直埋熱水供熱管道敷設方式的選擇和設計探討

劉磊

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471003）

直埋熱水供熱管道敷設方式的選擇和設計探討

劉磊

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471003）

近年來，直埋熱水供熱管道敷設技術，隨著其研究的深入、理論的日漸豐富以及工程應用范圍的擴大，越來越受到工程技術人員的歡迎。盡管該技術的應用愈加廣泛，但在設計和實施過程中，工程設計和工程技術人員仍然遇到了一些問題，需要設計和工程技術人員協同解決。本文針對目前熱水供熱管道直埋時常見的四種敷設方式，在管道敷設方案設計中遇到的問題和具體施工工程中如何選取合適的敷設方式以及相應的解決辦法進行了探討。

直埋熱水供熱管道；敷設方式；設計；探討

1 引言

隨著我國經濟的飛速發展和城市規模的加大，直埋熱水供熱管道技術，具有占地面積較小、管網使用壽命較長、施工時間較短等顯著的優點，成為當今城市供熱的主要方式。

隨著該項技術應用的日益擴大，熱水供熱管道的敷設方式也有所增加；且隨著應力方面的各種理論和技術的飛速發展，用于計算直埋熱水供熱管道的應力大小的方法也日趨完善。目前，直埋式熱水管道的理論計算方面，一些科研單位及設計院[1-3]，對四種常用管道敷設方式進行了計算并分析。這些均進一步推動了直埋式熱水供熱管道技術的應用與發展。

2 直埋熱水供熱管道的四種敷設方式

目前，在工程中直埋熱水供熱管道主要有四種敷設方式，現分別對其進行論述：

第一種，對直埋式熱水供熱管道的敷設采用有補償的方式。采用此敷設方式在設計中需設固定支座和補償器，并且供熱管道應朝向著力低點。這種管道敷設方式有良好的技術作為支撐，發展相對成熟，其不足之處在于需用到固定支座、補償器以及檢查室等，而這些均會增加工程建設成本。

第二種，熱水供熱管道在直埋敷設時，可以在無補償設置的基礎上采用冷安裝的方式。此敷設方式操作比較簡便，即使出現應力偏大的情況也可以通過在管道部分區域設置固定支座和補償器來改善熱應力情況。此外，該敷設方式施工簡便，所需時間較短。但這種敷設方式常要求較大的軸向應力，而管道某個區域應力過大會對管道本身產生永久性蠕變，破壞管道系統，進而威脅著管道的安全運行。

第三種，可以采用預熱的方式對直埋供應熱水的管道進行敷設。這種敷設方法對軸向應力的要求低，也不需要補償器。但是供熱管道在預熱過程中一般無法回填溝槽，因此該敷設方式所需的周期較長。若是供熱管道直徑較大，預熱后管道中熱水就會很難得到排除，同時在預熱的過程中還需要臨時熱源作保證。

第四種，在直埋方式下安裝供熱水管道，可以借助單次使用的補償器在敷設前進行預熱。以這種方式敷設的熱水供應管道的軸向應力相對較低，且在進行預熱過程中可以回填溝槽。但是這種敷設方式首先需要制定補償器，而且在預熱安裝完成后與供熱管道焊成一體。這種敷設方式會造成預熱后管道里的水難以排出，并且對臨時熱源有一定的要求。

3 具體案例中敷設方式的選取

以洛陽市某新區直埋式供熱管道工程作為一個案例。詳細地說明直埋熱水管道敷設方式是如何選取的。該工程中最大供熱量106.80MW，采暖熱媒介質供、回水溫度分別為130℃和70℃，管道供熱半徑為6.8 km，該工程中最大管徑為DN 700mm，工作壓力為1.6MPa。

根據《城鎮直埋供熱管道工程技術規程》（CJJ/T81-98）的規定，DN500及以下的介質溫度≤150℃的高溫水管道可采用無補償直埋敷設。公稱直徑大于DN500的管道，由于管道的塑性流動，循環塑性變形，疲勞破壞、局部失穩、整體失穩和截面橢圓化變形的條件限制，采用冷安裝較為困難，只有適當加大壁厚才可以采用冷安裝直埋敷設。同時補償器是管網的薄弱部件，易受腐蝕或壓壞，系統的可靠性降低。考慮到直埋式管道敷設技術的優點，此工程案例中首先確定采用直埋敷設的方法。

考慮到無補償冷安裝的敷設方式只需放置少許補償器及固定支座、施工花費時間較短，此工程案例考慮采用該敷設方式是否行得通。

在計算無補償方式安裝的直埋式熱水供應管道的應力，需要假定管道分別處于彈塑性和彈性狀態。在彈性條件下進行應力計算時，需要確保安裝的管道只能發生彈性變形，而不應該出現塑性變形。而在彈塑性條件下進行計算時，若出現塑性變形，則供熱管道已經不能恢復到原來狀態，對管道的使用壽命造成了危害。

表 1 通過彈性分析計算得出的計算控制最大溫差

表 2通過彈塑性分析計算得出的計算控制最大溫差

由表1和表2可知，管道D720X9在進行彈性計算時，所得到的管道的計算控制最大溫差是59℃，工程實際中的溫差應大于此值，因此不能運用無補償方式安裝。而管道D720 X9在彈塑性分析中，所得的計算控制最大溫差是132.4℃，因此無補償安裝是可行的。

由以上分析也可知，管道D720X9處于彈塑性狀態。此時，管道中應力較大，容易造成閥門、彎頭、分支等一些地方出現應力過大而損害局部管道的現象。不僅如此，大型供熱管道在施工和使用中常常出現不可預見的問題，同時市政供熱管道的溫度較高，其供熱面積也較大，對管道的應力要求也高。考慮到上述實際情況，該項工程不應采用無補償冷安裝的方式。為了保證供熱管道的安全運營，此工程應采取應力要求較低的有補償直埋方式對管道進行敷設。另外，在預熱安裝敷設中敞槽需要充分加熱，此工程管線長達6.8 km，有可能會延誤工期。而且在此工程附近地區，并沒有臨時熱源可以對管道進行預熱；即使有預熱，預熱后熱水的排放仍然是個問題，故而預熱安裝敷設的方式不易在此工程中運用。

綜合以上考慮，此工程最好采用發展相對成熟的有補償方式對供熱管道進行直埋敷設。

4 具體案例中管道敷設遇到的問題及其對策

在本工程案例中，直埋式熱水管道敷設中采取有補償安裝，因使用補償器、檢查室和固定支座等而增加了工程施工成本，因此設計人員在滿足此工程設計要求的前提下，應盡可能少量地使用補償器和固定支座，從而降低工程成本。眾所周知，直埋式敷設方式中熱水供熱管道常與周圍的土壤有較大的摩擦，因而固定支座會受到更大的推力。此時設計人員在管道設計時若不采用應對辦法，容易使管道的部分區域出現壓力偏大的現象，使得管道的安全運行面臨威脅。另外，當固定支座受壓過大時，會改變其體積，從而影響其他相銜接管道的順利安裝；若在某個地區管道埋得過深，會引起地下水的擴散，不利于施工進行。

表 3 最小及最大長度過渡段計算結果

在使用盡可能少的固定支座和補償器時，要依據表3即最大和最小長度過渡段的數據進行選擇，從而在降低固定支座的受力時也能確保管道安全使用。此外，要降低固定支座的受力，可以采取在固定支座的兩頭對稱地放置補償器，從而使其兩頭的受力盡可能地被中和抵消掉，延長固定支座的使用壽命。但是，注意不可在熱水供熱管道的低端用對稱設置補償器，而應盡可能使用長度較小的管段，并增加補償器的數量，從而減小供熱管道的受力，保證管段運行的安全和延長其使用壽命。在此工程中要按照具體參數和要求計算所需固定支座以及補償器的數量。

總之，補償器和固定支座的用量及其制定和放置方式要充分確保固定支座和管道的受力在可承受范圍內，從而保障此工程中供熱管道的敷設工作能夠順利運行，且敷設結果令人滿意。

5 結論

目前，供熱管道的直埋式敷設方法中有四種安裝方式，每種安裝方式都有其優缺點，因此在具體的工程案例中，設計和工程技術人員要充分考慮實際情況，制定最適宜的供熱管道敷設方式，在保證管道安裝后能安全順利運行的基礎上盡量降低工程成本。市政級別的供熱裝置一般需傳送高溫熱水、大面積地提供熱水、供熱管道產生的應力較大，因此最好結合有補償和預熱的方式對供熱管道進行安裝敷設。在具體實施過程中，還需根據施工周期和其他突發情況選擇最合適的管道敷設方式。而人們生活居住的小區使用的供熱管道一般輸送溫度較低的熱水，管道產生的應力相對較小，最好采取無補償結合冷安裝的方式敷設管道。

[1]牛小化.大管徑熱水供熱管道直埋設計的探討[J].煤氣與熱力.2007（7）：76-81.

[2]張兆俠.直埋熱水供熱管道敷設方式的探討[J].煤氣與熱力,2009（10）：11-14.

[3]王玉玄,高百爭,劉德平,梁豐.無補償直埋供熱管道應力計算理論探討[J].煤氣與熱力.2010（07）.

TU995

A

1671-0037（2014）06-85-1.5

劉磊（1978-），男，碩士研究生，工程師，研究方向：熱能工程咨詢設計及工程管理。