直埋热水供热管道敷设方式的选择和设计探讨

刘磊

（中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471003）

直埋热水供热管道敷设方式的选择和设计探讨

刘磊

（中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471003）

近年来，直埋热水供热管道敷设技术，随着其研究的深入、理论的日渐丰富以及工程应用范围的扩大，越来越受到工程技术人员的欢迎。尽管该技术的应用愈加广泛，但在设计和实施过程中，工程设计和工程技术人员仍然遇到了一些问题，需要设计和工程技术人员协同解决。本文针对目前热水供热管道直埋时常见的四种敷设方式，在管道敷设方案设计中遇到的问题和具体施工工程中如何选取合适的敷设方式以及相应的解决办法进行了探讨。

直埋热水供热管道；敷设方式；设计；探讨

1 引言

随着我国经济的飞速发展和城市规模的加大，直埋热水供热管道技术，具有占地面积较小、管网使用寿命较长、施工时间较短等显著的优点，成为当今城市供热的主要方式。

随着该项技术应用的日益扩大，热水供热管道的敷设方式也有所增加；且随着应力方面的各种理论和技术的飞速发展，用于计算直埋热水供热管道的应力大小的方法也日趋完善。目前，直埋式热水管道的理论计算方面，一些科研单位及设计院[1-3]，对四种常用管道敷设方式进行了计算并分析。这些均进一步推动了直埋式热水供热管道技术的应用与发展。

2 直埋热水供热管道的四种敷设方式

目前，在工程中直埋热水供热管道主要有四种敷设方式，现分别对其进行论述：

第一种，对直埋式热水供热管道的敷设采用有补偿的方式。采用此敷设方式在设计中需设固定支座和补偿器，并且供热管道应朝向着力低点。这种管道敷设方式有良好的技术作为支撑，发展相对成熟，其不足之处在于需用到固定支座、补偿器以及检查室等，而这些均会增加工程建设成本。

第二种，热水供热管道在直埋敷设时，可以在无补偿设置的基础上采用冷安装的方式。此敷设方式操作比较简便，即使出现应力偏大的情况也可以通过在管道部分区域设置固定支座和补偿器来改善热应力情况。此外，该敷设方式施工简便，所需时间较短。但这种敷设方式常要求较大的轴向应力，而管道某个区域应力过大会对管道本身产生永久性蠕变，破坏管道系统，进而威胁着管道的安全运行。

第三种，可以采用预热的方式对直埋供应热水的管道进行敷设。这种敷设方法对轴向应力的要求低，也不需要补偿器。但是供热管道在预热过程中一般无法回填沟槽，因此该敷设方式所需的周期较长。若是供热管道直径较大，预热后管道中热水就会很难得到排除，同时在预热的过程中还需要临时热源作保证。

第四种，在直埋方式下安装供热水管道，可以借助单次使用的补偿器在敷设前进行预热。以这种方式敷设的热水供应管道的轴向应力相对较低，且在进行预热过程中可以回填沟槽。但是这种敷设方式首先需要制定补偿器，而且在预热安装完成后与供热管道焊成一体。这种敷设方式会造成预热后管道里的水难以排出，并且对临时热源有一定的要求。

3 具体案例中敷设方式的选取

以洛阳市某新区直埋式供热管道工程作为一个案例。详细地说明直埋热水管道敷设方式是如何选取的。该工程中最大供热量106.80MW，采暖热媒介质供、回水温度分别为130℃和70℃，管道供热半径为6.8 km，该工程中最大管径为DN 700mm，工作压力为1.6MPa。

根据《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）的规定，DN500及以下的介质温度≤150℃的高温水管道可采用无补偿直埋敷设。公称直径大于DN500的管道，由于管道的塑性流动，循环塑性变形，疲劳破坏、局部失稳、整体失稳和截面椭圆化变形的条件限制，采用冷安装较为困难，只有适当加大壁厚才可以采用冷安装直埋敷设。同时补偿器是管网的薄弱部件，易受腐蚀或压坏，系统的可靠性降低。考虑到直埋式管道敷设技术的优点，此工程案例中首先确定采用直埋敷设的方法。

考虑到无补偿冷安装的敷设方式只需放置少许补偿器及固定支座、施工花费时间较短，此工程案例考虑采用该敷设方式是否行得通。

在计算无补偿方式安装的直埋式热水供应管道的应力，需要假定管道分别处于弹塑性和弹性状态。在弹性条件下进行应力计算时，需要确保安装的管道只能发生弹性变形，而不应该出现塑性变形。而在弹塑性条件下进行计算时，若出现塑性变形，则供热管道已经不能恢复到原来状态，对管道的使用寿命造成了危害。

表 1 通过弹性分析计算得出的计算控制最大温差

表 2通过弹塑性分析计算得出的计算控制最大温差

由表1和表2可知，管道D720X9在进行弹性计算时，所得到的管道的计算控制最大温差是59℃，工程实际中的温差应大于此值，因此不能运用无补偿方式安装。而管道D720 X9在弹塑性分析中，所得的计算控制最大温差是132.4℃，因此无补偿安装是可行的。

由以上分析也可知，管道D720X9处于弹塑性状态。此时，管道中应力较大，容易造成阀门、弯头、分支等一些地方出现应力过大而损害局部管道的现象。不仅如此，大型供热管道在施工和使用中常常出现不可预见的问题，同时市政供热管道的温度较高，其供热面积也较大，对管道的应力要求也高。考虑到上述实际情况，该项工程不应采用无补偿冷安装的方式。为了保证供热管道的安全运营，此工程应采取应力要求较低的有补偿直埋方式对管道进行敷设。另外，在预热安装敷设中敞槽需要充分加热，此工程管线长达6.8 km，有可能会延误工期。而且在此工程附近地区，并没有临时热源可以对管道进行预热；即使有预热，预热后热水的排放仍然是个问题，故而预热安装敷设的方式不易在此工程中运用。

综合以上考虑，此工程最好采用发展相对成熟的有补偿方式对供热管道进行直埋敷设。

4 具体案例中管道敷设遇到的问题及其对策

在本工程案例中，直埋式热水管道敷设中采取有补偿安装，因使用补偿器、检查室和固定支座等而增加了工程施工成本，因此设计人员在满足此工程设计要求的前提下，应尽可能少量地使用补偿器和固定支座，从而降低工程成本。众所周知，直埋式敷设方式中热水供热管道常与周围的土壤有较大的摩擦，因而固定支座会受到更大的推力。此时设计人员在管道设计时若不采用应对办法，容易使管道的部分区域出现压力偏大的现象，使得管道的安全运行面临威胁。另外，当固定支座受压过大时，会改变其体积，从而影响其他相衔接管道的顺利安装；若在某个地区管道埋得过深，会引起地下水的扩散，不利于施工进行。

表 3 最小及最大长度过渡段计算结果

在使用尽可能少的固定支座和补偿器时，要依据表3即最大和最小长度过渡段的数据进行选择，从而在降低固定支座的受力时也能确保管道安全使用。此外，要降低固定支座的受力，可以采取在固定支座的两头对称地放置补偿器，从而使其两头的受力尽可能地被中和抵消掉，延长固定支座的使用寿命。但是，注意不可在热水供热管道的低端用对称设置补偿器，而应尽可能使用长度较小的管段，并增加补偿器的数量，从而减小供热管道的受力，保证管段运行的安全和延长其使用寿命。在此工程中要按照具体参数和要求计算所需固定支座以及补偿器的数量。

总之，补偿器和固定支座的用量及其制定和放置方式要充分确保固定支座和管道的受力在可承受范围内，从而保障此工程中供热管道的敷设工作能够顺利运行，且敷设结果令人满意。

5 结论

目前，供热管道的直埋式敷设方法中有四种安装方式，每种安装方式都有其优缺点，因此在具体的工程案例中，设计和工程技术人员要充分考虑实际情况，制定最适宜的供热管道敷设方式，在保证管道安装后能安全顺利运行的基础上尽量降低工程成本。市政级别的供热装置一般需传送高温热水、大面积地提供热水、供热管道产生的应力较大，因此最好结合有补偿和预热的方式对供热管道进行安装敷设。在具体实施过程中，还需根据施工周期和其他突发情况选择最合适的管道敷设方式。而人们生活居住的小区使用的供热管道一般输送温度较低的热水，管道产生的应力相对较小，最好采取无补偿结合冷安装的方式敷设管道。

[1]牛小化.大管径热水供热管道直埋设计的探讨[J].煤气与热力.2007（7）：76-81.

[2]张兆侠.直埋热水供热管道敷设方式的探讨[J].煤气与热力,2009（10）：11-14.

[3]王玉玄,高百争,刘德平,梁丰.无补偿直埋供热管道应力计算理论探讨[J].煤气与热力.2010（07）.

TU995

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1671-0037（2014）06-85-1.5

刘磊（1978-），男，硕士研究生，工程师，研究方向：热能工程咨询设计及工程管理。