大半徑高溫?zé)崴艿罒o補償直埋敷設(shè)計算方法探討

王貞

摘 要：本文對大半徑高溫?zé)崴艿罒o補償直埋敷設(shè)的設(shè)計依據(jù)、計算分析方法進行了探討。

關(guān)鍵詞：高溫?zé)崴艿?；大半徑高溫?zé)崴艿罒o補償直埋敷設(shè)；折角

中圖分類號：TU995.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0112-02

無補償直埋敷設(shè)設(shè)計中沒有補償器和固定支座或有少量的固定支座，減少系統(tǒng)中危險點和檢查井，提高安全性；節(jié)約工程資金；施工周期短。而有補償直埋敷設(shè)必須設(shè)置補償器[1]。

以遼寧某段直埋供熱高溫?zé)崴艿罏槔?，對管道設(shè)計方案進行探討。

1 工程情況

管道所在道路呈弧線走向，熱力管線路由平行于道路的中心線，管道出現(xiàn)曲線和折點，采用有補償直埋敷設(shè)的可能性較小，但需計算管道的應(yīng)力。

管道具體設(shè)計條件如下：

計算條件：

管道公稱直徑：DN350；

公稱壁厚：δ=7mm；

管道的計算壓力：Pd=0.9MPa；

工作循環(huán)最高、低溫度：t1=120℃，t2=10℃。

2 設(shè)計依據(jù)

2.1 無補償直埋敷設(shè)的條件

2.1.1 錨固段的安定性條件驗算

直埋供熱管道受力計算及應(yīng)力驗算采用應(yīng)力分類法，當直管段內(nèi)壓、熱脹應(yīng)力的當量應(yīng)力σ（單位為MPa）滿足式（1）時，直管段中允許有錨固段存在，可不設(shè)置補償器，實現(xiàn)無補償直埋敷設(shè)。

2.2 增大彎頭彎曲半徑的方法

一般情況下為了保護彎頭，可以在彎頭兩側(cè)設(shè)置固定支座以限制彎頭兩側(cè)臂長，降低彎頭應(yīng)力，使彎頭應(yīng)力驗算滿足式（8）的要求[2]。

由式（10）可知，在工作壓力和管徑確定的情況下增加彎頭的公稱壁厚δb可減小σpt，但由于σpt在式（8）左側(cè)所占比例較小。由于σbt與M的變化趨勢一致，與Rc2/3的變化趨勢相反，因此增大Rc是減小σbt的主要方法。

在采用增大埋深、改變管道走向及增大彎頭彎曲半徑的方法降低彎頭應(yīng)力的基礎(chǔ)上，在彎頭處回填松軟材料，可使彎頭應(yīng)力進一步減小，從而取消彎頭兩側(cè)的固定支座[3]。

3 計算方法

對管道進行無補償直埋條件驗算和對彎曲管道的具體處理。根據(jù)原始計算條件查得鋼管參數(shù)如下：

鋼管材質(zhì)及特性參數(shù)：

材質(zhì)為常用的Q235：基本許用應(yīng)力[σ]=125Mpa；

鋼材的泊松系數(shù)：ν=0.3；

線脹系數(shù)：α=12.2×10-6m/m·℃；

鋼材的彈性模量：E=20×104Mpa。

利用公式（1）、（2）計算得到：σ=279.3Mpa，3[σ]=375Mpa。計算結(jié)果滿足應(yīng)力驗算條件，可采用無補償直埋敷設(shè)。

采用無補償直埋敷設(shè)，利用自然彎管，只有放氣井和放水井及分支閥門井[4]，并將曲線管道等分成幾條內(nèi)接直線段，使直線段間的夾角盡量均小于《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程》中表4.2.5規(guī)定的數(shù)值，將該管段視為直管段。

本段管線出現(xiàn)了長度為60m、曲率半徑為64m的曲線，管線與道路中心線平行，根據(jù)初定方案將該段管線進行分割，每段直管段長度盡量為12m（設(shè)計時為節(jié)約管材，盡量使每個管段長度控制為12的倍數(shù)，因直埋預(yù)制保溫管出廠長度一般為12m/根），如圖1所示，所形成的折角都大于《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程》中表4.2.5所規(guī)定的1.3°，因此不能認為是直管段，考慮采用小角度的大彎曲半徑彎頭來代替折角，并驗算彎頭應(yīng)力，使其滿足式（8）的要求。計算結(jié)果如表1。

由表1可以看出，曲率半徑不小于8DN的彎頭強度能滿足《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程》的要求，但考慮到鋼材許用應(yīng)力留有一部分的富余量，因此選擇10DN的曲率半徑。

采用無補償直埋敷設(shè)分割方法既可以用大曲率半徑的彎頭來替代管道的折角，可以減少補償器和固定支座的數(shù)量，節(jié)省運行成本，施工周期短；管道錨固段較長，管路附件少，保溫管整體連續(xù)性、防水性優(yōu)，維修管理工作量少，運行安全可靠。

4 結(jié)語

經(jīng)過工程實例分析及實際運行驗證，采用無補償直埋敷設(shè)時，進行安定性條件和豎向穩(wěn)定性條件驗算，減少補償器和固定墩，增大管道埋深；通過改變管道走向，增大彎頭彎曲半徑來代替折角，降低彎頭應(yīng)力，避免折角處因預(yù)應(yīng)力集中而產(chǎn)生低循環(huán)疲勞破壞或局部失穩(wěn)破壞，以減少管網(wǎng)的投資和出現(xiàn)事故的概率。

參考文獻

[1]賀平，孫剛.供熱工程（第3版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

[2]CJJ/T 81—2013 城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程[S].

[3]《動力管道設(shè)計手冊》編寫組.動力管道設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[4]CJJ/T 34—2010，城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范[S].