城市直埋式供热管道安装技术及可靠性验算

李廷武 李廷华

摘 要：当前，随着我国的科学技术不断的成熟化，使得建筑领域的各个施工环节技术得到了一定的进步，在城市建设发展中，技术得到一定的提高，这样才能够保证城市建设的工程完成。在城市房屋建设当中，供热管道安装起着一个关键性的位置，房建工程质量的完成，也就代表供热管道的安装顺利完成。因此，安装直埋供热管道时，相关人员则要重视其对其安装的方式方法，保证质量，进一步提高房建工程质量的完善。

关键词：直埋式供热管道;无补偿冷安装;可靠性验算

1  直埋供热管道基本分类及介绍

1.1按是否产生热位移分

因为安装供热管道后，随着时间的发展变化，管道和土壤之间有一定的摩擦反作用力，由于直线段的安装延长时间较长，管道内的热度会发生局部管段热度的位移。对于直埋供热管道有无产生热位移，需要按照这两种状态分析，分别是锚固段和过渡段。锚固段管道温度有变化时，其应力会有变化，但热位移没有得到改变;过渡段管道温度出现变化时，应力及其热位移都有發生变化。过渡段的最长长度，与土壤的摩擦力以及安装的技术有着一定的关系。

1.2按是否热补偿分

在直埋供热管道当中，有无采取热补偿，还需要从有补偿和无补偿的管道上进行分析。在有补偿直埋敷设当中，需要借助补偿器来吸收热位移来将直管段中的温度应力进行消除，将管道中产生的热膨胀数量转移到补偿器当中，通过一定的挤压转换后进行管道的热膨胀。无补偿直埋敷设时，需要借助管道材质自身的因素来进行热应力的吸收，所进行的应力验算有一定的难度性，但同样的是能够将管道上的补偿器以及支架的数量进行一定减少。

2  供热管道直埋无补偿敷设技术

2.1冷安装

在使用冷安装技术的过程中，对管道的焊接以及沟槽回填的过程中，温度需要控制在恒温的状态下进行，在这一过程中，管道没有产生应力。在此运行过程中，管道温度上升与其应力指数存在正相关，管道因外部热应力影响，其供热管道有热伸长出现，通过冷安装技术进行一定的敷设后，将其温度升高进行一定的控制，消除温度而产生的变化。

2.2预应力安装

通常情况下，所应用的预应力安装技术有这两方面的预热形式，分别是敞沟预热、一次性补偿器预热，两种形式均在管道预热完成后，温度达到规定的标准后进行焊接。在管道温度有降低，与环境温度保持一致后，其管段处于一个拉应力的状态。一般在日常工作条件下，管道的温度变化逐渐达到预热温度时，热应力可以进行消除，使得工作温度状态下的管道热应力得以减少。但其差别在于，敞沟安装热膨胀需要在回填工作前期进行焊接，焊接时则会出现均匀的预应力;一次性补偿器安装是进行回填后，将热膨胀量释放。某段管道的一次性补偿器热膨胀量到达一定的焊接条件下，各个段的焊接管道预应力保持均匀。

3  直埋式供热管道的工程可靠性复核验算

3.1直埋式供热管道失效类型

（1）强度失效。集中是指由于局部应力集中导致管壁应力超过管道抗裂极限，使得管道的任意位置发生局部强度破坏。塑性流动是一种最容易受到破坏的钢铁管道壁的应力达到屈服极限时的临界状态，墙上开始出现塑性变形和塑性流动特征开始出现，稳定增长的压力，塑性变形特征进一步加剧，井壁进入应力强化阶段，随时面临井喷风险。

（2）稳定性失效。根据破坏位置的不同，稳定性破坏可分为局部破坏和全局破坏。以整个管道为参考对象，管道在自重和覆盖层压力耦合作用下轴向应力较大，可以等效为长细管道。在轴向压力条件下，长细管易发生压杆失稳。局部管壁可等效为薄壳。在局部压应力和轴向应力的耦合作用下，管壁容易发生褶皱和变形，从而引起局部失稳。

3.2直埋式供热管道可靠性验算

以某城市集中供热某段无补偿冷安装直埋式供热管道工程可靠性进行理论复核验算。

（1）选取DN500和DN600两种型号管道壁厚作为直埋供热管道的可靠性验算指标，按照供热管道壁厚合理值公式计算：

式中：δ—供热管道壁厚合理值，m;P—供热管道压力，MPa;D—供热管道外径，m;η—容许应力修正系数。

通过计算得到DN500和DN600两种型号管道的外径及壁厚边界值（见表1）。

经与施工方案中的管道参数对比，本标段中使用的钢制供热管道的壁厚完全满足无补偿冷安装直埋供热铺设技术要求。

（2）管道屈服温差指标对管道的可靠性影响，直接关系到管道在高温条件下的力学行为。选取DN500和DN600两种型号管道屈服温差指标，按照屈服温差指标公式计算：

式中：ΔT—供热管道屈服温差，℃;ω—管道膨胀系数，m/m·℃;E—钢材弹性模量，MPa;β—增强系数;σs—屈服强度下限，MPa;υ—泊松比;P—管道计算压力，MPa;D—管道内径，m;δ—管道壁厚，m。

通过计算得到不同直径管道与对应屈服温差下限之间的变化曲线（见图1）。

根据图1的形式来看，在确保该项目的管道屈服温差数值是达到可靠性以及无补偿技术安装的要求，由此可以看出，某城市的集中供热工程的管道屈服温度差异是满足图1 的指数。

结语

综上所述，在城市建筑工程建设当中，对建筑质量的保证，也要加强对供热管道的重视程度。所以，安装供热管道的技术也要进一步加强，通过对可靠性数据分析得出，所产生的数据内容在一定程度上能够将工程质量得到一定的提升。另外，在实际的工程建设当中，相关人员也要将施工手法进行一定的加强，降低工程质量问题，保证城市工程建设的发展稳定。

参考文献：

[1]孙婧，供热管道直埋敷设技术的探讨[J]，建材与装饰，2021，17（1）：49-50.

[2]王晓龙，直埋供热管道施工工艺及防腐措施[J]，科学与财富，2019（11）：157.

[3]燕勇鹏，王淮，城镇供热直埋保温塑料管道的应力分析[C]，//2019供热工程建设与高效运行研讨会论文集，2019：353-365.

[4]陈金标，直埋供热管道安装工程的质量管理探讨[J]，建筑工程技术与设计，2018（31）：1903.

[5]杨亮，费巍巍，直埋无补偿冷安装技术在长输管线中的应用[J]，区域供热，2018（3）：75-77，84.

（山东凯煊建设有限公司，山东 淄博  255000）