热水供热管道预热无补偿直埋敷设的设计.pdf

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1、第2 6 卷第12期 2 0 0 6年 1 2月煤 气 与 热 力CAS 覆盖式预热; 一次性补偿器中图分类号: T U 9 9 5文献标识码: A文章编号: 1 0 0 0 一 科1 6 ( 2 0 0 6 ) 1 2 一 0 0 4 4 一 0 3D e s i g no f P r e h e a t e da n dD i r e c t l y B u r i e dI n s t a l l a t i o nw i tho u tE x P a n s i o nj o i n t fo r H o t 一 w a te r H e a t 一 s u P P l yP I P

2、e l i n eL I J i n g ， D A I D o n g 一 h u i ， L I X i a o 一 9 0 雌( North Chi n a Mun ic iP a l E 鳍i n e e r i 咭 D “ ig n c o v e r 一 t y p e p re h e at e d ; d i s p o s - abl e e x p a n s i o n j o i n t在供热管道敷设方式中， 直埋敷设因对交通影 响小、 便于 施工及造价低等优点被广泛采用。其中， 无补偿直埋敷设是一种技术先进且造价较低的敷设 方式， 它与有补偿直埋敷设相比， 突出的优点

3、在于大 大减少了固 定支座和补偿器小室， 只是在管道变径 较大管径侧与不同敷设方式( 如直埋敷设与地上敷 设) 交界处设固定支座， 特别适用于地下管网复杂 或地下水位较高的地区。本文结合工程实例， 对采 用覆盖式预热无补偿直埋敷设的热水供热管道的设 计计算方法进行研究。 1 覆盖式预热无补偿直埋教设的理论基础覆盖式预热无补偿直埋敷设是在长直管道上按 设计间距分段安装一次性补偿器， 沟槽敞口 位于一 次性补偿器处， 沟槽其余部分回填后进行预热。一 次性补偿器的伸长量在预热前调整为设计值， 待管 道升温至预热温度后将一次性补偿器焊死， 使之与管道成为一体， 此后一次性补偿器不再起补偿作 用川。 一

4、次 性补 偿 器的 结构与 波纹管 补 偿器相似， 只是在波纹管补偿器外面增设了一个随其一起活动 的钢质外套。当管道轴向应力达到钢材许用应力时， 所允许 的最大温升或温降尔m 彩单位为) 的计算式为:1 1 m 二 二 式( ) 式中 ， al l 钢材的 许用应力， M Pa 钢 管的 弹 性模量， M P a ， 取Z x 1 0 5 M Paal 钢 管的 线胀系数， K 一 ， 取1 . Z x lo一 ，K一 1由式( 1)可知， 只要管道最大温升或温降在 、 : 以内， 即 使不设置补偿装置， 其轴向 应力也不会 超过钢材的许用应力， al l 。管道内应力均布后， 最 大压应力和

5、最大拉应力的计算式为:4 4第 1 2期李静， 等: 热水供热管道预热无补偿直埋敷设的设计第2 6卷hl一气二 e ，m ax = E a ， ( t m 。 一 t 。 )， d ，m a : = E a ( t 。 一 t 。 1。 )t _ _ _ +t-一 mZ 式中 。 。 ，max 最大 压 应 力， M Pa蠕、 管道最高工作温度L r = 气L 1 xl二 了L 2 孔二 了h Z + 2 h 3 h Z + h :、，产、夕苦、产 今伪j4/、2、2.、( 1 0 )式中 众 一次性补偿器BZ 左侧计算管段长度tm 管道循环中间温度， ， d ，m a x 最大拉应力， M

6、p atmi n 管道最低工作温度， ， 取10 由式( 2 ) 、 ( 3 ) 可知， 受土壤摩擦力或强制固定 约束的管道受热、 受冷时， 其承受的 压应力或拉应力 主要取决于管道的温升或温降， 而与管径、 长度、 管 壁厚度等无关。当管道轴向应力不超过钢材的许用 应力。 al l 时， 管道便能够安全正常工作。 2设计 参数的 计算2计算预热温度L l 一次性补偿器B Z 至BI 的长度， m x ， 、 x Z 定位尺寸， m Lr 一次性补偿器B Z 右侧计算管段长度口an +歹 口ta nE a lh ， 、 h Z 、 h 3 一次性补偿器BI一 B3处管道的管顶至地面的高度， m

7、几 一次性补偿器BZ 至B3 的长度， m计算管段的约束伸长量土壤摩擦力对一次性补偿器两侧计算管段产生 的约束伸长量的计算式为:t p re ， ct an式中 t ， ，c=t m a 、;了1.盈.1了、 L r ， L 二x l o 一 6、，J、.产 勺62.、了胜、P d i2 占 计算预热温度， 么 L r ，rZ A E钩 岑 移 人 d 。xl o 一 6， 泊松数， 取0 . 3， ta ll 环向应力， M P ap 管道工作压力， M Pa试 钢管内径， m占 钢管壁厚， m 计算管段长度在管道运行中， 两个一次性补偿器中间实际上 会出现一个自 然锚固点， 将中间管段一分

8、为二， 分别 属于两个不同一次性补偿器的计算管段。计算管段见图 1 。F I = 式中 tt.L 一次性补偿器约束伸长量， m( 1 2 )( 1 3 ) B Z 左侧计算管段的自然 锚固点自然 锚固点二 ，L L I嘴 1 1， x ZL 邸2B l 一 B 3. 一次性补偿器图1 计算管段珑. IC 山ul a t e d 禅 网nese cti on 一次性补偿器B Z 两侧计算管段长度的计算式凡 单位长度管道摩擦力， N / mA 钢 管管 壁横 截面 积， m 扩么 Lr ，r 一 次 性 补 偿器BZ右 侧计 算 管 段的约束伸长量， m户 塑料膜与土壤间的摩擦系数， 取0 . 3

9、p 土 壤 密 度， k g/ m ， ， 取1 8 0 0 k 岁 m ，9 重 力 加 速 度， 耐5 ， ， 取9 . 8 1 耐5 ，h 一次性补偿器 BZ 处管道中心至地面的高度， md 。 预制直埋保温管的 外径， m附加温度覆土预热时， 一次性补偿器要达到计算伸长值 必须克服土壤的约束力， 克服土壤约束力的附加温 度计算式为: !“ = 黯 。 一6( 1 4 )L L 二 L l 一 x l( 7 )式中 taa 附加温度， L m ax 一次性补偿器 BZ 两侧最大的计算4 5 第 1 2 期煤 气 与 热 力第2 6卷管段长度， m 实际预热温度t p r。 = t p r

10、e ，。 + t 。d( 1 5 ) 式中 称 re 实际 预 热 温 度， 一次性补偿器的计算伸长量 L = a ， ( L 。 + L r ) ( t 。 一 t )( 1 6 ) 式中 L 一次 性补偿器的 计算伸长量， mt 预热时的注水温度， 3施工 技 术 要求 3 月 管道埋深不超过2 . s m 。 敷设时管道周围要填厚度为1 50 m m的中 细砂。安装时各规格管道的折角不超过下列值: D N8 0 O一 1 0 0 Om m， 1 . 7 “ ; D N7 0 0m m， 1 . 8 “ ; D N6 0 0 m m ， 2 . 1 “ ; n N 5 0 0 m m ，

11、2 . 6 “ 。 当 大 管 径管 道 折角 超 过3 “ 时需设弯头， 在3 “ 与允许角度值之间可采用折 角加肋板补强或局部敞槽预热等施工方法。管道需均匀缠绕厚度为0 . 25 一 0 . 50 m m 的塑料膜， 以减小管道与土壤间的摩擦系数， 塑料膜 与外套管之间不允许夹杂砂土。 管道的弯头、 三通处需按要求加设泡沫垫， 以吸收管道位移。 其他要求与普通直埋敷设相同。 4 工程实例国内某地区热电联产集中 供热工程采用覆盖式 预热无补偿直埋敷设， 供、 回 水温度为1 30、 70 ， 工 作压力为 1 . 3M P a ， 主干线管道规格为 D N5 00 - l ooo m m 。

12、预制直埋保温管的钢管材质为s t4 4 ， 钢 材的许用应力， al l = 1 70 M Pa。以规格为D N6 00 m m的一段管段为例进行设计计算， 钢管外径为6 30 m m ， 壁厚为gm m ， 预制直埋保温管外径d 。 = 7 60m， h Z = 1 . 0 5m， h 3 = 1 . 2 0m 。由 式( 5 ) 、 ( 6 ) 计算得， p r。 ，。 = 5 3 . 6 4 。由 式 ( 9 ) 、 ( 1 0 ) 计算得， x l = 6 1 . 5 4 m ， 二 2 = 6 1 . 3 3 m 。由 式 ( 7 ) 、 ( 8 ) 计算得， L L = 5 8 .

13、 4 6m ， L r = 6 1 . 3 3 m 。由式 ( 1 3 ) 计算得， F ， 二 1 8 . 0 8k N / m 。由式( 1 1 ) 、 ( 1 2 ) 计 算 得， L r ，L = 8 . s m m ， L r ，r 二 9 . 7 m m 。由 式( 1 4 ) 计 算 得， t 。d 二 1 3 1 6 。由 式( 1 5 ) 计 算得， t P re = 6 6 . 8 。由式( 16) 计算得， 八 L = 86. Zm m。实际预热温 度为6 6 . 8 ， 当一次性补偿器的伸长量山86. Zm m 减少至0 时， 即可焊死。5 结语由于预热无补偿直埋敷设的

14、工程设计中要求相 邻两个一次性补偿器之间距离小于管道最大安装长 度的2 倍， 因此管网中需要设置较多一次性补偿器。 虽然一次性补偿器价格比普通直埋波纹管补偿器价 格高， 且需要预热， 但这种敷设方式具有较高的安全 可靠性。一次性补偿器仅使用一次， 故障率极低。 管道二次应力可以通过合理布置固定支座主动控 制。参考文献: 1穆树芳. 实用直埋供热管道技术 M . 徐州: 中国矿业大学出版社， 19 97. 2 C J/ T 81一 习 8 ， 城镇直埋供热管道工程技术规程 5 . 3 王淮， 吕国良， 戴东辉. 供热管道无补偿直埋敷设的预热方法 J 煤气与热力， 2 (k)2 ， 2 2 ( 3

15、 ) : 2 3 2 一 2 3 4 . 4何聪， 赵玉军， 李祥瑞. 无补偿预热直埋敷设方式的探讨 J . 煤气与热力， 2 0 0 2 ， 2 2 ( 5 ) : 4 5 2 一 4 5 4 .m m ， 钢管管壁横截面积A = 1 7 . 5 5 x l 0 一 高工作温度t m ax= 1 30 ， 预热时， 注水温度t管道二1 0 该计算管段见图1， L I = L Z =1 2 Om， h ; = 0 . 9 0作者简介: 李静( 1 9 78 一 ) ， 女， 天津人， 工程师， 学士， 主要从事供热工程设计工作。电 话: ( 0 2 2 ) 2 3 5 4 5 1 4 3E一

16、m a i】 : 1 1 一 i n g c e m i . c o m . c n收稿日 期: 2 006 一 06一 28; 修回日 期: 2 006 一 09 一 06最.I 、 ” . . .， ” ” . .、 . ” ，. . ， . ， 、 t. ” ，. ， . ” 、 t. ，. 幼 rp ， ， “ 卜 ” .、 ，t “ . r ” ， ， . ” . .、 p， 、 . ” ， . ，:;气.二孟;-.音-.;:公.记寻 霞 扣 祖 寻 盒 朴 豢 寻 囊 芬 游 寻 囊 之 矶寻 囊 姗 徽、.*.，:，.，:，;子.-尹-，产:，. ， : ， “ .t. ，.:. ， 卜. ” ， ，. :t 气. 4 6