论热力管道架空敷设中的热补偿设计策略

冶永福　马世云

摘 要：笔者在文章中，分析了热力管道在山区等复杂地形中的敷设方式，并根据笔者参加热力管道架空工程设计的工作经验，分析架空管道敷设工程的施工方案设计要点，降低因为架空敷设导致管道受热变化而引起的工程质量隐患，降低工程的安全事故发生的几率。

关键词：热力管道；架空敷设；热补偿设计

一、热力管道的架空设计策略

随着小区的增多，城市的供热系统也在不断壮大完善，一些老式的锅炉房因无法适应新环境的发展而逐渐被淘汰，随之取代的是新的清洁能源，利用热电厂高温水进行取暖的方式逐渐占据主导地位。高温水管道的运行温度和压力都很高，必须考虑管道的热应力变化，并采取相应的技术措施，否则，由此产生的作用力将通过管道系统传递到固定支架和相连的设备上，对设备以及管道的安全运行构成很大的威胁，甚至造成安全事故。山地型小区的地质条件比较复杂，各用热点之间的高差较大，管道的铺设方式应根据不同的情况采用不同的类型。一般情况下，如果小区地面、道路规划较好，房屋的附近也较平整，而且宜设置供暖地沟，此时就应采用通行地沟，如阶梯状地沟和竖井相结合的方式，使管道便于安装、检查和维修。如果小区位于半山坡，总面积较大，小区内住宅高低错落，地质条件变化复杂、道路纵横交错，并且设计中出现落差大、楼距近等具体问题，需借鉴排水落差井原理，采用阶梯式爬坡和单双层管道竖井相结合的形式，使得管道能够顺利通行。如果在多雨地区，地下水位高，没有足够的经济条件采用有效防水措施时；地形复杂、土石方工程量大或地下障碍多时，可采用架空敷设法。

二、热力管道的热补偿设计策略

为了吸收管道热伸长和消除管道所产生的热应力，在设计中，必须考虑管道的热补偿。补偿分自然补偿和人工补偿两种，自然补偿是指充分利用管道自身的弹性弯曲和扭转变形，以达到热胀和冷缩的要求；人工补偿是在有热胀或冷缩的管道上人为的装设补偿元件，如方形补偿器、套筒补偿器、波纹管补偿器和球形补偿器等，补偿元件因其自身的柔性而具有补偿功能。热补偿设计时首先应充分利用管道本身的自然弯曲进行补偿，当弯管转角小于150°时用自然补偿；大于150°时不能用自然补偿。动力管道设计中自然补偿常采用L型直角弯，Z字形折角弯和空间立体弯三类自然补偿方式。高温水管道补偿设计的核心是管道的应力分析计算，采用应力分析软件进行应力计算主要分三步：一是绘制初步的管线布置图，以固定支架和设备来划定需要计算的管道系统；二是正确设置配置文件；三是输入管系的各项计算参数，如设计压力、设计温度、管径、材质以及管件、支吊架形式和位置等，接下来程序便进行静态和动态分析。若应力分析计算未通过，则调整管道的走向、改变补偿结构、改变支架和吊架的形式和位置，重新验算直至合格通过。

三、热力管道的支架与补偿器设计策略

（一）支架的设计策略。蒸汽管系所受载荷主要是外力载荷和位移载荷，设置管架的目的在于消除外载作用在设备或管道上的作用力，将管道系统分割成简单稳定、可独立膨胀的管段，同时用来承受管道因热胀冷缩所产生的推力，其推力大小与管径、温度、支架位置和补偿器的形式有关，一般应考虑三个方面：一是管段的热伸长在补偿器的允许补偿量范围内；二是管道不产生纵向弯曲，特别是对同轴度要求较高的补偿器，固定支架的间距尤其重要。为保证补偿器的同轴度，补偿器应安装在固定支架旁的直管段上，活动侧设导向支架。三是两个固定支架之间的管段不应安装多个补偿器，除了两端设备外，中间支架应全部为滑动管托。

（二）补偿器的设计策略。一般而言，高温和大直径的管道系统适合采用波纹管补偿器，其优点是吸收位移大并且管道系统美观和紧凑。但因波纹管补偿器自身结构的原因，波纹管补偿器也成为管道系统中最为薄弱的环节，因此在决定使用波纹管补偿器时，应对管道系统进行详细而且严格的应力分析，从而决定安装波纹管补偿器的位置以及型式，不可以盲目的随意使用。

（三）其他要点的设计策略。在管道阀门、盲端或支管与主管交汇处，管道内介质的流动会对管道产生盲板力，通过管道传递至附近的固定支架上。当在两个固定支架之间设置套简或轴向波纹补偿器时，补偿器一侧有阀门且阀门关闭，或固定支架設置位置靠近弯管段时，内压力的作用将使补偿器存在脱下的趋势。因此固定支架必需有足够的刚度，以抵抗使补偿器脱开的盲板力。由于蒸汽管道间断运行，管道中产生凝结水不能及时排出来，冷凝水在蒸汽的压力作用下，会对管壁产生冲击，水击产生的能量释放不出来，最终作用在管道保温结构、支架、补偿器及阀门上。防止管道水击的措施：根据热负荷合理确定相应管径，有针对性的设置好疏水点，及时进行疏水。在补偿器的设计布置方式上也应加以改进，建议将波纹补偿器远离弯头及上翻处的固定支架，改在靠近另一侧的固定支架，这样即使管道中存在少量积水，但作用位置远离补偿器，也可大大减少水击的对波纹补偿器造成的破坏。

综上所述，建设单位、施工企业及其他相关机构在组织热力管道架空施工过程中，应当对管道架空敷设中的热补偿问题进行严密、精确的设计，一方面保证热力管道安装工程的高性能、高质量，另一方面还应当满足热力管道的现代化设计要求，为城市居民提供温暖、舒适的居住环境。有关单位及其设计人员应当继续提高管道工程设计水平，优化热力管道的架空敷设方案，提高热力管道安装工程的施工质量。

参考文献

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作者简介：冶永福，中国市政工程西北设计研究院有限公司。