基于DN1 200直埋供熱管道預熱溫度的研究

路 紅 梅

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

基于DN1 200直埋供熱管道預熱溫度的研究

路 紅 梅

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

結合相關規范要求，對DN1 200直埋供熱管道的預熱溫度進行了研究，并以具體工程為例，對供熱管網運行時的泊松力、應力中溫、預熱下限溫度進行了計算分析，通過計算結果得出了一些有價值的結論。

供熱管網，預熱溫度，范圍，運行

隨著集中供熱規模的不斷擴大，越來越多的大口徑供熱管道采用無補償預熱管道[1,2]。傳統的有補償敷設就是用整個管系設置補償器和固定墩的方式來滿足管系的應力和熱伸長的要求，而無補償又分為冷安裝和預熱安裝。無補償冷安裝作為無補償安裝的主流方式，由于該方法技術難度高，預熱安裝可以解決冷安裝敷設中的一些技術難題，提高管網的可靠性和安全性。下面介紹DN1 200采用預熱安裝方式，合理預熱溫度的確定。

1 概述

CJJ/T 81-98城鎮直埋供熱管道工程技術規程中規定供熱溫度采用循環中溫，此預熱溫度偏高，在實際工程中遇到預熱管道冷運拉斷或補償器撕裂的情況[3，4]。經過幾十年來國內外關于直埋管道的理論研究不斷發展，積累了大量的設計、施工和運行經驗，2013年建設部發布了CJJ/T 81-2013城鎮直埋供熱管道工程技術規程(以下簡稱《規程》)[5]，文中規定預熱管道的計算安裝溫度不宜高于管道工作循環平均溫度。

預熱溫度無論從理論和實際工程都暴露出一些問題。首先，管材浪費嚴重，采用預熱安裝的管道壁厚與冷安裝管道壁厚沒有區別；其次，預熱溫度和系統的壓力和管道壁厚無關；再次，預熱溫度高，不僅增加預熱能耗、延長預熱時間和增加預熱成本，更嚴重的是造成管道的拉應力遠高于壓應力，在冷運行時出現管道拉斷、補償器損傷和破壞等嚴重事故[3，4]。

2 應力中溫

應力中溫是根據管道運行時的拉應力等于壓應力確定的，應力中溫不僅和最高、最低循環溫度有關，還受到管道工作壓力，鋼管直徑大小的顯著影響。其應力中溫計算如下：

(1)

其中，T1為直埋保溫管工作循環最高溫度,℃；T2為直埋保溫管工作循環最低溫度,℃；v為鋼材泊松系數；α為鋼材的線性膨脹系數,m/(m·℃)；E為直埋保溫管鋼管的彈性模量,MPa；σt·1為鋼材內壓力引起的環向應力，MPa；σt·2為鋼材冷運行壓力引起的環向應力，運行壓力應達到工作壓力，MPa。

3 預熱溫度范圍

預熱溫度上限溫度是根據預熱管道冷運受拉安全性確定的，預熱溫度下限溫度是根據管道局部屈曲的安全性確定的。其計算公式如下：

(2)

其中，δ為鋼管壁厚，mm；Rm為鋼管外半徑，mm；σs為鋼管的屈服極限,MPa；其他符號同上。根據工程經驗，實際工程中預熱上下限溫度留有一定的安全余量。

4 工程實例

某市集中供熱一次管網的冷運壓力為2.0 MPa,設計壓力為1.6 MPa,鋼管規格為DN1 200(外徑為1.220 m,壁厚為14 mm),設計供回水溫度為130/70 ℃,環境溫度為20 ℃,最低循環溫度為10 ℃，α=12.6×10-6m/(m·℃)，E=19.6×104MPa，v=0.3。

1)泊松力。冷運時的泊松力：

(3)

最高循環溫度運行時的泊松力：

(4)

2)應力中溫。按照最大拉應力等于最大壓應力，得應力中溫：

(5)

(6)

4)預熱下限溫度。

(7)

根據以上計算可得，計算預熱溫度為60.69 ℃，考慮上下限取10 ℃的安全余量為宜，則上限預熱溫度為84.82 ℃，下限預熱溫度為33.11 ℃。

5 結語

1)從計算結果看，應力中溫60.69 ℃比循環中溫70 ℃低，可以有效避免預熱管道冷運拉斷，補償器撕裂的問題。2)預熱效果控制除了用預熱中溫控制管道熱伸長以外，還要考慮預熱上限溫度，一旦兩者有一個參數達到設計參數即停止加熱。因為管道設計和施工中的不確定因素對預熱管道的熱伸長有一定的影響，預熱溫度即使達到理論預熱溫度，管道的熱伸長也可能達不到預期效果。3)預熱溫度上下限必須考慮一定的安全余量，在管道施工和運行中有一定的不確定性，例如回填土的夯實、工作坑的尺寸、運行中的壓力波動和動荷載等的影響。

[1] CJJ/T 81-98，城鎮直埋供熱管道工程技術規程[S].

[2] 王 飛,張建偉.直埋供熱管道工程設計[M].北京：中國建筑工業出版社,2007:92-97.

[3] 王 飛,王國偉,鄒平華.基于平均應力的直埋供熱管道預熱溫度[J].哈爾濱工業大學學報,2010(12):1985-1989.

[4] 尚 憲，史廣新.直埋一次性波紋補償器冷態撕裂現象分析及結構改進[J].區域供熱,2007(6):36-40.

[5] CJJ/T 81-2013,城鎮直埋供熱管道工程技術規程[S].

Research on preheating temperature based on DN1 200 buried heating pipelines

LU Hong-mei

(TaiyuanHeatingPowerCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

Combining with related regulations and requirements, the paper researches the preheating temperature of DN1 200 buried heating pipelines, and in the concrete engineering for example, calculates and analyzes the medium temperature and preheating floor-level temperature of poisson force in the operation of heating pipeline network, and achieves valuable conclusion for the calculation results.

heating pipeline network, preheating temperature, scope, operation

2014-07-14

路紅梅(1966- )，女，工程師

1009-6825(2014)27-0126-02

TU995.3

A