【摘要】：隨著社會的快速發(fā)展，供熱管道的直埋敷設具有施工周期短、維護量小、節(jié)約投資、壽命長、占地少的優(yōu)點，已成為我國供熱管網(wǎng)推薦的一種敷設方式。本文就發(fā)電廠直埋供熱管道的設計與施工來進行探討，以供大家共同學習之用。

　　【關(guān)鍵詞】：直埋供熱管道,發(fā)電廠,設計,施工

　　1、前言

　　隨著《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》的發(fā)布，標志著直埋供熱管道敷設方式的技術(shù)已經(jīng)很成熟，實際運用也越來越廣泛。人們的生活是離不開熱能的，熱能要從熱源輸送到用戶，是要通過管網(wǎng)系統(tǒng)的，熱網(wǎng)是是城市供熱的重要命脈，其連接著熱源和熱用戶。直埋敷設以工程造價低、工期短、占地面積小等優(yōu)點在供熱工程中得到廣泛運用，在熱網(wǎng)設計中占據(jù)重要的地位。

　　2、直埋供熱管的結(jié)構(gòu)形式

　　目前, 供熱管管道直埋敷設通常采用兩種形式：玻璃鋼外套管內(nèi)滑動外固定式和鋼套管外滑動內(nèi)固定式兩種形式。

　　2、1　玻璃鋼外套管內(nèi)滑動外固定式直埋結(jié)構(gòu)

　　當溫度在200 度以下, 地下水位比較低時, ,蒸汽直埋管道一般選用玻璃鋼，是為了節(jié)省工程投資。外套管內(nèi)滑動外固定式結(jié)構(gòu)型式是指工作鋼管與保溫結(jié)構(gòu)脫開設置, 工作鋼管受熱要膨脹, 此時鋼管運動, 發(fā)生位移, 而保溫結(jié)構(gòu)與外套管構(gòu)成一個整體結(jié)構(gòu), 不產(chǎn)生運動。工作鋼管外表面應有約(4～7) mm 厚的潤滑層, 保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)層用耐高溫硅酸鎂作隔熱層, 外層采用聚氨脂發(fā)泡做為保溫層, 外保護層則采用玻璃鋼外護管。該種類型形式的直埋供熱管道,一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的固定墩, 將工作鋼管固定, 不需要導向支架

　　2、2 鋼套管外滑動內(nèi)固定式直埋結(jié)構(gòu)

　　保溫材料和工作鋼管緊密結(jié)合就是外滑動, 將其構(gòu)成成一個整體, 保溫結(jié)構(gòu)和工作鋼管在管道熱膨脹時同時運動。外套管與保溫結(jié)構(gòu)層之間有間隙, 此間隙起到加強保溫和排潮的作用,。工作鋼管與外套管之間每隔一段距離采用一組隔熱導向環(huán), 用來減少管道位移時的摩擦力。為防止熱橋效應，一般內(nèi)固定式結(jié)構(gòu)是將工作鋼管通過固定支架固定在外套管上, 隔熱保溫措施應設置在固定支架上。

　　3、直埋供熱管道的設計方法

　　因為土壤受力是均勻的，一般忽略直埋管道的自重。供熱管道的壓力一般在(0.6—2.5)MPa，對于常用的管道，其壁厚要大于該壓力所需的設計壁厚，內(nèi)壓產(chǎn)生的實際應力也就小于管材的屈服應力。但是如果管道中熱脹變形不完全釋放出來，就會使管道產(chǎn)生了較大的軸向應力和壓應力。因此，在直埋敷設敷設管道中，內(nèi)壓的影響較小，管道產(chǎn)生爆裂的可能性是很小的，但是溫度的影響則較大。管道應力計算中應考慮循環(huán)塑性變形和疲勞破壞。另外，由于承受軸向壓力和壓應力的作用，失穩(wěn)問題在管道中還是存在著的。在運行工況下直埋管道的軸向壓力最大，管線的整體失穩(wěn)可能會由于壓桿效應產(chǎn)生，尤其是溫升較高的無補償冷安裝方式，溫升作用全部轉(zhuǎn)化為很高的軸向壓力，整體失穩(wěn)極易出現(xiàn);當管道埋的較淺時，就會產(chǎn)生整體縱向失穩(wěn)，整體水平失穩(wěn)在管線附近平行開溝時，又很容易產(chǎn)生。所以，在直埋管道設計中，應防止管道的整體失穩(wěn)出現(xiàn)。

　　4、防止直管破壞的設計方法

　　在直埋供熱管道設計中應對管道的安全狀態(tài)進行分析, 考慮管道可能出現(xiàn)的失效變形。直埋供熱管道的失效包括強度失效與穩(wěn)定失效兩個方面。

　　4、1 強度失效

　　強度失效又分為：無限制塑性流動;循環(huán)塑性變形;疲勞破壞三種形式。(1)無限制塑性流動是內(nèi)壓在管壁中產(chǎn)生環(huán)向應力, 如果環(huán)向應力過大, 管壁就會出現(xiàn)無限制的塑性流動, 使管道爆裂或斷裂。對于塑性流動，應對環(huán)向應力進行分析。由于內(nèi)壓環(huán)向應力為一次薄膜應力, 則應控制內(nèi)環(huán)向應力小于基本許用應力。但是由于內(nèi)壓環(huán)向應力遠小于其極限值, 故在城市供熱管網(wǎng)中一般不會出現(xiàn)這種破壞方式。(2)循環(huán)塑性變形。,溫度應力在直埋供熱管道中起決定作用。當溫度變化很大并且熱脹變形又不能全部釋放時, 升溫過程會使管壁因軸向壓應力而產(chǎn)生軸向壓縮塑性變形, 當溫度降低時則會使管壁因軸向拉應力產(chǎn)生軸向拉伸塑性變形。(3)通常在彎頭、大小頭及三通等管件處易產(chǎn)生應力集中容易出現(xiàn)疲勞破壞的現(xiàn)象。在溫度和壓力變化過程中, 應力集中引起的峰值應力只在很小的局部范圍內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)塑性變形。首先是由于該區(qū)域是被彈性區(qū)域所覆蓋的，爆裂或者斷裂是不會發(fā)生的，峰值應力變化的越快，疲勞破壞所需要的周期就會越短。

　　4、2 穩(wěn)定失效

　　穩(wěn)定失效又分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)兩種。(1)整體失穩(wěn)。從整個管線看, 當不能完全釋放熱脹變形時, 軸向壓力在運行工況下最大, 管線由于壓桿效應極容易引起的整體失穩(wěn): 對于整體失穩(wěn), 應按桿件受壓失穩(wěn)模型進行穩(wěn)定分析,(2)局部失穩(wěn)。從管道局部看, 管道屬于薄殼體。在軸向應力的作用下, 管道可能出現(xiàn)局部皺結(jié), 引起局部失穩(wěn)。對于運行溫度交高且管徑較大的熱網(wǎng), 應按受壓薄壁殼體模型進行穩(wěn)定性分析。

　　5、直埋供熱管道的施工

　　直埋供熱管道中熱脹變形不能完全釋放而產(chǎn)生應力。因此，通過不同安裝方式的選擇，可以讓熱脹變形的大小和變形的釋放程度改變，進而改變管道的應力。零應力狀態(tài)對應的溫度決定熱脹變形的大小，當提高零應力狀態(tài)溫度時，熱脹變形的大小可降低。根據(jù)溫度是否等于安裝時的環(huán)境溫度，管道可分為：冷安裝和預應力安裝。(1)零應力狀態(tài)對應的溫度等于安裝時的環(huán)境溫度就是冷安裝。(2)零應力狀態(tài)對應的溫度等于預熱溫度就是預應力安裝。補償裝置的設置影響著管道變形的釋放程度，當設置補償裝置時，補償裝置吸收了附近管道的熱脹變形，使附近一定范圍內(nèi)管道的熱脹變形得到釋放。根據(jù)熱脹變形能否釋放，管道又可分為：無補償安裝和有補償安裝。兩固定墩之間或遠離補償裝置而處于錨固狀態(tài)的管道，其熱脹變形不能被補償裝置所吸收就是無補償安裝。補償裝置附近處于滑動狀態(tài)的管道，其熱脹變形能被補償裝置所吸收就是有補償安裝。

　　6、直埋供熱管道的布置和敷設

　　6、1 供熱管材的選擇

　　在選擇管材時，應主要從抗疲勞性能來考慮，因為埋地熱力管道內(nèi)壓一般都很低，發(fā)生直接爆破破壞的可能性很小，所以破壞的最大可能是由溫度應力引起的塑性疲勞破壞。這就要求選擇塑性比較好、易焊接的材質(zhì)。管壁應盡可能選擇較薄的規(guī)格，因為軸向溫度應力與管壁橫截面積的大小無關(guān)，壁厚增加并不能降低管壁內(nèi)的軸向應力。在實際工程應注意避免不同規(guī)格的管子混合使用。

　　6、2 供熱管道的布置

　　直埋供熱管道的布置應符合國家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)定。應根據(jù)水流沖刷條件和管道穩(wěn)定性條件確定直埋供熱管道穿越河底的覆土深度。直埋供熱管道變徑處或壁厚變化處，應設補償器。直埋供熱管道的補償器，變徑管等管件應采用焊接連接。

　　6、3 供熱管道的敷設

　　氣閥應設置在直埋供熱管道的高處，放水閥設置在低處。管道應利用轉(zhuǎn)角自然補償。分支管從干管直接引出時，在分支管上應設軸向補償器或彎管補償器。三通、彎頭等應力比較集中的部位，應進行驗算，驗算不通過時可采取設補償器等保護措施。當需要減少管道軸向力時，可采取設置補償器的措施。當?shù)鼗浻膊灰恢聲r，應對地基做過渡處理。直埋蒸汽管道的設計與計算, 應根據(jù)廠區(qū)的土質(zhì)、地下水位和管道埋深等條件, 選擇合適的直埋保溫型式, 合理地選擇補償器類型, 保證管道運行的安全性和可靠性。其次, 還應該加強施工管理, 達到節(jié)約工期、降低工程造價、節(jié)能降耗、減少施工工作量的目的。

　　7 結(jié)尾

　　直埋供熱管道的設計與施工, 首先要根據(jù)土質(zhì)、地下水位和管道埋深等條件, 選擇合適的合理地選擇補償器類型和管材及敷設方式，保證其運行的安全性和可靠性。其次, 要加強施工管理, 節(jié)約工期、降低工程造價的目的。供熱管道采用直埋敷設方式, 可以減少建材用量和土建費用; 使得管道熱損耗低, 可以很好的節(jié)約能源; 使用壽命長, 維護費用低。因此, 直埋敷設供熱管道, 在我國城市供熱事業(yè)已經(jīng)得到了很好的應用, 同樣在火力發(fā)電廠也具有很好的應用前景

　　【參考文獻】

　　[1]《熱能工程設計手冊》湯惠芬等，機械工業(yè)出版社

　　[2] 《城市供熱手冊》范季賢等，天津科學技術(shù)出版社

　　[3] 《管道應力分析與計算》王致祥等，水利電力出版社

　　[4] 《土質(zhì)學與土力學》洪毓康等，人民交通出版社