针对供热管道直埋敷设方式研究

针对供热管道直埋敷设方式研究

杜娟娟

身份证号码：632122198709152220青海西宁

摘要：2014年2月出台的《城镇直埋供热管道技术规程》CJJ/T81-2013中，采用了分类应力计算法对供热管道的直埋敷设进行了规定，我国供热管道直埋敷设已经逐渐向无补偿冷安装直埋敷设方向发展。本文针对无补偿冷安装直埋敷设法和有补偿直埋敷设法进行了分析和研究，对我国集中供暖供热管道的直埋敷设方式选择具有参考作用。

关键词：集中供热；直埋敷设；无补偿；有补偿

集中供暖是我国北方地区最常用的冬季室内采暖方式，集中供暖不仅具有环保、节能等特点，其供暖的稳定性、经济性和舒适性一直受到人们的喜爱。随着我国城镇化推进速度加快，集中供暖面积也在不断扩大，对供热管道的直埋敷设技术要求也越来越高。因此，供热管道的直埋敷设技术的发展对促进集中供暖的普及和应用具有重要意义。

一、供热管道工作中被破坏的原因分析

1、循环塑性变形

由于供热管道多为金属，其外层包裹着岩棉、珍珠岩、矿棉等保温材料，因此在使用时由于温度变化会对管道的循环塑性变形起到一定作用，当管道所受到的温度变化较大时，由于保温层的作用热胀变形不能被完全释放，因此在加热过程中会由于压应力产生压缩变形，当温度降低时，因管壁轴向拉应力导致的轴向拉伸塑性变形还会由于温差变化导致轴向拉伸塑性变形，这种循环的变形会直接导致管道破裂。

2、低循环疲劳破坏

供热管线中的弯头、三通以及大小头和折角都是容易受到管道循坏塑性变形影响的位置，在管道受热和降温的过程中，这些位置对轴向应力和压力较为敏感，因此比较容易因为应力的循环塑性变形产生疲劳，从而导致这些部件发生开裂、形变等损坏，导致供热管道破坏漏水。

3、高循环疲劳破坏

管线铺设过程中，一般要避开建筑物，由于集中供热在城市的应用比较普及，因此管线铺设大多位于道路地基以下，在道路受到较大的行车荷载时，会给管线带来较大的压应力，这种不规则的压应力将会给管道带来形变作用，从而使管线局部被压扁变形。

4、整体失稳

管线在地下受到轴向压力后，由于其轴向压力不能均匀释放，很可能在离地面较浅或者土层较松的位置由于杠杆效应发生局部位移，这种位移会直接导致管线整体失去稳定性。特别是在无补偿冷安装方式中，温度升高将会导致轴向应力的骤然加大，从而出现局部失稳使管线受到破坏。

5、局部失稳

供热管线属于薄壁壳体，在轴向压力作用下，管壁存在着局部失稳的风险，局部失稳将会直接导致管线受到局部破坏，发生开裂，从而导致管线供热中断。局部失稳一般会随着管壁的增厚而减小，在《城镇直埋供热管道技术规程》中，对于覆土深度和管壁厚度有明确的规定，虽然按照规定能够有效避免局部失稳现象的发生，但轴向应力的作用仍然难免给管道带来破坏。

二、供热管道直埋敷设方式研究

应用于我国的供热管道直埋敷设方式有两种，一种为无补偿冷安装直埋敷设，一种为有补偿直埋敷设。无补偿冷安装直埋敷设设计方法采用应力分类法，其计算难度比有补偿直埋敷设法大很多，但在管道布置形式、施工难度和运行维护和经济性均优于有补偿直埋敷设。

1、有补偿直埋敷设和无补偿直埋敷设设计方法比较分析

无补偿冷安装直埋敷设在设计时需要采用弹性分析理论、安定性分析理论及疲劳分析理论等进行分析，因此在计算上较有补偿直埋敷设难度高。在管道设计时，需要利用应力分类计算法分别计算其一次应力、二次应力和峰值应力，并以此为基础对计算结果进行反复验算，最后才能指导安装。有补偿直埋敷设则不需要对应力计算进行分类，直接将各种荷载产生的压力叠加计算和分析，管道截面的总盈利不超过钢材的许用应力就可以实施工程安装，但这种方法没有发挥管道的自身承载能力，因此会对带来一定的资金浪费。

2、管道布置形式的比较分析

无补偿冷安装直埋敷设通过应力分类计算法的应用，能够保证管线在热水供应环境中的稳定性，因此在可以取消部分补偿器设置，这种铺设方式占用的空间较小，布置形式简单，管道的连续性较好，防水性能也优于有补偿直埋敷设。有补偿直埋敷设需要利用补偿器吸收热位移来控制管道的总应力，因为补偿器需要安装的位置较多，因此管道和土壤之间的摩擦力较大，而且较容易受到轴向应力以及竖向压力的作用发生损坏。有补偿直埋敷设方法管网占用空间大，布置形状复杂，而且需要保护的防水断点较多，因此防水性能较差。

3、施工难度分析

无补偿冷安装施工难度要小于有补偿直埋敷设，无补偿冷安装的供热管道可以在工厂预制，现场只需要焊接并安装保温接头即可。有补偿直埋敷设其保温接头、补偿器及固定制作则需要现场安装，由于其结构复杂，因此监察室内建筑物较多，施工安装复杂、工期长、工程量也较大。

4、运行维护分析

无补偿冷安装直埋敷设通过具体计算，其在应用时受到的压力基本不会给管道带来损伤，因此故障率较小运行维护成本低。而有补偿直埋敷设其补偿器、支架以及管件数量较多，不仅使用寿命低于冷补偿直埋敷设，固定支座以及补偿器还容易发生损坏，导致保温层进水或者钢管腐蚀等问题，维护工作量较大、管理成本较高。

5、无补偿冷安装直埋敷设和有补偿直埋敷设经济性分析

无补偿冷安装直埋敷设其土方工程造价、管道安装造价、结构工程造价都比有补偿直埋敷设要低，因此其总体的经济型要优于有补偿直埋敷设，另外在维护上无论是管理投入还是维护投入，有补偿直埋敷设的管理、维护和维修成本都要高于无补偿冷安装直埋敷设，因此供热管道无补偿冷安装直埋敷设要优于有补偿直埋敷设。

综上所述，在供热管道应用时，其受到的损伤主要是来自管道受热的轴向应力和土层传递的竖向应力，优于供热管道是金属博壁壳体，这些应力是不可避免的。无补偿冷安装的直埋敷设方式能够有效减少补偿器、支架等构件的使用，并提高管线的整体完整性，其在铺设过程中的分类计算更能够保证管线在应用时不会由于应力作用带来较严重的形变和破坏，我国在2014年实施的《城镇直埋供热管道技术规程》CJJ/T81-2013新规中，也采用了应力分类计算方法，并废止了旧有《城镇直埋供热管道技术规程》。

参考文献：

[1]张朝伟.直埋供热管道敷设方式节能性分析[J].资源节约与环保.2015（03）

[2]姜水，王旭东.优化供热管网设计保证城市供热质量[J].黑龙江科技信息.2015（10）