的压力而形成一定的压缩变形。当管道所处的环境温度降低时，供热管道的管壁就会由于受到轴向的压力而形成一定的拉伸变形。如果所处的环境温度变化超出特定温度值时，就会导致供热管道被破坏。

2)低循环疲劳损坏。在供热管道中，位于管道线路中的接头位置、三通位置或者弯折位置会出现应力集中的现象，而如果管道所处环境发生一定的温度波动，那么管道线路中不连续位置将出现峰值应力，从而导致该处的管道遭受疲劳损坏。

3)高循环疲劳损坏。当供热管道上方有车辆通过时，其重量形成的应力作用将被传递至地下直埋敷设的管道之上，从而导致供热管道局部位置形成椭圆状形变，进而出现应力集中问题。在长期循环应力作用下，最终产生疲劳损坏。

4)整体失稳。管道使用过程中，其轴向应力值是最大的，而且受到压杆效应的影响，有可能发生管道整体失稳的问题。尤其当供热管道埋设采取无补偿冷敷设工艺时，管道所处环境的温度变化所形成的应力将全部的形成轴向应力，非常容易使得管道发生整体失稳问题。针对这种问题，我国颁布的CJJ T81—2013城镇供热直埋热水管道技术规程里明确规定，管道的敷设必须达到相应的标准，才能确保其不发生整体失稳的问题。

5)局部失稳。管道的局部失稳会受到其轴向应力所产生的形变影响，也就是管道热胀形变程度及形变释放程度的影响。还会受到管道自身结构性能的影响。因为管道是薄壁壳体结构，当其受到一定的轴向应力时，就可能导致管壁出现局部失稳现象。根据局部失稳公式可知，如果供热管壁自身的厚度不断增加，则其发生局部失稳的概率就越小。而当供热管道的半径逐渐增加，其发生局部失稳的概率就越大。所以，在供热管道敷设时，要依据不同的管道壁厚来采用不同的覆土深度。

通过上述的几种损坏情况看，管道使用中的安全性和管道受到的轴向压力存在着非常紧密的关联。管道所受到的轴向应力根本上是由于温度变化所产生的应力，如果供热管道的直径超过DN250时，其遭受局部屈服的概率将大幅提高。而要避免发生局部屈服问题，就应当严格地控制管道所受到的温度应力，并且按照不同的应力管控方案，来选择适宜的管道直埋敷设方式。

2　供热管道直埋敷设方式的分析和选用

2.1补偿冷安装方式

此种管道直埋敷设方式是最为简便也是成本投入最小的工艺方法。其把供热管道直接敷设，在进行覆土前未预设特定的应力，同时也未安装补偿装置。受到土壤摩擦的影响，供热管道会有锚固段与滑动段之分。如果供热管道位于锚固段，其所受到的热胀应力将整体的转变成温度应力，这样会导致供热管道使用过程中要承担非常大的轴向应力。因此，此段供热管道所受到的最大应力值和最大的温度变化是成正比例关系的。如果管道所受到的热胀应力无法整体的转变为温度应力，而供热管道会由于受热而拉伸。采用此种敷设方法，供热管道所受到的轴向热应力一般会满足管道许用应力值要求。不过，当温度波动稍大，就会超出其局部屈服应力值。因此，当温度波动较大时，无法达到局部屈服的标准要求。所以，此种直埋敷设方式会在很大程度上对温度有所限制，也只能是用在特定的温度环境中才可以使供热管道保持安全可靠的运行。

2.2敞沟预热安装方式

此种管道直埋敷设方式是对管道完成事先的预热处理，再进行回填作业，并保证管道所预热的温度值达到一定的要求。采用这种直埋敷设方式，管道在使用时如果环境温度和所预热的温度相同时，其所受到的热应力值将变成零。如果管道使用过程中，环境温度值超出预热温度时，此时供热管道会遭受压力作用。而如果管道使用过程中，环境温度低于预热温度时，此时供热管道会遭受拉力作用，这就使管道形成预应力作用。采用此种直埋敷设方法，能够有效的节约管道敷设中的补偿器及固定顿的用量，也会使整个工程的成本投入降低。和冷安装方式对比而言，预热直埋敷设方式管道所能承受的应力大很多，同时也可以有效的降低管壁发生局部屈服的概率。对于一些直径相对大的管道敷设施工非常有利。

2.3一次性补偿器覆土后预热敷设方式

此种直埋敷设方式是把管道分段进行一次性补偿装置安装。当敷设完成后能立即进行回填土作业。当第一次加热时，如果补偿段处的管道热形变值达到预热温度所发生的自由膨胀形变值时，能够对其焊接。一次性补偿器在经由很多次数的温度波动后，而让其应力得以均匀化，进而实现预应力作用。和冷安装方式对比而言，此种直埋敷设方法同样可以使管道所能承受的应力大很多。所以，也可以有效的降低管壁发生局部屈服的概率。而和敞沟预热直埋敷设方式对比而言，此种方式省去了预热工序，降低了建设时的成本投入及施工难度。

3　结语

在对供热管道遭受应力影响的多种因素分析后，我们了解到了不同直埋敷设方式所具有的特征。如果可以达到冷安装的标准要求，应当尽可能地采取此种安装方式。不过，如果考虑到供热管道使用中的安全可靠性，一些管道直径相对大或者所处环境温度变化较大的供热管道施工中，应尽量采取预热直埋敷设或者有偿直埋敷设的方式完成。

[1]柴海婧.大管径热力管道直埋敷设设计探讨[J].建筑知识，2016(2)：32-33.

[2]张朝伟.直埋供热管道敷设方式节能性分析[J].资源节约与环保，2015(3)：46-47.

[3]郭震环.某供热直埋敷设设计要点分析[J].山西建筑，2015，41(21)：111-113.

Discussion on directly buried installation method of heating pipeline

Meng Jun

(Taiyuan Heating Power Company, Taiyuan 030024, China)

From the cyclic plastic deformation, fatigue damage, instability and other aspects, this paper introduced the damage methods and mechanisms of heating pipeline, analyzed and compared the advantages and disadvantages of compensation cold installed, open ditch preheating installation and one-time compensator overburden after filling pre hot installation three kinds of directly buried installation method of heating pipeline, for reference.

heating pipe, directly buried installation method, plastic deformation, fatigue damage

1009-6825(2016)25-0131-02

2016-06-23

孟军(1981- )，男，助理工程师

TU833

A