【摘要】在近代，我国首次在一些城市的热网工程中采用从欧洲、北美等外国国家里引进的直埋保温管进行直埋铺设，总共经历了几十年的发展，无论是在城镇直埋供热管道的理论和方法上，还是在实际的安装、操作上，我国在供热管道技术上已经取得了很大的成就。供热管道的铺设方式经过不断的发展，从许多不同的方式方法中，现在已经选出一种较为普遍的而且是较为受欢迎的方式，即为直埋铺设式。笔者根据自己多年的研究，现在就详细地阐述一些城镇直埋供热管道强度的计算及其安装方式。希望可以为大家提供点有用的意见。

【关键词】直埋铺设式 强度计算 安装方式

引言

以前，在我国城市中供热管道主要是地沟敷设方法，但近年来，由于直埋铺设方式具有占地面积小。铺设成本较低，施工量较小，维护费用少以及使用寿命较长等等优势，地沟敷设方式逐步被取消，而直埋式供热管道方式渐渐占据了重要的地位。要想深刻理解城镇直埋供热管道强度的计算方法及其安装方式，必须先来了解供热管道的基本概念。

一、供热管道的基本概念

供热管道是指主要用来向城市输送热水或蒸汽的管道。在供热管道工作过程中，它是将炉子生产的热能，通过蒸汽、热水等热力媒介输送到室内用热设备里，以满足人们生产、生活的需要。

对于对供热管道的分类，按照管内流动的不同物质可分为蒸汽和热水管道两种；但按照工作压力的不同又可分为低压、中压和高压管道三种；按其铺设区域不同可分为室内和室外供热管道两种。热水和蒸汽管道最突出的特点就是由于温度变化所引起的管道热涨和冷缩的不同。安装时管道的温度为常温，初次运行时，由于温度不断地升高，管道将急剧地伸长，停止运行时，随着温度的下降，管道也逐渐向回收缩。管道热胀冷缩时，将对其两端固定点产生很大的推力， 使管道产生变形甚至导致支架破坏，因此，安装供热管道时应采取措施，消除由于温度变化而产生的推拉应力。 对于蒸汽管道而言，除热胀冷缩之外，还有另一特点：蒸汽在输送途中，由于散热等原因将产生凝结水。蒸汽管道内的凝结水，对于系统的正常运行极为不利，它不仅使蒸汽的品质变坏，而且会阻碍蒸汽的正常流通，产生水击和噪声等。因此，安装蒸汽管道时应采取措施，及时将产生的凝结水排出。

二、 直埋敷设方式及缺点

（1）有补偿敷设，需设置固定支座、补偿器，供热管道的轴向应力低，是比较成熟的敷设方式。缺点是增加补偿器、检查室、固定支座的造价。

（2）无补偿冷安装，安装简单，当应力过大时可在管道局部设置少量补偿器和固定支座，施工期短。缺点是轴向应力大，管道局部应力集中易产生疲劳破坏。

（3）预热安装，轴向应力水平较低，不设补偿器。缺点是：预热时不能进行沟槽回填，施工期长；对于大管径管道，预热完毕后管道内热水排放比较困难；管道预热时要有临时热源。

（4）一次性补偿器覆土预热安装，轴向应力水平低，预热前可回填部分沟槽。管道需要设置补偿器，预热安装后与管道形成一体。存在管道预热水排放及临时热源问题。

三、工程实例——以北京燕京街供热工程为例

1. 工程概况

2006年北京市顺义区城南供热中心的燕京街供热工程，供热介质供、回水温度为120、70℃，工作压力为1.6MPa，供热半径为1488m。工程量为DN 700mm的管道长1989m，规格为DN 600mm的管道长368m，规格为DN 450mm的管道长131m。管道沿燕京街道路北侧人行道内直线布置。

2. 敷设方式选择

标准的涉及范围限定在供热介质温度小于150℃、钢质内管公称管径≤500mm的热水供热管道，对大于DN 500mm的供热管道尚无严格的设计规范。目前，不少设计单位对大于DN 500mm的供热管道采用了直埋敷设方式，积累了一定的经验。鉴于直埋敷设的优势，以及该工程供热管道只需穿越个别道路的局部，其他施工地处于可开挖地段，因此决定选用直埋敷设方式。由于无补偿冷安装只需设置少量的补偿器和固定支座，施工期短，工程造价低，因此本工程也考虑无补偿冷安装的可行性。

无补偿直埋热力管段应力验算分为弹性分析法、弹塑性分析法。弹性分析法只允许热力管道在弹性状态下工作，不允许出现塑性变形；弹塑性分析法认为只有出现循环塑性变形热力管道才会发生破坏，允许热力管道在运行中发生有限的塑性变形。

① 弹性分析法强度验算

由以上计算式，经试算可得到计算控制最大温差。采用弹性分析法、弹塑性分析法计算得到的计算控制最大温差见表1、2。由表1、2可知，采用弹性分析法时，D720×9管道的计算控制最大温差为59℃，而该工程计算温差超过该值，因此不允许采用无补偿冷安装。采用弹塑性分析法时，D720×9管道的计算控制最大温差为132.4℃，可以选用无补偿冷安装。但由于弹塑性分析法采用了相当高的许用应力，增加了三通、弯头、分支、阀门等处。由于应力集中产生局部破坏的危险，且大型热网在施工和运行中存在一些不可预见因素，以及市政一级供热管网属于高温水系统，供热覆盖面积大，热应力大。因此，笔者认为该工程不宜采用无补偿冷安装。

为了保证热网运行安全，该工程可选择轴向应力较小的有补偿直埋敷设方式、预热安装敷设方式。但由于预热安装要求敞槽预热，且该工程管线较长，势必延长施工期，加之附近没有合适的临时热源以及预热后管道内热水无处排放等原因，该工程不宜采用预热安装。最终决定采用技术比较成熟的有补偿直埋敷设方式。

3. 设计中具体问题的解决方法

有补偿直埋敷设方式相对于其他直埋敷设方式的主要缺点是固定支座、补偿器及检查室的设置增加了工程造价，因此在符合现行标准的前提下尽量减少固定支座、补偿器的设置。

采用直埋敷设时土壤与供热管道摩擦力比较大，造成固定支座所受推力比管沟敷设大很多，设计中如不采取措施会使供热管道局部应力过大，给供热管道的安全运行带来隐患。固定支座所受推力大易导致固定支座的体积过大，对其他市政管道的施工造成一定的影响，且当管道局部埋设较深时，在施工中会出现大量的地下水，影响工程进度。

供热管道单位长度摩擦力Fl的计算式为：

结论

为了减小固定支座所受推力，在设计中补偿器应在固定支架的两端采用对称布置的方式，这样可以使固定支座两端的推力最大限度地相互抵消，减小固定支座所受推力。当在供热管道末端，补偿器不能采用对称式布置时，应采用减小管段长度及加装补偿器等方法降低管道所受推力。

参考文献

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