某工程综合管廊热力管道设计探讨

姚 红

(太原市热力设计有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

近几十年来，给水、排水、电力、电信、燃气和热力等市政公用管线均采用直埋敷设，随着扩网的需求越来越大，我国地下直埋管线建设规模出现不足；管道泄露、爆炸的现象时有发生，影响城市安全运行[1]；管道检修频繁，影响城市交通运行。为集约利用城市建设用地，提高城市工程管线建设安全，综合管廊的建设得到了大力的推进。

2 综合管廊热力管道工程设计实例

本工程为某市南部热电联产清洁能源集中供热工程纬三路支干线管廊，起点为规划新晋祠路，终点为滨河西路，管廊长度为3.16 km。

2.1 设计参数

管廊热力管道采用架空敷设，管廊内管道热补偿采用自然补偿和外压轴向波纹补偿器补偿，管线公称直径为DN1 000，设计压力1.6 MPa，供水温度Tg=130 ℃，回水温度Th=70 ℃，管道采用镀锌钢板外护阻燃型聚氨酯保温管，热镀锌钢板制外套管采用螺旋咬口并做滚花处理(内平外咬口)。

2.2 综合管廊标准横断面图布置

综合管廊标准横断面图见图1，综合舱净尺寸为5 300 mm×3 600 mm，综合舱内布置给水、电信和热力管道。热力管道公称直径为DN1 000，供回水管平行布置。滑动支架、导向支架采用混凝土墩，固定支架为双立柱型见图2。综合管廊内两侧设支架或管道时，检修通道净宽不宜小于1.0 m；单侧设置支架或管道时，检修通道净宽不宜小于0.9 m[2]。为保证检修通道净宽，两管固定支架错位布置[3]。

2.3 补偿器选用

近几年来，供热管道常用的补偿器有套筒补偿器和波纹补偿器，套筒补偿器轴向推力较小，造价较低，但套筒填料磨损较快，运行时需要检测与维护，目前缺乏可靠的防泄漏措施；波纹补偿器密封性好、不易泄漏、补偿量大和维护工作量低，缺点是造价较高；本工程地下管廊为综合管廊，管廊内除设置有热力管道，还有给水和电信管道，为避免套筒安装不到位或维护保养不足发生泄漏，导致管廊整体可靠性降低，本项目采用波纹补偿器。波纹补偿器一般分为外压轴向型波纹补偿器和压力平衡型波纹补偿器，以DN1 000补偿器为例，某品牌外压轴向型波纹补偿器均价为33 560元/个，压力平衡型波纹补偿器均价为69 980元/个，管线全长3.2 km，设置补偿器82个，从设备成本方面考虑选用外压轴向型波纹补偿器，补偿器设置时应满足：两个固定支架之间设置的外压轴向波纹补偿器，一端靠近固定支架，另一端第一导向支架与补偿器的距离为1DN(DN为管道公称直径)，第二导向支架与第一导向支架的距离为4DN，第三导向支架与第二导向支架的距离为14DN。

2.4 支架设计

管道支架一般选用滑动支架、导向支架和固定支架。

2.4.1 滑动支架和导向支架

滑动支架间距按强度条件和刚度条件计算确定，滑动支座间距见表1。

表1 滑动支架推荐间距

滑动支架和导向支架采用填充聚四氟乙烯滑动支座，这种支座具有摩擦系数低，耐磨损，承载大及运行可靠等优点。填充聚四氟乙烯滑动支座采用由镜面不锈钢与填充聚四氟乙烯复合夹层滑片组成的滑动摩擦副，填充聚四氟乙烯滑动摩擦副的干滑摩擦系数在0.10以下，可低达0.06。采用填充聚四氟乙烯滑动摩擦副，可使管道对固定支架的摩擦推力降低2/3以上，从而能够大幅度降低管线的工程造价，提高管线的设计、建造水准和使用安全可靠性。

2.4.2 固定支架受力分析

固定支架布置一般有以下4种布置方式：

1)固定支架布置方式见图3。

普通补偿器固定支架受力F=0.3Pt；无推力补偿器固定支架受力F=0.3Pt+0.1F盲。

其中,Pt为补偿器弹性力，N；F盲为盲板力，N。

2)固定支架布置方式2见图4。

普通补偿器固定支架受力F=0.3(Pt+μqL)；无推力补偿器固定支架受力μ。

其中,μ为摩擦系数；q为管道单位长度计算载荷，N/m，q=管材重+保温重+附加重；L为管线长度。

3)固定支架布置方式3见图5。

普通补偿器固定支架受力F=Pt+F盲；无推力补偿器固定支架受力F=Pt+0.1F盲。

4)固定支架布置方式4见图6。

普通补偿器固定支架受力F=F盲-Pt；无推力补偿器固定支架受力F=Pt+0.1F盲t。

固定支架受力采用START软件建模进行计算，管道部分模型见图7，计算结果见表2(表2为部分节点受力计算结果)，并用上述固定支架推力公式进行校核。固定支架采用双立柱型，立柱顶天立地，分别与管廊顶板和底板相连，热力管道设计时管廊已经施工完成，固定支架预埋件钢筋采用植筋方式植入底板内，施工前对原有底板与新做固定支架结合面进行凿毛，清理基底。

3 工程分析

3.1 补偿器对固定支架推力的影响

项目设计时选用外压轴向波纹补偿器，补偿器应尽量成对布置，见图3，补偿器的位移反力及相应的摩擦力可相互抵消，以减小中间固定支架的受力。本项目综合管廊折角较多，折角分为平面折角和立面折角，平面折角主要出现在管廊走向变化和各个节点处，立面折角出现在避让雨水管线处，热力管道多处位置采用单侧固定加补偿器方式，见图6，在管道折角处固定支架的推力较大，固定支架采用双立柱型，热力管道设计时管廊已经施工完成，需对管廊进行局部凿除，对管廊进行二次加固。

管线全线采用普通补偿器，折角处固定支架推力很大，直管段固定支架推力较小，适合用于折角较少的小管径管道；只在折角处设置平衡型补偿器，盲板力位置会从折角处固定支架转移至其他的固定支架，虽没有完全发挥平衡型补偿器的优势，但在较长笔直管段上使用，可减少工程造价[4]；管线全线采用平衡型补偿器，固定支架推力大大降低，虽造价较高，但对于管廊已经施工完成的情况下适宜采用。

3.2 补偿器的设计及安装

目前，补偿器的种类很多，比较常见的有方形补偿器、套筒补偿器和波纹补偿器。方形补偿器通常采用管道加工而成，加工简单、造价低廉，但由于其尺寸较大，受到了空间的限制，在管廊中不适合采用；套筒补偿器补偿量大，推力较小，造价较低，缺点是密封比较困难，套筒填料磨损较快，易发生漏水现象；普通波纹补偿器采用高性能不锈钢板制造成波纹状，其优点是安装方便、补偿量大和维护工作量低，缺点是存在较大的轴向推力，造价较高；平衡型波纹补偿能充分利用管道自身的性能，减小固定支架推力，缺点是平衡型波纹补偿器自重大，补偿器两端应分别设置固定支架和导向支架，避免波纹补偿器失稳，另外平衡型波纹补偿尺寸较大，在管廊狭小空间不适宜采用。

表2 START软件受力计算结果

4结论

1)管廊热力管道位于综合舱内，为保障管廊安全可靠的运行，推荐使用密封性好、不易泄漏和维护工作量小的波纹补偿器。

2)管廊已经施工完成且管廊尺寸较大时，宜选用平衡型波纹补偿器，以减小固定支架推力，避免对管廊进行局部凿除和二次加固。

3)管廊设计阶段尽量减少折角的出现，以减少大推力固定支架的数量。

4)管廊结构设计应与各管线设计密切配合，管廊施工的同时预埋热力管道固定支架预埋件，降低大推力固定支架施工的难度。