供熱直埋熱水管道的技術(shù)進步

姜斌

摘 要：直埋供熱管道技術(shù)是一種應(yīng)用時間最早、應(yīng)用范圍最廣的管道敷設(shè)方式，其適合應(yīng)用在熱水供熱管道工程中。近年來，在我國的一些城市中，無補償冷安裝直埋敷設(shè)方式逐漸興起，并取得了十分理想的應(yīng)用效果?；诖?，本文對供熱直埋熱水管道技術(shù)進行了詳實的闡釋，并展望了其未來發(fā)展趨勢，以供參考。

關(guān)鍵詞：供熱直埋 熱水管道 技術(shù)要點

前言：熱水直埋保溫管技術(shù)在我國發(fā)展至今，隨著對這項技術(shù)的不斷研究、完善，直埋敷設(shè)方式已成為熱水供熱管網(wǎng)的主要方式。1990 年以后，國內(nèi)許多城市都在搞蒸汽直埋管道工程，累計敷設(shè)數(shù)百千米，最大管徑700 mm，在建設(shè)過程中問題繁多。這些事實，一方面可以肯定我國蒸汽管道在研究開發(fā)中取得了一些寶貴經(jīng)驗，已大規(guī)模投入實際工程；另一方面也充分認識到我國蒸汽管道直埋敷設(shè)技術(shù)在研究、設(shè)計、生產(chǎn)、材料、施工等方面尚存著理論、技術(shù)、管理等方面的諸多問題。因此，直埋蒸汽管敷設(shè)無論從市場還是技術(shù)研究都有較大的空間。

1熱網(wǎng)管道直埋無補償技術(shù)的原理

彈性變形法是熱網(wǎng)管道直埋無補償技術(shù)的核心，它的原理是通過對供熱管道的彈性變形范圍進行合理有效的控制，使供熱管道始終處于具有彈性的工作狀態(tài)，從而提高通過管道進行供熱工作的質(zhì)量。軸向應(yīng)力是在應(yīng)用直埋無補償技術(shù)時無法避免產(chǎn)生的壓力，供熱管道需要對軸向應(yīng)力起到主要的承受作用，而作為熱網(wǎng)管道直埋無補償技術(shù)的基礎(chǔ)理論，第三強度理論將軸向應(yīng)力分為一次、二次以及三次應(yīng)力三個方面，并且根據(jù)不同的特性加以劃分：一次應(yīng)力的主要產(chǎn)生途徑是在處于工作壓力下的直管中所產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)力，也就是所謂的“內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力”；二次應(yīng)力即“溫度應(yīng)力”，是由無法在直管中進行自由釋放的熱脹冷縮的壓力所產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)力，例如在直管溫度升高或降低的過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力；三次應(yīng)力也被稱為“峰值應(yīng)力”，即直管在承受一次、二次應(yīng)力后進行釋放變形所產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)力。在進行熱網(wǎng)管道直埋的過程中，管道所承受的二次應(yīng)力的壓力要遠大于一次應(yīng)力，所以想要提高熱網(wǎng)管道直埋無補償技術(shù)的安全性，就需要相關(guān)工作人員對溫度應(yīng)力加以重視。

2直埋敷設(shè)安裝方式的適用條件

直埋敷設(shè)安裝方式：按照管段是否有補償，分為無補償安裝和有補償安裝；按照是否進行預(yù)應(yīng)力，分為冷安裝和預(yù)應(yīng)力安裝。對直埋敷設(shè)的安裝方式雖有詳盡的分析，但在實際的工程中的選擇還有些混亂。安裝方式的不合理易引起能源、管材的浪費，以及管路系統(tǒng)的潛在危險。解決對策是，必須明確，不同的安裝方式對應(yīng)著其所能解決的不同的管道失效方式，不同的失效方式所關(guān)注的管道的特征參數(shù)不同。換言之，為解決一定的管道失效方式，應(yīng)根據(jù)引起該失效方式的管道的特征參數(shù)，進行調(diào)控，而管道的特征參數(shù)的取值不同，就形成了不同的直埋敷設(shè)的安裝方式。這也是劃分不同的直埋敷設(shè)安裝方式的原則。

3直埋供熱管道工程質(zhì)量保障

通過對直埋供熱管道安全性的分析，確定直埋供熱管道工程質(zhì)量保障措施如下：

3.1 防止循環(huán)塑性破壞

通過相關(guān)分析，我們可以進一步看出熱應(yīng)力是直埋供熱管道中安全性關(guān)鍵制約條件。其管道內(nèi)的溫度處于往復(fù)循環(huán)的變化過程中時，其所產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)力變化就會導(dǎo)致循環(huán)塑性受到一定的破壞。應(yīng)力的相對變化和管道安裝是沒有任何關(guān)系的，所以預(yù)應(yīng)力安裝不能夠有效的解決循環(huán)塑性難題。解決循環(huán)塑性問題最為科學(xué)的方法是在管道直管段安裝上補償裝置，同時根據(jù)工程實際需要來調(diào)節(jié)補償裝置的相互距離，進而科學(xué)的調(diào)節(jié)供水管道的應(yīng)力變動，來防止管道受到塑性破壞。

3.2 防止疲勞破壞

管道的疲勞破損問題是指因為應(yīng)力過于集中，供熱管道局部出現(xiàn)循環(huán)塑性變形問題，從而導(dǎo)致管道受到一定的破壞。另外，管道的變徑、彎頭、折角以及三通等相關(guān)部位都是應(yīng)力相對比較集中的地方。當管道中的壓力以及溫度發(fā)生變化時，在這些部位，應(yīng)力的變化就會產(chǎn)生峰值的應(yīng)力，一般在比較小的范圍內(nèi)，就會產(chǎn)生塑性變形，從而導(dǎo)致管道的疲勞破壞。而且峰值應(yīng)力變化比較大時，管道就會在短時間內(nèi)出現(xiàn)漏水以及開裂等情況。一般在工程應(yīng)用當中，可通過增加補償器的方式來進行補償，也可采用固定墩的方式進行加固處理，來減少應(yīng)力的相對變化，進而減少或者消除峰值應(yīng)力。

3.3 防止失穩(wěn)破壞

在管道的安裝過程中，不僅要考慮管道的循環(huán)塑性破壞問題，同時還需要進一步考慮管道的穩(wěn)定性。管道溫度從低升到高的過程中，就會隨之產(chǎn)生升溫軸向壓力，最終就會導(dǎo)致管道整體穩(wěn)定性受到破壞。特別是在北方溫度比較低的情況下，安裝管道時，可以適當采用無補償?shù)姆椒?，安裝錨固直管段，用以增強管道的穩(wěn)定性。一般供水管道管徑≤DN500時、水溫≤130度，就可以采用此種方式，能夠非常有效的減小塑性破壞力，并且當管道的深度≥1米時，還可以有效的防止管道穩(wěn)定性受到破壞。但，為更好的保護閥門以及折角、三通等比較薄弱的部件，還可以設(shè)置補償裝置，也可以增加管道埋藏的深度來提高其整體的穩(wěn)定性。

4施工過程中的注意事項

在對熱網(wǎng)管道進行直埋無補償?shù)倪^程中，應(yīng)當將強度作為主要的設(shè)計內(nèi)容，當出現(xiàn)局部、整體失穩(wěn)或橢圓化的現(xiàn)象時，還需要相關(guān)工作人員盡快采取相應(yīng)的措施避免損失的擴大。在對管道材料進行選擇時，應(yīng)當充分重視供熱管道的實際作用，采取高密度的聚乙烯材料或是耐高溫系數(shù)較高的聚氨酯材料進行管道的預(yù)制，并且保證熱網(wǎng)管道、聚乙烯保護管和聚氨酯保溫層三者進行“三位一體”的緊密連接。

同時，在進行施工設(shè)計時，應(yīng)當根據(jù)管徑的不同直徑對熱網(wǎng)管道直埋無補償技術(shù)中所應(yīng)用的三通管道有針對性的進行加固，并且使用加強版的三通對加固大直徑的管道，這樣做的好處在于可以在最大程度上避免由于應(yīng)力集中而導(dǎo)致折角被破壞以及局部失穩(wěn)的情況出現(xiàn)。最后，相關(guān)工作人員應(yīng)當對施工過程中需要運用的焊進行嚴格的檢驗，以確保焊接工作的質(zhì)量，從而提高施工的效率。

結(jié)語：綜上所述，經(jīng)過十數(shù)年的發(fā)展，供水管道直埋無補償冷安裝技術(shù)已在全國范圍內(nèi)得到了應(yīng)用，且其不僅運行效果好，還具有經(jīng)濟效益高、安全隱患少等優(yōu)點，因此值得推廣應(yīng)用。但在我國，對于DN>500mm的管道而言，直埋無補償冷安裝技術(shù)的應(yīng)用比例仍較少，且我國尚未針對這一工藝的設(shè)計、施工和驗收等建立規(guī)范的標準，這無疑在一定程度上限制了直埋無補償冷安裝技術(shù)的推廣應(yīng)用。對此，筆者提出如下建議：一是在明確直埋供熱管道失效機理的基礎(chǔ)上，按需選用直埋無補償冷安裝技術(shù)；二是直埋無補償冷安裝技術(shù)目前在DN≤ 500mm的管道中應(yīng)用較為普遍，而在DN>500mm的管道中應(yīng)用有限，因此應(yīng)加大對這一領(lǐng)域的應(yīng)用研究；三是按文中所述要求有序開展管溝開挖、管道安裝、焊接施工、檢測及管溝回填等工序，注意在這一過程中，尤其要重視對施工技術(shù)參數(shù)及管材質(zhì)量的控制；四是盡快建立一套供熱管道直埋無補償冷安裝施工標準，其中應(yīng)規(guī)定工藝的設(shè)計、安裝和驗收等要求，用以指導(dǎo)實際工作的高效開展。總之，在城市化進程不斷推進的今天，重視對供熱管道直埋敷設(shè)技術(shù)的研究對提高城市生活質(zhì)量及促進城市經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。

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