大半径高温热水管道无补偿直埋敷设计算方法探讨

王贞

摘 要：本文对大半径高温热水管道无补偿直埋敷设的设计依据、计算分析方法进行了探讨。

关键词：高温热水管道；大半径高温热水管道无补偿直埋敷设；折角

中图分类号：TU995.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0112-02

无补偿直埋敷设设计中没有补偿器和固定支座或有少量的固定支座，减少系统中危险点和检查井，提高安全性；节约工程资金；施工周期短。而有补偿直埋敷设必须设置补偿器[1]。

以辽宁某段直埋供热高温热水管道为例，对管道设计方案进行探讨。

1 工程情况

管道所在道路呈弧线走向，热力管线路由平行于道路的中心线，管道出现曲线和折点，采用有补偿直埋敷设的可能性较小，但需计算管道的应力。

管道具体设计条件如下：

计算条件：

管道公称直径：DN350；

公称壁厚：δ=7mm；

管道的计算压力：Pd=0.9MPa；

工作循环最高、低温度：t1=120℃，t2=10℃。

2 设计依据

2.1 无补偿直埋敷设的条件

2.1.1 锚固段的安定性条件验算

直埋供热管道受力计算及应力验算采用应力分类法，当直管段内压、热胀应力的当量应力σ（单位为MPa）满足式（1）时，直管段中允许有锚固段存在，可不设置补偿器，实现无补偿直埋敷设。

2.2 增大弯头弯曲半径的方法

一般情况下为了保护弯头，可以在弯头两侧设置固定支座以限制弯头两侧臂长，降低弯头应力，使弯头应力验算满足式（8）的要求[2]。

由式（10）可知，在工作压力和管径确定的情况下增加弯头的公称壁厚δb可减小σpt，但由于σpt在式（8）左侧所占比例较小。由于σbt与M的变化趋势一致，与Rc2/3的变化趋势相反，因此增大Rc是减小σbt的主要方法。

在采用增大埋深、改变管道走向及增大弯头弯曲半径的方法降低弯头应力的基础上，在弯头处回填松软材料，可使弯头应力进一步减小，从而取消弯头两侧的固定支座[3]。

3 计算方法

对管道进行无补偿直埋条件验算和对弯曲管道的具体处理。根据原始计算条件查得钢管参数如下：

钢管材质及特性参数：

材质为常用的Q235：基本许用应力[σ]=125Mpa；

钢材的泊松系数：ν=0.3；

线胀系数：α=12.2×10-6m/m·℃；

钢材的弹性模量：E=20×104Mpa。

利用公式（1）、（2）计算得到：σ=279.3Mpa，3[σ]=375Mpa。计算结果满足应力验算条件，可采用无补偿直埋敷设。

采用无补偿直埋敷设，利用自然弯管，只有放气井和放水井及分支阀门井[4]，并将曲线管道等分成几条内接直线段，使直线段间的夹角尽量均小于《城镇供热直埋热水管道技术规程》中表4.2.5规定的数值，将该管段视为直管段。

本段管线出现了长度为60m、曲率半径为64m的曲线，管线与道路中心线平行，根据初定方案将该段管线进行分割，每段直管段长度尽量为12m（设计时为节约管材，尽量使每个管段长度控制为12的倍数，因直埋预制保温管出厂长度一般为12m/根），如图1所示，所形成的折角都大于《城镇供热直埋热水管道技术规程》中表4.2.5所规定的1.3°，因此不能认为是直管段，考虑采用小角度的大弯曲半径弯头来代替折角，并验算弯头应力，使其满足式（8）的要求。计算结果如表1。

由表1可以看出，曲率半径不小于8DN的弯头强度能满足《城镇供热直埋热水管道技术规程》的要求，但考虑到钢材许用应力留有一部分的富余量，因此选择10DN的曲率半径。

采用无补偿直埋敷设分割方法既可以用大曲率半径的弯头来替代管道的折角，可以减少补偿器和固定支座的数量，节省运行成本，施工周期短；管道锚固段较长，管路附件少，保温管整体连续性、防水性优，维修管理工作量少，运行安全可靠。

4 结语

经过工程实例分析及实际运行验证，采用无补偿直埋敷设时，进行安定性条件和竖向稳定性条件验算，减少补偿器和固定墩，增大管道埋深；通过改变管道走向，增大弯头弯曲半径来代替折角，降低弯头应力，避免折角处因预应力集中而产生低循环疲劳破坏或局部失稳破坏，以减少管网的投资和出现事故的概率。

参考文献

[1]贺平，孙刚.供热工程（第3版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.

[2]CJJ/T 81—2013 城鎮供热直埋热水管道技术规程[S].

[3]《动力管道设计手册》编写组.动力管道设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]CJJ/T 34—2010，城镇供热管网设计规范[S].