直埋热水供热管道敷设方式比较

【摘要】伴随着我国工业化的进程和城市化脚步的加快，城市建筑面积和规模不断地扩张和延伸，供热面积加大、供热管道直埋敷设长度与管径都在随之增大，其为城市提供集中性供热的功能成为了行业主流，在对供热管道的安全和运行经济成本测算的环境下，直埋敷设管道的方式成为了目前供热行业研究的热点课题。本文通过对直埋热水供热管道的受力进行系统的分析，以各应力参数为指标，比较不同供热管道的敷设优劣势，从而对城市供热系统提供指导。

【关键词】直埋供热管道；敷设

城市化建设的公共服务设施领域里，供热系统的建设与设计需要不断地提升其性能，以保证人们生活的需求，现代集中供热系统正在应时代的需求快速地发展，为了保证大面积扩张的供热管道及时、安全地为人们提供服务，环保节能、安全卫生的供热管道系统以更优越的性能、更经济的方式实现其价值。在供热管道直埋的敷设技术中，重点突出投资成本的节约以及运行的安全可靠性能。本文对城市供热管道的敷设技术进行不同方式的阐述，针对直埋管道失效的方式，进行对照比较，以供同行借鉴。

直埋热水供热管道技术是利用机械物理原理，通过直接埋入地层的保温管道自身的强度，承载供热系统的热应力。这种技术可以替代原有的分散的小型燃煤锅炉房，改变原有的供热效果差、污染排放严重、热效率低的状况，在实践的过程中，通过直埋供热管道的不同敷设方式，实行集中供热。

一、直埋供热管道破坏而失效的方式分析。

供热管道的设计压力有其规定的压力标准，由于供热状态时温度的上升，致使供热管道要承受强大的温度应力，在温度应力的作用下，供热管道会产生附加的轴向应力，这两种作用力同时作用于直埋供热管道，使管道在无法承受的不同状态下，会发生直埋供热管道的破坏而失效，它主要表现为两个方面，即：强度破坏和丧失稳定破坏。

1、强度破坏。

1.1、循环塑性变形破坏。这种变形破坏是由供热管道内部温度的水温变化而变化的，在差异较大的温度变化之下，供热管道会发生热胀冷缩的物理变化，使供热管道内壁出现轴向压缩和轴向拉伸的不同变形，这种由温度应力而导致的轴向应力，是对供热管道造成变形损坏的重要原因。

1.2、低循环疲劳破坏。这种形式的破坏主要由于供热管道的地层敷设长度和管网路径所决定的，因为地形复杂以及长度的需求，供热管道要连接各种必需的三通、大小头以及弯头等，繁复的连接零件无法适应供热过程中温度的巨大温差变化，在温度达到一定的峰值时，这些构件就要承受巨大的应力，产生疲劳性破损。

1.3、高循环疲劳破坏。由于供热管道直埋于地下，其顶层的土壤会由于承载过多的车辆负荷，而压迫供热管道，集中的应力使直埋供热管道发生变形和损毁。

2、丧失稳定破坏。

2.1、局部失稳。供热管道局部构造是一种薄壁贝壳构造，因为其承受的轴向压应力，而可以出现局部失稳的状态，使供热管道被破坏。同时，这种局部失稳状态也与供热管道的厚度和管径有直接的关联，其局部失稳状态与管壁厚度成反比，而与管径成正比。

2.2、整体失稳破坏。直埋供热管道在温度变化差异下，产生温度压力和轴向压力，在供热过程中呈现最大的压力状态，而会使直埋供热管道产生压杆效应，导致整体失稳。

二、直埋热水供热管道的敷设方式对比性探讨。直埋热水供热管道的敷设方式主要分为两种，即无补偿的直埋安装的敷设方式和有补偿安装的敷设方式。

1、无补偿冷安装的敷设方式。

这种敷设方式是指供热管道在整体进行焊接时，其焊接温度和回填温度是相一致的，即两者都在常温下进行操作，简便易行而经济，直埋供热管道在敷设之前不加预应力，也没有补偿器，它应用分类法和安定性分析方法，对应力进行分类：首先，是一次应力，即供热管道的供热运行过程中而产生的轴向应力；其次，是二次应力，即热胀冷缩物理作用之下而在供热管道中产生的轴向压缩和拉伸的应力；最后，是三次应力，即在前两种压应力的作用之后，由供热管道的构件开口连接处而释放出的压应力。在这三种强度理论之下，考虑各种载荷条件，采用不同的直埋供热管道强度验算，可以采用直埋供热管道的无补偿冷安装方式。

这种敷设方式由于在冷态的温度环境下供热管道处于零应力状态，尽管运行状态时会产生一定的温差，但是其应力可以控制在允许范围值之内，充分发挥出直埋供热管道的材料性能和承载能力。

2、采取补偿器、补偿弯和“固定墩”联用的直埋供热管道的敷设方式。

由于受实际工程场地的限制，直埋供热管道都需要用补偿器实施补偿，同时为了保护补偿器遭受不均匀变形而损坏，还要同时配备固定墩，以保护应力集中的弯头、三通等构件部位。

这种敷设方式使直埋供热管道的热应力提前得到了释放，降低了热应力水平，减小了直埋供热管道的局部失稳可能性和局部屈服的危险。在下述的图形显示下，可以看到，由于固定墩和补偿器的联用，使直埋供热管道处于完全滑动的状态，这种状况之下，供热管道在运行过程中受到的热应力已经降至了最低，其受力情况如下图所示：

3、预热安装的敷设方式。

3.1、“敞沟预热”安装方式。“敞沟预热”安装方式分为两种，即：整体和分段预热。其中：整体预热是尽量减少直埋供热管道的折角处，而采用弯曲度自然的构件，并且考虑在管道较长时可以设少量的一次性补偿器；分段预热是没有达到整体预热条件下而采取的措施，是对某一段供热管道进行预热温度保持下的敷设。这种方式只有少量的补偿器铺设，因而可以节省工程造价。它可以分为设置固定点和不设固定点两种方式。“敞沟预热”温度用公式：t=（t1+t2）/2计算，“敞沟预热”管道伸长量用公式：L=L（t1-t2）×1000计算。

3.2、一次性补偿器预热安装方式。在这种安装方式中的一次性补偿器的选用，要具备一定的条件，即：设计压力等级、设计供水温度以及伸长量。在满足这三个条件之下，要进行一次性补偿器间距的计算。这种方式通过设置固定支架和一次性补偿器，来吸收供热管道在运行过程中产生的热伸长。其覆土预热温度的计算公式为：T=（T1+T2）/2+FtLt/（EA×106），其供热管道受力的计算公式为：

预热安装的敷设方式与冷安装的敷设方式相比，其供热管道的应力都下降了一半，从而，大大减少了施工难度。

三、结束语。

综上所述，直埋热水供热管道的不同敷设方式在其管道温度应力和轴向应力的分析与计算下，各有其优缺点，可以考虑冷安装条件下的无补偿冷安装敷设方式，而对于较大管径、温差较大的管道用热安装的敷设方式。这些不同的敷设方式都是城市供热系统发展的趋势，在未来的城市集中供热方面，其节能减排的优势效应发挥着十分重要的作用和意义。

参考文献：

[1] 陈海燕，张皓皓，颜燕. 提高直埋供热管道安全运行的途径[J]. 煤气与热力. 2010（09）

[2] 杨海礁. 直埋供热管道埋深的研究[J]. 煤气与热力. 2010（10）

[3] 席丹丹. 热水直埋管道敷设难点的处理方法[J]. 区域供热. 2011（05）

[4] 高海旺. 简述热水供热管道直埋无补偿敷设方法[J]. 山西建筑. 2010（35）