供熱管道直埋敷設方式探討

孟　軍

(太原市熱力公司，山西 太原　030024)

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供熱管道直埋敷設方式探討

孟軍

(太原市熱力公司，山西 太原030024)

從循環塑性變形、循環疲勞損壞、失穩等方面，介紹了供熱管道遭受損壞的方式與作用機理，對比分析了補償冷安裝、敞溝預熱安裝以及一次性補償器覆土后預熱敷設三種供熱管道直埋敷設方式的優缺點，以供參考。

供熱管道，直埋敷設方式，塑性變形，疲勞損壞

0　引言

和采取區域性鍋爐供熱的方式相比而言，采取集中供熱采暖的方式更加的環保和節能，同時又具有較高的安全性能，能有效地節約用地面積，減少成本的投入。現階段，集中供熱采暖發展成了我國城鎮非常重要的基礎設施，同時也是我國城鎮公共事業中非常關鍵的構成部分。在我國城市化進程逐步加快的同時，城市集中供熱采暖也逐步地發展，其涉及的范圍持續增加。同時，在集中供熱采暖建設過程中，也需要更加先進的直埋敷設工藝。怎樣顯著地降低供熱系統的成本，并保障系統在運行時具有較高的可靠性，是目前供熱行業所面臨的重要問題。在供熱系統的建設過程中，管道的直埋敷設尤為重要，其是把事先預制完成的、具有保溫性能的供熱管道直接埋到地下，通過供熱管道所具有的強度和相應的配套裝置一起承擔系統運行中所形成的熱應力。在長期的實踐過程中，逐步形成了多種用于供熱管道直埋敷設的技術與工藝，其目的是為了保障系統在運行過程中具有一定的安全性，并最大限度地降低資金的投入，同時盡量使系統在維護中更為便捷。因此，有必要對不同的供熱管道直埋敷設方式進行分析與比對，以掌握不同工藝的特性，便于更好地為供熱系統的建設、運行服務。

1　供熱管道的損壞形式

通常供熱管道所承受的應力值在0.6 MPa～2.5 MPa之間。而在對供熱管道的應力分析后發現，管道的內部應力要較其自身的屈服力小很多。但是，在供熱管道的使用過程中，會出現較大的溫度變化，從而導致管道形成相對大的軸向應力以及壓應力。因此，對于供熱管道種類的選用要尤為重視。

1)循環塑性變形。供熱管道發生循環塑性變形最根本的原因是由于管道所處環境的溫度波動。如果產生相對大的溫度波動，并且所形成的熱形變無法徹底的被釋放。那么，當管道所處的環境溫度升高時，供熱管道的管壁就會由于受到軸向的壓力而形成一定的壓縮變形。當管道所處的環境溫度降低時，供熱管道的管壁就會由于受到軸向的壓力而形成一定的拉伸變形。如果所處的環境溫度變化超出特定溫度值時，就會導致供熱管道被破壞。

2)低循環疲勞損壞。在供熱管道中，位于管道線路中的接頭位置、三通位置或者彎折位置會出現應力集中的現象，而如果管道所處環境發生一定的溫度波動，那么管道線路中不連續位置將出現峰值應力，從而導致該處的管道遭受疲勞損壞。

3)高循環疲勞損壞。當供熱管道上方有車輛通過時，其重量形成的應力作用將被傳遞至地下直埋敷設的管道之上，從而導致供熱管道局部位置形成橢圓狀形變，進而出現應力集中問題。在長期循環應力作用下，最終產生疲勞損壞。

4)整體失穩。管道使用過程中，其軸向應力值是最大的，而且受到壓桿效應的影響，有可能發生管道整體失穩的問題。尤其當供熱管道埋設采取無補償冷敷設工藝時，管道所處環境的溫度變化所形成的應力將全部的形成軸向應力，非常容易使得管道發生整體失穩問題。針對這種問題，我國頒布的CJJ T81—2013城鎮供熱直埋熱水管道技術規程里明確規定，管道的敷設必須達到相應的標準，才能確保其不發生整體失穩的問題。

5)局部失穩。管道的局部失穩會受到其軸向應力所產生的形變影響，也就是管道熱脹形變程度及形變釋放程度的影響。還會受到管道自身結構性能的影響。因為管道是薄壁殼體結構，當其受到一定的軸向應力時，就可能導致管壁出現局部失穩現象。根據局部失穩公式可知，如果供熱管壁自身的厚度不斷增加，則其發生局部失穩的概率就越小。而當供熱管道的半徑逐漸增加，其發生局部失穩的概率就越大。所以，在供熱管道敷設時，要依據不同的管道壁厚來采用不同的覆土深度。

通過上述的幾種損壞情況看，管道使用中的安全性和管道受到的軸向壓力存在著非常緊密的關聯。管道所受到的軸向應力根本上是由于溫度變化所產生的應力，如果供熱管道的直徑超過DN250時，其遭受局部屈服的概率將大幅提高。而要避免發生局部屈服問題，就應當嚴格地控制管道所受到的溫度應力，并且按照不同的應力管控方案，來選擇適宜的管道直埋敷設方式。

2　供熱管道直埋敷設方式的分析和選用

2.1補償冷安裝方式

此種管道直埋敷設方式是最為簡便也是成本投入最小的工藝方法。其把供熱管道直接敷設，在進行覆土前未預設特定的應力，同時也未安裝補償裝置。受到土壤摩擦的影響，供熱管道會有錨固段與滑動段之分。如果供熱管道位于錨固段，其所受到的熱脹應力將整體的轉變成溫度應力，這樣會導致供熱管道使用過程中要承擔非常大的軸向應力。因此，此段供熱管道所受到的最大應力值和最大的溫度變化是成正比例關系的。如果管道所受到的熱脹應力無法整體的轉變為溫度應力，而供熱管道會由于受熱而拉伸。采用此種敷設方法，供熱管道所受到的軸向熱應力一般會滿足管道許用應力值要求。不過，當溫度波動稍大，就會超出其局部屈服應力值。因此，當溫度波動較大時，無法達到局部屈服的標準要求。所以，此種直埋敷設方式會在很大程度上對溫度有所限制，也只能是用在特定的溫度環境中才可以使供熱管道保持安全可靠的運行。

2.2敞溝預熱安裝方式

此種管道直埋敷設方式是對管道完成事先的預熱處理，再進行回填作業，并保證管道所預熱的溫度值達到一定的要求。采用這種直埋敷設方式，管道在使用時如果環境溫度和所預熱的溫度相同時，其所受到的熱應力值將變成零。如果管道使用過程中，環境溫度值超出預熱溫度時，此時供熱管道會遭受壓力作用。而如果管道使用過程中，環境溫度低于預熱溫度時，此時供熱管道會遭受拉力作用，這就使管道形成預應力作用。采用此種直埋敷設方法，能夠有效的節約管道敷設中的補償器及固定頓的用量，也會使整個工程的成本投入降低。和冷安裝方式對比而言，預熱直埋敷設方式管道所能承受的應力大很多，同時也可以有效的降低管壁發生局部屈服的概率。對于一些直徑相對大的管道敷設施工非常有利。

2.3一次性補償器覆土后預熱敷設方式

此種直埋敷設方式是把管道分段進行一次性補償裝置安裝。當敷設完成后能立即進行回填土作業。當第一次加熱時，如果補償段處的管道熱形變值達到預熱溫度所發生的自由膨脹形變值時，能夠對其焊接。一次性補償器在經由很多次數的溫度波動后，而讓其應力得以均勻化，進而實現預應力作用。和冷安裝方式對比而言，此種直埋敷設方法同樣可以使管道所能承受的應力大很多。所以，也可以有效的降低管壁發生局部屈服的概率。而和敞溝預熱直埋敷設方式對比而言，此種方式省去了預熱工序，降低了建設時的成本投入及施工難度。

3　結語

在對供熱管道遭受應力影響的多種因素分析后，我們了解到了不同直埋敷設方式所具有的特征。如果可以達到冷安裝的標準要求，應當盡可能地采取此種安裝方式。不過，如果考慮到供熱管道使用中的安全可靠性，一些管道直徑相對大或者所處環境溫度變化較大的供熱管道施工中，應盡量采取預熱直埋敷設或者有償直埋敷設的方式完成。

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[3]郭震環.某供熱直埋敷設設計要點分析[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

孟軍(1981- )，男，助理工程師

TU833

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