基于DN1 200直埋供热管道预热温度的研究

路 红 梅

(太原市热力公司，山西 太原 030001)

基于DN1 200直埋供热管道预热温度的研究

路 红 梅

(太原市热力公司，山西 太原 030001)

结合相关规范要求，对DN1 200直埋供热管道的预热温度进行了研究，并以具体工程为例，对供热管网运行时的泊松力、应力中温、预热下限温度进行了计算分析，通过计算结果得出了一些有价值的结论。

供热管网，预热温度，范围，运行

随着集中供热规模的不断扩大，越来越多的大口径供热管道采用无补偿预热管道[1,2]。传统的有补偿敷设就是用整个管系设置补偿器和固定墩的方式来满足管系的应力和热伸长的要求，而无补偿又分为冷安装和预热安装。无补偿冷安装作为无补偿安装的主流方式，由于该方法技术难度高，预热安装可以解决冷安装敷设中的一些技术难题，提高管网的可靠性和安全性。下面介绍DN1 200采用预热安装方式，合理预热温度的确定。

1 概述

CJJ/T 81-98城镇直埋供热管道工程技术规程中规定供热温度采用循环中温，此预热温度偏高，在实际工程中遇到预热管道冷运拉断或补偿器撕裂的情况[3，4]。经过几十年来国内外关于直埋管道的理论研究不断发展，积累了大量的设计、施工和运行经验，2013年建设部发布了CJJ/T 81-2013城镇直埋供热管道工程技术规程(以下简称《规程》)[5]，文中规定预热管道的计算安装温度不宜高于管道工作循环平均温度。

预热温度无论从理论和实际工程都暴露出一些问题。首先，管材浪费严重，采用预热安装的管道壁厚与冷安装管道壁厚没有区别；其次，预热温度和系统的压力和管道壁厚无关；再次，预热温度高，不仅增加预热能耗、延长预热时间和增加预热成本，更严重的是造成管道的拉应力远高于压应力，在冷运行时出现管道拉断、补偿器损伤和破坏等严重事故[3，4]。

2 应力中温

应力中温是根据管道运行时的拉应力等于压应力确定的，应力中温不仅和最高、最低循环温度有关，还受到管道工作压力，钢管直径大小的显著影响。其应力中温计算如下：

(1)

其中，T1为直埋保温管工作循环最高温度,℃；T2为直埋保温管工作循环最低温度,℃；v为钢材泊松系数；α为钢材的线性膨胀系数,m/(m·℃)；E为直埋保温管钢管的弹性模量,MPa；σt·1为钢材内压力引起的环向应力，MPa；σt·2为钢材冷运行压力引起的环向应力，运行压力应达到工作压力，MPa。

3 预热温度范围

预热温度上限温度是根据预热管道冷运受拉安全性确定的，预热温度下限温度是根据管道局部屈曲的安全性确定的。其计算公式如下：

(2)

其中，δ为钢管壁厚，mm；Rm为钢管外半径，mm；σs为钢管的屈服极限,MPa；其他符号同上。根据工程经验，实际工程中预热上下限温度留有一定的安全余量。

4 工程实例

某市集中供热一次管网的冷运压力为2.0 MPa,设计压力为1.6 MPa,钢管规格为DN1 200(外径为1.220 m,壁厚为14 mm),设计供回水温度为130/70 ℃,环境温度为20 ℃,最低循环温度为10 ℃，α=12.6×10-6m/(m·℃)，E=19.6×104MPa，v=0.3。

1)泊松力。冷运时的泊松力：

(3)

最高循环温度运行时的泊松力：

(4)

2)应力中温。按照最大拉应力等于最大压应力，得应力中温：

(5)

(6)

4)预热下限温度。

(7)

根据以上计算可得，计算预热温度为60.69 ℃，考虑上下限取10 ℃的安全余量为宜，则上限预热温度为84.82 ℃，下限预热温度为33.11 ℃。

5 结语

1)从计算结果看，应力中温60.69 ℃比循环中温70 ℃低，可以有效避免预热管道冷运拉断，补偿器撕裂的问题。2)预热效果控制除了用预热中温控制管道热伸长以外，还要考虑预热上限温度，一旦两者有一个参数达到设计参数即停止加热。因为管道设计和施工中的不确定因素对预热管道的热伸长有一定的影响，预热温度即使达到理论预热温度，管道的热伸长也可能达不到预期效果。3)预热温度上下限必须考虑一定的安全余量，在管道施工和运行中有一定的不确定性，例如回填土的夯实、工作坑的尺寸、运行中的压力波动和动荷载等的影响。

[1] CJJ/T 81-98，城镇直埋供热管道工程技术规程[S].

[2] 王 飞,张建伟.直埋供热管道工程设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2007:92-97.

[3] 王 飞,王国伟,邹平华.基于平均应力的直埋供热管道预热温度[J].哈尔滨工业大学学报,2010(12):1985-1989.

[4] 尚 宪，史广新.直埋一次性波纹补偿器冷态撕裂现象分析及结构改进[J].区域供热,2007(6):36-40.

[5] CJJ/T 81-2013,城镇直埋供热管道工程技术规程[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

路红梅(1966- )，女，工程师

1009-6825(2014)27-0126-02

TU995.3

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