基于DN1 200直埋供熱管道預(yù)熱溫度的研究

路 紅 梅

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

基于DN1 200直埋供熱管道預(yù)熱溫度的研究

路 紅 梅

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)DN1 200直埋供熱管道的預(yù)熱溫度進(jìn)行了研究，并以具體工程為例，對(duì)供熱管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的泊松力、應(yīng)力中溫、預(yù)熱下限溫度進(jìn)行了計(jì)算分析，通過(guò)計(jì)算結(jié)果得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。

供熱管網(wǎng)，預(yù)熱溫度，范圍，運(yùn)行

隨著集中供熱規(guī)模的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的大口徑供熱管道采用無(wú)補(bǔ)償預(yù)熱管道[1,2]。傳統(tǒng)的有補(bǔ)償敷設(shè)就是用整個(gè)管系設(shè)置補(bǔ)償器和固定墩的方式來(lái)滿足管系的應(yīng)力和熱伸長(zhǎng)的要求，而無(wú)補(bǔ)償又分為冷安裝和預(yù)熱安裝。無(wú)補(bǔ)償冷安裝作為無(wú)補(bǔ)償安裝的主流方式，由于該方法技術(shù)難度高，預(yù)熱安裝可以解決冷安裝敷設(shè)中的一些技術(shù)難題，提高管網(wǎng)的可靠性和安全性。下面介紹DN1 200采用預(yù)熱安裝方式，合理預(yù)熱溫度的確定。

1 概述

CJJ/T 81-98城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程中規(guī)定供熱溫度采用循環(huán)中溫，此預(yù)熱溫度偏高，在實(shí)際工程中遇到預(yù)熱管道冷運(yùn)拉斷或補(bǔ)償器撕裂的情況[3，4]。經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于直埋管道的理論研究不斷發(fā)展，積累了大量的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，2013年建設(shè)部發(fā)布了CJJ/T 81-2013城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》)[5]，文中規(guī)定預(yù)熱管道的計(jì)算安裝溫度不宜高于管道工作循環(huán)平均溫度。

預(yù)熱溫度無(wú)論從理論和實(shí)際工程都暴露出一些問(wèn)題。首先，管材浪費(fèi)嚴(yán)重，采用預(yù)熱安裝的管道壁厚與冷安裝管道壁厚沒(méi)有區(qū)別；其次，預(yù)熱溫度和系統(tǒng)的壓力和管道壁厚無(wú)關(guān)；再次，預(yù)熱溫度高，不僅增加預(yù)熱能耗、延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間和增加預(yù)熱成本，更嚴(yán)重的是造成管道的拉應(yīng)力遠(yuǎn)高于壓應(yīng)力，在冷運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)管道拉斷、補(bǔ)償器損傷和破壞等嚴(yán)重事故[3，4]。

2 應(yīng)力中溫

應(yīng)力中溫是根據(jù)管道運(yùn)行時(shí)的拉應(yīng)力等于壓應(yīng)力確定的，應(yīng)力中溫不僅和最高、最低循環(huán)溫度有關(guān)，還受到管道工作壓力，鋼管直徑大小的顯著影響。其應(yīng)力中溫計(jì)算如下：

(1)

其中，T1為直埋保溫管工作循環(huán)最高溫度,℃；T2為直埋保溫管工作循環(huán)最低溫度,℃；v為鋼材泊松系數(shù)；α為鋼材的線性膨脹系數(shù),m/(m·℃)；E為直埋保溫管鋼管的彈性模量,MPa；σt·1為鋼材內(nèi)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力，MPa；σt·2為鋼材冷運(yùn)行壓力引起的環(huán)向應(yīng)力，運(yùn)行壓力應(yīng)達(dá)到工作壓力，MPa。

3 預(yù)熱溫度范圍

預(yù)熱溫度上限溫度是根據(jù)預(yù)熱管道冷運(yùn)受拉安全性確定的，預(yù)熱溫度下限溫度是根據(jù)管道局部屈曲的安全性確定的。其計(jì)算公式如下：

(2)

其中，δ為鋼管壁厚，mm；Rm為鋼管外半徑，mm；σs為鋼管的屈服極限,MPa；其他符號(hào)同上。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際工程中預(yù)熱上下限溫度留有一定的安全余量。

4 工程實(shí)例

某市集中供熱一次管網(wǎng)的冷運(yùn)壓力為2.0 MPa,設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa,鋼管規(guī)格為DN1 200(外徑為1.220 m,壁厚為14 mm),設(shè)計(jì)供回水溫度為130/70 ℃,環(huán)境溫度為20 ℃,最低循環(huán)溫度為10 ℃，α=12.6×10-6m/(m·℃)，E=19.6×104MPa，v=0.3。

1)泊松力。冷運(yùn)時(shí)的泊松力：

(3)

最高循環(huán)溫度運(yùn)行時(shí)的泊松力：

(4)

2)應(yīng)力中溫。按照最大拉應(yīng)力等于最大壓應(yīng)力，得應(yīng)力中溫：

(5)

(6)

4)預(yù)熱下限溫度。

(7)

根據(jù)以上計(jì)算可得，計(jì)算預(yù)熱溫度為60.69 ℃，考慮上下限取10 ℃的安全余量為宜，則上限預(yù)熱溫度為84.82 ℃，下限預(yù)熱溫度為33.11 ℃。

5 結(jié)語(yǔ)

1)從計(jì)算結(jié)果看，應(yīng)力中溫60.69 ℃比循環(huán)中溫70 ℃低，可以有效避免預(yù)熱管道冷運(yùn)拉斷，補(bǔ)償器撕裂的問(wèn)題。2)預(yù)熱效果控制除了用預(yù)熱中溫控制管道熱伸長(zhǎng)以外，還要考慮預(yù)熱上限溫度，一旦兩者有一個(gè)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)即停止加熱。因?yàn)楣艿涝O(shè)計(jì)和施工中的不確定因素對(duì)預(yù)熱管道的熱伸長(zhǎng)有一定的影響，預(yù)熱溫度即使達(dá)到理論預(yù)熱溫度，管道的熱伸長(zhǎng)也可能達(dá)不到預(yù)期效果。3)預(yù)熱溫度上下限必須考慮一定的安全余量，在管道施工和運(yùn)行中有一定的不確定性，例如回填土的夯實(shí)、工作坑的尺寸、運(yùn)行中的壓力波動(dòng)和動(dòng)荷載等的影響。

[1] CJJ/T 81-98，城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 王 飛,張建偉.直埋供熱管道工程設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007:92-97.

[3] 王 飛,王國(guó)偉,鄒平華.基于平均應(yīng)力的直埋供熱管道預(yù)熱溫度[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010(12):1985-1989.

[4] 尚 憲，史廣新.直埋一次性波紋補(bǔ)償器冷態(tài)撕裂現(xiàn)象分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].區(qū)域供熱,2007(6):36-40.

[5] CJJ/T 81-2013,城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程[S].

Research on preheating temperature based on DN1 200 buried heating pipelines

LU Hong-mei

(TaiyuanHeatingPowerCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

Combining with related regulations and requirements, the paper researches the preheating temperature of DN1 200 buried heating pipelines, and in the concrete engineering for example, calculates and analyzes the medium temperature and preheating floor-level temperature of poisson force in the operation of heating pipeline network, and achieves valuable conclusion for the calculation results.

heating pipeline network, preheating temperature, scope, operation

2014-07-14

路紅梅(1966- )，女，工程師

1009-6825(2014)27-0126-02

TU995.3

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