直埋无补偿冷安装技术在供热工程中的应用介绍

直埋无补偿冷安装技术在供热工程中的应用介绍2010-08-1809:34:22作者：来源：互联网目前热力管网的直埋敷设在国内外已经被广泛地应用在许多供热工程中，其主要原因是由于该系统设计中没有补偿器固定墩，减少了系统中危险点的数量，提高了安全;节约了工程资金;关键字：供热[705篇]1引言目前热力管网的直埋敷设在国内外已经被广泛地应用在许多供热工程中，其主要原因是由于该系统设计中没有补偿器固定墩，减少了系统中危险点的数量，提高了安全;节约了工程资金;施工周期短，管道寿命长;维护费用低以及热损失小且不影响地面环境外貌等优点2直埋管网敷设方式直埋管网敷设方式简单的讲有两种，一种是有补偿直埋敷设，另一种是无补偿直埋敷设，还有一种是介于以上两种方法之间，即供水管采用有补偿直埋敷设，回水管采用无补偿直埋敷设。无补偿直埋敷设，改变了以往利用补偿器来吸收管道的热膨胀变形从而使管道应力下降的模式，而是充分利用了钢材本身的强度应力特性，在降低应力水平的前提下实施的一种方法。东华热电供热管道设计则是集中了上述的敷设方式，即DN1000以上的供水管采用有补偿直埋敷设(设置直埋套筒补偿器)，其余管道采用无补偿冷安装直埋敷设方式。管网主干线全长9.0km(单程)，其中6.8km(单程)采用无补偿直埋敷设方式。最大管径DN1000，设计压力1.6MPa，设计温度130℃。3直埋管网安装方式直埋管网的安装方式从有补偿、预热安装发展为冷安装方式。3.1无补偿冷安装无补偿冷安装是指供热管道的整体焊接温度等于沟槽回填时的温度，即管线焊接和沟槽回填等安装过程都是在正常的环境温度下进行的。管道应力验算采用分类法和安定性分析理论，设计中考虑各种载荷条件可能的组合，将应力根据其起因、来源、作用范围、性质和危害程度不同进行分类，采用不同的强度验算条件。按照以上方法设计的直埋热水管道，直管段通常可以不设补偿装置且不必预热，管道焊接和沟槽回填等安装过程都在冷态条件下进行。在冷态的环境温度下管道处于零应力状态，在运行工况下热应力增大，但应力变化范围始终控制在允许值之内。该设计方法在热水管道直埋敷设中可以发挥明显优势，利用温度应力具有自限性的特点，充分发挥管材的承载能力。3.2预应力方式预应力方式有敞开式预热安装和设置一次性补偿器覆土后预热两种，在管道温度升至预热温度时回填或焊接，在管道温度恢复至环境温度时，管道处于拉应力状态，产生预应力效果。由于一定量的热胀变形提前释放，管道在工作过程中压应力和拉应力均不超过钢材的许用应力。a.敞开式预热安装在覆土前，管道可以进行敞开式预热。由于没有土壤摩擦力，管道的热胀变形可以提前释放，预热温度为管段内平均应力为零时的温度。管道被加热到预热温度时覆土后再冷却，使管道达到一定的平均应力水平。在首次运行加热移动后，其管端的位移与冷安装的位移大致相同，但避免了冷安装在首次移动时的较大位移。b.设置一次性补偿器覆土后预热这种方法是在管道的直段部分，按计算的间距分段安装一次性补偿器，并仅在补偿器附近的沟槽处敞口，其余沟槽回填。一次性补偿器的补偿量在预热前调整为设计值，当管道首次加热使补偿器的伸长量到位后将一次性补偿器焊接为整体，管道的热胀变形得到了提前释放。由于土壤摩擦力的作用，在两个一次性补偿器之间的局部应力，将高于补偿器处的应力，然而，由于系统温度的变化，在多次变化以后，应力将均匀一致。3.3无补偿冷安装与有补偿和预热方式的性能比较无补偿冷安装具有以下优点：a.安装简单，施工周期短;b.减少固定墩和检查井，占地少;c.管道不动的锚固段较长，管路附件少，维修管理工作量少，运行安全可靠;d.管网停运期间管道处于底应力状态，管道维修施工和分支安装不必采取特殊措施;e.投资少，无预热或额外补偿装置所需要的费用。缺点：锚固段中管道轴向力较大，管路附件(如三通等)要求强度较大。4直埋无补偿冷安装在设计及施工中的关键点直埋无补偿冷安装供热管道在设计中除按照规程进行强度设计外，同时还应采取相应的措施来避免出现整体失稳、局部失稳和椭圆化变形。4.1管材要求a.采用钢管、保温层和外护层紧密结合的整体式预制保温结构。当钢管内热水的温度变化时，整个保温管将一起伸长或收缩，保温结构层间不能发生滑动;保温结构应具有传递剪切力的能力，钢管、保护层和外护层互相之间应有足够的粘结强度;保温管和外护层应具有足够的强度，能够抵抗土壤的压力，尤其在管道转弯及分支等变形部位土壤压力较大;保温管外护层必须具有良好的防水功能，现场接头施工必须保证封闭严密。一旦保温层进水，会造成钢管腐蚀和整体式保温结构的破坏;保温管抗老化性能应满足标准要求，在管网整个寿命期内应保证保温结构的各项技术指标;保温层应具有良好的绝热性能，除满足管网热损失的要求外，还应满足外护层使用温度的要求。基于上述技术要求，东华供热管道采用高密度聚乙烯预制保温管及耐高温的聚氨酯保温材料。这种预制保温管是采用“一步法”在对高密度聚乙烯外护层进行了电晕处理、钢管外表面进行抛丸处理后，立即进入聚氨酯发泡工位，聚氨酯泡沫塑料与高密度聚乙烯在很短时间内亲合地粘结在一起，保证了工作钢管、聚氨脂泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外护管紧密地连接成一个“三位一体”的结构。当管道温度变化时，钢管的热胀冷缩变形可以通过保温层传到外护管，使外护管与周围回填土之间发生滑动，同时外护管上的土壤摩擦阻力又通过保温层限制钢管的热胀冷缩变形。c.三通要加固。据北京煤气热力设计院测试结果为，材质为A3的?准529×8的等径焊接三通在内压P=1.4MPa时，仅能承受40KN轴向推力，而直埋管道有可能出现2500KN左右的轴向荷载。因此在工程设计时，三通管应分不同管径进行特殊加固。在大口径直埋管道上设置的三通采用带加强板的三通。在三通支管上设置Z型弯来降低三通处的应力，Z型弯距主管的距离为10～15m。在部分三通支管管径较小时，也采用了平行三通的布置方法。4.2设计要求a.针对市区地下敷设的管道易产生折角的现象，在管道布置中将大折角分解为几个小角度折角进行敷设。对于相距较近的折角，由于将其分解为小折角会很困难，则采用大弯曲半径的弯管来代替大折角，从而避免了折角处有预应力集中而产生低循环疲劳破坏或局部失稳破坏。b.使用大弯曲半径的弯头，所有直埋管道大口径弯头的弯曲半径不小于2.5倍公称直径。弯头的壁厚比相同管径的钢管壁厚多2mm。4.3.焊接及检验要求现场焊接应保证焊透，管径大于或等于DN400的钢管及管件焊接应采用氩弧焊打底，并采用双面焊。5结论：直埋敷设应优先采用无补偿敷设方式，减少补偿器和固定墩的设置，以减少管网的投资和出现事故的概率;安装时优先采用冷安装方式，避免预应力方式带来的工程投资和施工难度;无补偿冷安装敷设方式采用先进的应力分析法，已得到国内外供热界的普遍承认，而且事实证明无补偿冷安装技术是完全可以保证供热管网安全、经济地运行。