【摘 要】供熱管道無補償直埋敷設(shè)的方式和傳統(tǒng)的有補償敷設(shè)相比較，無補償敷設(shè)大大地減少了固定支架和補償器的數(shù)量，同時冷安裝的施工方式也減短了施工周期，在運行中減少了管網(wǎng)的漏點，在我國供熱行業(yè)中具有十分重要的意義。
【關(guān)鍵詞】供熱管道；無補償直埋敷設(shè)；保溫材料
一、供熱管道的保溫處理
我們知道，許多供熱管道由于保溫處理不當(dāng)，因此每年都會因為能源的喪失造成絕大的經(jīng)濟損失，尤其是在一些天氣較為寒冷的地區(qū)，供熱管道保溫措施的缺失，讓能量的。也就是說，所謂的供熱管道保溫處理是指，減少供熱管道及其附件、設(shè)備等向周圍環(huán)境散失熱量的措施。 通過上面的描述我們已經(jīng)對保溫處理的目標(biāo)和目的有了一定的了解，再從更詳細(xì)的角度來說， 保溫的主要作用是減少供熱介質(zhì)在輸送過程中的熱量損失，節(jié)約燃料，保證供熱質(zhì)量，以滿足用戶的需要。保溫的另一個作用是使管道外表面溫度不致過高（不超過60C），避免燙傷運行檢修人員。
�。ㄒ唬⿲峁艿肋M行保溫處理需要首先選擇合適的保溫材料。保溫材料應(yīng)具有熱導(dǎo)率小不超過3兆瓦/（米・開），吸水性低，機械強度較高，在使用溫度范圍內(nèi)不變形、不變質(zhì)、可燃性小、不腐蝕金屬，易于施工成型和成本低廉等特點。 現(xiàn)在經(jīng)常見到的保溫材料也就有無機和有機兩種。（1）無機保溫材料常用的有泡沫混凝土、礦棉、石棉、玻璃棉、蛭石、硅藻土、膨脹珍珠巖以及巖棉等。（2）有機保溫材料。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，如聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料等已在供熱管道上使用。這種保溫材料熱導(dǎo)率小、耐腐蝕性好、吸水率低、質(zhì)輕、強度大、加工成型簡單，但耐溫程度有待進一步提高。
（二）供熱管道的保溫一般由保溫層和保護層兩部分構(gòu)成。為防止腐蝕，先要在管子表面涂上防銹材料。保溫層的厚度由技術(shù)經(jīng)濟比較確定。保護層一般用石棉水泥涂抹或用瀝青玻璃布、金屬皮包覆。必要時，在保護層外還應(yīng)采取防水措施。保護層的外表面應(yīng)當(dāng)整潔、光滑、美觀并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，有時還刷上一層色漆，以區(qū)別不同用途的管道。供熱管道保溫結(jié)構(gòu)的施工方法有涂抹式、灌筑式、填充式、綁扎式和預(yù)制式，其中綁扎式和預(yù)制式結(jié)構(gòu)使用廣泛。附件和設(shè)備的保溫結(jié)構(gòu)形式，可根據(jù)其具體形狀因地制宜地選擇。
二、無補償直埋敷設(shè)供熱管道技術(shù)難點
無補償直埋敷設(shè)的難點是設(shè)計的技術(shù)難度大。熱水管道為滿足功能要求及敷設(shè)條件，在管網(wǎng)上需要設(shè)置許多管道附件。直埋管道運行狀態(tài)復(fù)雜，隨著管道升溫降溫的變化，管道的工作狀態(tài)可能偏離設(shè)計狀態(tài)。因此設(shè)計人員須熟練掌握應(yīng)力分析方法并有相當(dāng)?shù)膶嶋H工程經(jīng)驗，根據(jù)管網(wǎng)各種因素的組合條件綜合考慮，對直管段及每一個管道附件按最不利工況進行計算，并采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。無補償直埋技術(shù)于20世紀(jì)80年代傳入我國，目前供熱管道直埋無補償設(shè)計方法有兩種：
�。ㄒ唬┮环N是北歐的計算方法：應(yīng)用第四強度理論，形狀改變比能是引起材料屈服破壞的主要因素，無論什么應(yīng)力狀態(tài)，只要構(gòu)件內(nèi)一點處的形狀改變比能達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限值，材料就要發(fā)生屈服破壞，也就是極限分析法，采用此方法時管道安裝需要預(yù)熱安裝；
�。ǘ┮环N是北京煤氣熱力工程設(shè)計院的計算方法：應(yīng)用第三強度理論，即采用應(yīng)力分類：（1）一次應(yīng)力，工作壓力在管道中產(chǎn)生的內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力、軸向應(yīng)力等；（2）二次應(yīng)力指熱脹冷縮受到外力約束時，在直管中產(chǎn)生的應(yīng)力，如升溫產(chǎn)生的軸向壓應(yīng)力、降溫產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力；（3）三次應(yīng)力指承受一次應(yīng)力和二次應(yīng)力的直管道向結(jié)構(gòu)不連續(xù)的管件如三通、變徑管、彎管等處釋放的變形，在該管件的開口周圍產(chǎn)生的應(yīng)力。以上按應(yīng)力分類的方法也叫安定性分析，采用此方法時管道冷安裝即可。
三、供熱管道管材分析與設(shè)計要求
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應(yīng)用在供熱管道上的管材多為低碳鋼Q235。我們首先就要了解低碳鋼Q235的材料特性。伸長率δ<5%的材料為脆性材料，伸長率δ>5%的材料為塑性材料。Q235塑性伸長率可達(dá)20%～30%（一般取26%），斷面收縮率Ψ≈60%。由此可見Q235鋼是一種塑性較好的一種材料，從Q235鋼拉應(yīng)力性能曲線上來分析它在不同應(yīng)力階段的變化情況。（1）彈性階段。OA為彈性變形階段，σp為比例極限，拉應(yīng)力與變形保持正比例關(guān)系，Q235鋼的比例極限σp=200MPa，σe為彈性極限（AB段）δ與ε間的關(guān)系不再成正比，但變形仍是彈性的。A與B非常接近，在工程不對彈性極限和比例極限并不嚴(yán)格區(qū)分。（2）屈服階段。屈服：當(dāng)應(yīng)力超過B點到達(dá)C點后，應(yīng)力σ呈現(xiàn)幅度不大的波動而變形卻急劇地增長，這種現(xiàn)象稱為屈服。C點為屈服高限，D1為屈服低限，通常將屈服低限稱為屈服極限，Q235鋼的屈服極限σs=235MPa。（3）強化階段。強化：經(jīng)屈服后，材料又增強了抵抗變形的能力，這時要使材料繼續(xù)變形，就需要增大拉力，這種現(xiàn)象稱為強化。D1D段為強化階段。Q235鋼的強化極限σb=375MPa。（4）局部變形階段。從D開始，桿件某一局部橫截面急劇收縮，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，到E點時被拉斷。
�。ǘ┕艿涝O(shè)計要求
�。�1）針對市區(qū)地下敷設(shè)的管道易產(chǎn)生折角的現(xiàn)象，在管道布置中將大折角分解為幾個小角度折角進行敷設(shè)。對于相距較近的折角，由于將其分解為小折角會很困難，則采用大彎曲半徑的彎管來代替大折角，從而避免了折角處有預(yù)應(yīng)力集中而產(chǎn)生低循環(huán)疲勞破壞或局部失穩(wěn)破壞。（2）使用大彎曲半徑的彎頭，所有直埋管道大口徑彎頭的彎曲半徑不小于2.5倍公稱直徑。彎頭的壁厚比相同管徑的鋼管壁厚多2mm。（3）焊接及檢驗要求。現(xiàn)場焊接應(yīng)保證焊透，管徑大于或等于DN400的鋼管及管件焊接應(yīng)采用氬弧焊打底，并采用雙面焊。
四、直埋管網(wǎng)安裝方式
�。ㄒ唬o補償冷安裝
無補償冷安裝是指供熱管道的整體焊接溫度等于溝槽回填時的溫度，即管線焊接和溝槽回填等安裝過程都是在正常的環(huán)境溫度下進行的。管道應(yīng)力驗算采用分類法和安定性分析理論，設(shè)計中考慮各種載荷條件可能的組合，將應(yīng)力根據(jù)其起因、來源、作用范圍、性質(zhì)和危害程度不同進行分類，采用不同的強度驗算條件。按照以上方法設(shè)計的直埋熱水管道，直管段通�？梢圆辉O(shè)補償裝置且不必預(yù)熱，管道焊接和溝槽回填等安裝過程都在冷態(tài)條件下進行。在冷態(tài)的環(huán)境溫度下管道處于零應(yīng)力狀態(tài)，在運行工況下熱應(yīng)力增大，但應(yīng)力變化范圍始終控制在允許值之內(nèi)。該設(shè)計方法在熱水管道直埋敷設(shè)中可以發(fā)揮明顯優(yōu)勢，利用溫度應(yīng)力具有自限性的特點，充分發(fā)揮管材的承載能力。
（二）預(yù)應(yīng)力方式
預(yù)應(yīng)力方式有敞開式預(yù)熱安裝和設(shè)置一次性補償器覆土后預(yù)熱兩種，在管道溫度升至預(yù)熱溫度時回填或焊接，在管道溫度恢復(fù)至環(huán)境溫度時，管道處于拉應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。由于一定量的熱脹變形提前釋放，管道在工作過程中壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均不超過鋼材的許用應(yīng)力。（1）敞開式預(yù)熱安裝。在覆土前，管道可以進行敞開式預(yù)熱。由于沒有土壤摩擦力，管道的熱脹變形可以提前釋放，預(yù)熱溫度為管段內(nèi)平均應(yīng)力為零時的溫度。管道被加熱到預(yù)熱溫度時覆土后再冷卻，使管道達(dá)到一定的平均應(yīng)力水平。在首次運行加熱移動后，其管端的位移與冷安裝的位移大致相同，但避免了冷安裝在首次移動時的較大位移。（2）設(shè)置一次性補償器覆土后預(yù)熱。這種方法是在管道的直段部分，按計算的間距分段安裝一次性補償器，并僅在補償器附近的溝槽處敞口，其余溝槽回填。一次性補償器的補償量在預(yù)熱前調(diào)整為設(shè)計值，當(dāng)管道首次加熱使補償器的伸長量到位后將一次性補償器焊接為整體，管道的熱脹變形得到了提前釋放。由于土壤摩擦力的作用，在兩個一次性補償器之間的局部應(yīng)力，將高于補償器處的應(yīng)力，然而，由于系統(tǒng)溫度的變化，在多次變化以后，應(yīng)力將均勻一致。
參考文獻
[1]王宗林熱水管道直埋無補償敷設(shè)技術(shù)研究及應(yīng)用[J]區(qū)域供熱2008.4
[2]王 鋼，鄭 斌，張 黎.大管徑直埋供熱管道設(shè)計方法初探[J].區(qū)域供熱，2000，（3）
[3]何 聰，趙玉軍，李祥瑞.無補償預(yù)熱直埋敷設(shè)方式的探討[J].煤氣與熱力，2002，（5）
