城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道工程設(shè)計(jì)

成 旭 梅

(呂梁市建筑勘察設(shè)計(jì)院，山西 呂梁 033000)

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城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道工程設(shè)計(jì)

成 旭 梅

(呂梁市建筑勘察設(shè)計(jì)院，山西 呂梁 033000)

簡(jiǎn)述了直埋供熱管道的發(fā)展概況，介紹了城鎮(zhèn)供熱直埋管道的類型，闡述了直埋管道布置、敷設(shè)、保溫的技術(shù)要點(diǎn)，指出城鎮(zhèn)供熱管道具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益，應(yīng)用前景廣闊。

直埋供熱管道，保溫管，管網(wǎng)，有補(bǔ)償管段

1 直埋供熱管道發(fā)展概況

為了解決供熱管道地溝敷設(shè)的種種弊端，國(guó)外一些技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，在20世紀(jì)30年代就開始研究和應(yīng)用直埋敷設(shè)代替地溝敷設(shè)的供熱方式。在丹麥、芬蘭，全國(guó)90%以上的供熱管道采用直埋方式。他們采用了滲漏報(bào)警檢查系統(tǒng)，增強(qiáng)了直埋供熱管道的安全性。80年代我國(guó)的供熱管道直埋技術(shù)掀開了新的一頁(yè)，許多城市采用聚氨酯泡沫噴涂保溫，外纏玻璃絲布、涂瀝青的方法進(jìn)行供熱管道直埋敷設(shè)。其存在的問題是聚氨酯發(fā)泡的配料比例不易掌握，泡沫進(jìn)行自由發(fā)泡，質(zhì)量難以掌握均勻，空隙大，強(qiáng)度低。

熱水直埋保溫管技術(shù)在我國(guó)發(fā)展至今，隨著對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的不斷研究、完善，直埋敷設(shè)方式已成為熱水供熱管網(wǎng)的主要方式。1990年以后，國(guó)內(nèi)許多城市都在搞蒸汽直埋管道工程，累計(jì)敷設(shè)數(shù)百千米，最大管徑700 mm，在建設(shè)過程中問題繁多。這些事實(shí)，一方面可以肯定我國(guó)蒸汽管道在研究開發(fā)中取得了一些寶貴經(jīng)驗(yàn)，已大規(guī)模投入實(shí)際工程；另一方面也充分認(rèn)識(shí)到我國(guó)蒸汽管道直埋敷設(shè)技術(shù)在研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、材料、施工等方面尚存著理論、技術(shù)、管理等方面的諸多問題。因此，直埋蒸汽管敷設(shè)無論從市場(chǎng)還是技術(shù)研究都有較大的空間。

2 直埋供熱管道的分類

直埋供熱管道根據(jù)管道熱膨脹量被壓縮的程度，管段可分為有補(bǔ)償管段和無補(bǔ)償管段；根據(jù)變形和壓力分布特點(diǎn)可分為直管和彎管。

2.1 直管和彎管

1)直管段。直管段又可分為過渡段(或稱之為有補(bǔ)償管段、摩擦段、滑動(dòng)段)和錨固段(或稱之為無補(bǔ)償管段、嵌固段)。

a.過渡段：管段的主動(dòng)力克服管段的約束反力——被動(dòng)力作用，使熱膨脹得以全部或部分釋放的管段。過渡段通常有一個(gè)自由端，能夠自由伸縮，如補(bǔ)償器、彎頭等處。過渡段極限長(zhǎng)度取決于土壤摩擦力的大小以及與安裝方式和運(yùn)行條件有關(guān)的溫度升高等因素。

b.錨固段：由于被動(dòng)力的作用，使管段進(jìn)入自然錨固狀態(tài)(就像使用固定支架強(qiáng)制固定一樣)。這類管段是管道中內(nèi)力、軸向應(yīng)力最大的直線管段，是直管段強(qiáng)度驗(yàn)算的重點(diǎn)。

2)彎管段。

a.L形管段：它與地溝敷設(shè)或架空敷設(shè)的L形自然補(bǔ)償器相類似。

b.Z形管段：一般情況下可作為兩個(gè)相連的L形補(bǔ)償器使用，應(yīng)按兩個(gè)獨(dú)立的L形管段進(jìn)行計(jì)算，只有在一定條件下可以作Z形補(bǔ)償器使用。

2.2 有補(bǔ)償管段和無補(bǔ)償管段

1)有補(bǔ)償管段：在最大過渡段長(zhǎng)度范圍內(nèi)的管段中，管道的熱膨脹量部分轉(zhuǎn)移到補(bǔ)償器或補(bǔ)償彎管，部分被壓縮變形。由于補(bǔ)償裝置對(duì)過渡段內(nèi)管道的熱膨脹起到了補(bǔ)償作用，因而過渡段也稱為有補(bǔ)償管段。

2)無補(bǔ)償管段：處于錨固段管道的熱膨脹量完全被壓縮，補(bǔ)償裝置對(duì)管道的熱膨脹起不到任何補(bǔ)償作用，故錨固管段也稱無補(bǔ)償管段。

3 直埋管道的布置和敷設(shè)

1)管道布置。a.直埋供熱管道穿越河底的覆土深度應(yīng)根據(jù)水流沖刷條件和管道穩(wěn)定條件確定。b.直埋供熱管道與有關(guān)設(shè)施的相互水平或垂直凈距應(yīng)符合規(guī)范CJJ/T 81—2013城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道工程技術(shù)規(guī)程表3.1.1的規(guī)定；管道最小覆土深度應(yīng)符合規(guī)范CJJ/T 81—2013城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道工程技術(shù)規(guī)程表3.1.2的規(guī)定。

2)管道敷設(shè)。a.直埋供熱管道應(yīng)利用轉(zhuǎn)角自然補(bǔ)償，10°～60°的彎頭不宜用做自然補(bǔ)償；管道的坡度不應(yīng)小于2‰，高處應(yīng)設(shè)放氣閥，低處應(yīng)設(shè)放水閥。b.管道平面折角小于規(guī)范CJJ/T 81—2013城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道工程技術(shù)規(guī)程表3.2.3的規(guī)定和坡度變化小于2%時(shí)，可視為直管段。管徑的影響很明顯，隨著管徑的增大，在其他條件相同的情況下，該折角減小。為了保證直埋管道的豎向穩(wěn)定，需要有一定的埋深。c.當(dāng)需要減少管道軸向力時(shí)，可以采取設(shè)置補(bǔ)償器或?qū)艿肋M(jìn)行預(yù)處理等措施。三通、彎頭等應(yīng)力比較集中的部位，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算不通過時(shí)可采取設(shè)固定墩或補(bǔ)償器等保護(hù)措施。d.當(dāng)?shù)鼗浻膊灰恢拢瑧?yīng)對(duì)地基做過渡處理，防止局部不均勻沉降，使管道受力損壞。e.直埋管道的固定墩埋在土內(nèi)，鋼管、鋼架如有裸露要采取可靠的防腐措施，否則將會(huì)很快腐蝕損壞。

3)管道變徑處(大小頭)或壁厚變化處，應(yīng)設(shè)補(bǔ)償器或固定墩，固定墩應(yīng)設(shè)在大管徑或壁厚較大一側(cè)。管道上的閥門應(yīng)能承受管道的軸向荷載，宜采用鋼制閥門及焊接連接。管道補(bǔ)償器、變徑管等管件應(yīng)焊接連接。

4 管道保溫及保護(hù)殼

直埋供熱管道保溫層結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有良好的絕緣性能。保溫管直埋地下，如果吸水，將使絕熱性能惡化，而且聚氨酯泡沫塑料吸水后對(duì)鋼管有腐蝕性，因此外殼必須有良好的防水功能。

1)直埋熱水管道的保溫結(jié)構(gòu)。

a.三位一體保溫管。整體式預(yù)制保溫管是由鋼管制成、保溫層和保護(hù)層粘結(jié)成一整體的多層結(jié)構(gòu)管道，保溫層通常采用聚氨酯泡沫塑料和改性聚異氫脲酸酯泡沫塑料。聚氨酯泡沫塑料的耐熱溫度不超過130 ℃，改性聚異氫脲酸酯泡沫塑料也只能達(dá)到150 ℃，整體式預(yù)制保溫管僅能用于介質(zhì)溫度不大于150 ℃的熱水管網(wǎng)。

b.柔性保溫管。柔性保溫管一般是由波紋合金鋼或高密度交聯(lián)聚乙烯構(gòu)成的內(nèi)管、保溫層及保護(hù)層粘結(jié)成一整體的多層結(jié)構(gòu)管道。該產(chǎn)品主要應(yīng)用在工作溫度不大于95 ℃、工作壓力不大于10 bar的區(qū)域供熱網(wǎng)中。

2)直埋蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)。

a.內(nèi)滑動(dòng)復(fù)合結(jié)構(gòu)。復(fù)合式預(yù)制保溫管用于蒸汽等高溫介質(zhì)，保溫層由兩種保溫材料組成，內(nèi)層用耐高溫的保溫材料，如巖棉、玻璃棉、珍珠巖等，外層仍用聚氨酯泡沫塑料。

b.滑動(dòng)“鋼套管”保溫結(jié)構(gòu)。非真空“鋼套管”結(jié)構(gòu)形式。優(yōu)點(diǎn)：采用材料為國(guó)產(chǎn)材料，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：采用隔熱環(huán)為石棉橡膠類材料，長(zhǎng)期受熱以后容易老化，進(jìn)而隔熱材料將失去強(qiáng)度，導(dǎo)致導(dǎo)向支架失去支撐而脫落，造成整個(gè)管道破壞；防腐采用環(huán)氧煤瀝青或者玻璃絲布樹脂涂層，與鋼管之間的粘結(jié)強(qiáng)度低，而且玻璃絲布與瀝青或者樹脂的浸潤(rùn)程度不容易控制，目前大多采用手工加工，防腐不均勻；內(nèi)固定支架中采用與導(dǎo)向支架相同的石棉橡膠材料容易老化，造成固定支架破壞。“鋼套管”抽真空外滑動(dòng)式保溫結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：“鋼套管”直埋管道強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，因此不容易破壞，使用壽命30年以上；將傳統(tǒng)“鋼套管”直埋蒸汽管道中的空氣層抽成真空層，排除了空氣中的潮氣及保溫層中吸收的水分，有效地防止內(nèi)、外鋼管的腐蝕，大大降低了管道的熱損失和表面溫度，延長(zhǎng)了管道的使用壽命；管網(wǎng)中采用自然補(bǔ)償和新型的內(nèi)固定支架，減少了補(bǔ)償器及外固定支架等薄弱環(huán)節(jié)，提高了管網(wǎng)運(yùn)行的安全性。 缺點(diǎn)：價(jià)格較貴，施工質(zhì)量要求高。

經(jīng)過長(zhǎng)期的工程實(shí)踐表明，熱水管的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)成熟，柔性管操作靈活、安裝簡(jiǎn)便，有其他形式管道不可代替的優(yōu)勢(shì)，在城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)中得到推廣和應(yīng)用。

5 結(jié)語

城鎮(zhèn)供熱管道不僅具有傳統(tǒng)的地溝敷設(shè)供熱管道難以比擬的先進(jìn)技術(shù)性能，而且還具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，也是供熱節(jié)能的有力措施之一。

[1] CJJ/T 81—2013，城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道工程技術(shù)規(guī)程[S].

[2] CJJ/T 104—2014，城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術(shù)規(guī)程[S].

Design of urban directly buried heat-supply pipeline engineering

Cheng Xumei

(LvliangInstituteofBuildingSurvey&Design,Lvliang033000,China)

The thesis describes the development conditions of directly heat-supply pipeline, introduces urban directly buried heat-supply pipeline types, describes directly buried heat-supply pipeline distribution, laying and insulating technology points, and finally points out its advantages, such as obvious economic, social and environment benefits and wide application prospect as well.

directly buried heat-supply pipeline, insulating pipe, pipeline network, compensator pipe segment

1009-6825(2016)26-0139-02

2016-07-06

成旭梅(1970- )，女，工程師

TU995.3

A