供热管道直埋敷设的计算与设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第５期　煤气与热力　・４５７・　文章编号：１０００—４４１６（２００２）０５—０４５７—０２　供热管道直埋敷设的计算与设计　王子德　（中国烟草总公司合肥设计院，安徽合肥２３００２２）　摘要：介绍了直埋供热管道技术的发展，给出了直埋供热管道的热力计算、设计要点及直　埋管道保温结构的做法。　关键词：直埋供热管道；热应力；热补偿；保温结构　中图分类号：ＴＵ９９５．３　文献标识码：Ｂ　１　概　述　以下的供热管道可以采用无补偿敷设方式。有补偿　直埋供热管道敷设分为有固定点和无固定点两种方　国内外供热管道直埋技术的发展已经有６０多　式。无固定点方式直埋管道敷设要求直管段长度小　年的历史。随着高分子有机材料的发展，２０世纪５０　于两倍的两补偿器间的最大距离Ｌ～。供热管道　年代初，国外开始研制预制保温管，采用聚氨酯泡沫　一般采用材质为ｌ０号钢、２０号钢无缝钢管。管道　塑料作保温材料，以高密度聚乙烯作为保温管的外　受热产生的热应力应不大于许用应力。　壳ｌ１　。由于这种保温管具有较好的防水性，因而　（１）土壤摩擦力计算　可用于地下水位高、土壤潮湿的地区。国内在２０世　土壤摩擦力，　计算按下式：　纪５０年代曾经采用浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷　Ｆｔ＝　ＤＬＦ　设方式，２０世纪７０年代采用沥青珍珠岩保温的供　Ｆｆ　＝９．８　ｈ　热管道直埋敷设技术。１９７７年对用沥青珍珠岩保　式中：Ｆ　——土壤摩擦力，Ｎ；　温的直埋供热管道进行了无补偿直埋敷设实验。２０　Ｄ——管道外套管直径，ｍ；　世纪８０年代出现了两种新型的预制保温管＿４　Ｊ：一　Ｌ——管道长度，ｍ；　种是保温结构为氰聚塑形式的预制保温管，一种是　——单位面积摩擦力，Ｎ／ｍ２；　管中管形式的预制保温管。目前这两种形式的预制　——土壤摩擦系数；　保温管已大量生产，并广泛应用于城市供热管网及　ｌＤ——土壤的密度，ｋｇ／ｍ３；　工矿企业。近年来采用复合保温管结构的直埋供热　ｈ——管道中心埋设深度，ｍ。　管道也得到越来越广泛的应用。　（２）弹性力计算　弹性力，　的计算按下式：　２直埋供热管道计算与设计　Ｆ　＝ａＡ＝ＥａｆＡｔＡ　式中：Ｆ　——弹性力，Ｎ；　２．１直埋供热管道热力计算　——管道预热产生的轴向热应力，ＭＰａ；　直埋供热管道的敷设一般有两种方式：无补偿　Ａ——管道横截面积，—ｎｒｎ２；　方式及有补偿方式。无补偿直埋供热管道敷设设计　Ｅ——管道材料的弹性模量，ＭＰａ；　的理论基础是安定性分析理论和弹塑性分析理论。　口　——在预热温度下管材线胀系数，Ｋ～；　实践证明，对于ＤＮ　５００　ｍｌｎ以下，使用温度在１５０℃　△ｆ——管道预热时与管道预热前的温差，。【二：　÷收稿日期：２００１—０６—１４；修回日期：２００２—０４—１８　作者简介：王子德（１９７３一），男，安徽怀远人，助理工程师，大专，从事供热工程设计工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com ・４５８・　（３）两补偿器最大间距计算　王子德：供热管道直埋敷设的计算与设计　②施工简单，工期短。　２００２年１Ｏ月　根据摩擦力要小于弹性力的原则，即Ｆ，＜Ｆ　，　则两补偿器最大间距　一按下式计算：　一３直埋供热管道保温结构　直埋供热管道由无缝钢管、导线、保温层、保护　层４部分组成。主要有管中管预制保温管结构、预　＜Ｆ　／（７ｔＤＦｆ　）　（４）最大安装长度计算　直埋管道受热膨胀伸长，由于外壳管与沙层之　间的摩擦力约束，因而在管道断面上产生了轴向应　力。在固定端处的轴向应力最大，在自由端处轴向　应力为零。轴向应力可按下式计算：　口　＝７ｔＤＬＦｆ　／Ａ　制保温管结构及复合保温管结构。　（１）管中管预制保温管　管中管预制保温管是由外套管、保温层、钢管３　部分粘结成一个整体。保温材料采用硬质聚氨酯泡　沫塑料，耐温性在１２０　ｃ【＝以下。外套管是高密度聚　乙烯管，适用温度范围是一６０—１２０　ｃ【＝。聚乙烯管　式中：口　——管道断面上的轴向应力，ＭＰａ。　（５）管道纵向稳定最小埋设深度＾一　直埋供热管道在运行时处于轴向压缩状态，其　稳定是靠上部的覆土来维持。因此，在直埋管道的　上部要保持一定的覆土深度＾～。由于其轴向力计　算较为复杂，一般工程上采用查表的方式　』。　具有较好的防水性，寿命较长。导线，又称报警线，　与报警显示器连接，用于自动检测直埋供热管道是　否泄漏。管中管预制保温管的规格为ＤＮ　２５　８００　ｎ＇ｌｍ，烟草行业一般用ＤＮ　２５　３００　ｎ＇ｌｍ的供热管道，　由于其保温材料耐温性在１２０　ｃ【＝以下，仅用于制冷、　２．２直埋供热管道的设计要点　直埋供热管道用于输送热水、低压蒸汽等，应符　合规范手册要求　㈣Ｊ。设计要点如下：　（１）对于车间内直埋管道敷设，由于上面有地　坪，覆土深度可适当减少。另外，当直埋供热管道敷　设已有不小于０．００３的坡度，当其停止运行时，能够　使管网凝结水（或冷凝水）通过自流排除的情况下，　覆土深度可在冻土深度以上。对于北方严寒地区。　由于冻土深度较厚，如果供热管道直埋在冻土深度　以下，开挖的土方量是很大的，设计时采取以上方法　可节省投资。　低温热水、０．２　ＭＰａ饱和蒸汽的输送。　（２）预制保温管　预制保温管由无缝钢管、导线、保温层、保护层　４部分组成。预制保温管保温层是硬质聚氨酯泡沫　塑料，是一种热固性泡沫塑料，通过化学反应下形成　无数气孑Ｌ，体积膨胀几十倍，同时固化成块，可制成　硬质、半硬质、软质、开孑Ｌ、闭孑Ｌ、高弹性等多种不同　性能的泡沫塑料。聚氨酯泡沫塑料具有密度小、热　导率小、闭孑Ｌ率高、较好的抗压强度和耐温性，具有　良好的耐水、耐化学腐蚀、耐老化等性能。保护层为　玻璃钢　Ｊ。玻璃钢是一种强度高、密度小、热导率　（２）管道的热补偿可采用波纹管补偿器、套筒　式补偿器或方型补偿器。在车间内敷设时热补偿器　宜布置在地沟（伸缩穴）内，上面设置活动盖板便于　检修；在厂区敷设时热补偿器宜布置在检查井内，但　低、耐腐蚀的材料，同时还具有良好的电绝缘性及较　高的机械性能。安装玻璃钢保护层宜用具有高效防　水防腐性能的材料粘接。　（３）复合保温管结构　复合保温管结构保温层有内层岩棉制品或超细　玻璃棉（或其他耐高温的保温材料）和外层的硬质聚　如果采用寿命次数大的直埋型波纹管补偿器且采用　焊接时，可直埋敷设。　（３）直埋管道的最高点设放气阀，最低点设放　水阀。对于直埋蒸汽管道的敷设应每隔一定间距设　一氨酯泡沫塑料（或橡塑绝热材料）组成。根据直埋供　热管道输送的介质最高温度，可先选定外层预制定　个疏水装置。放水阀和疏水装置布置于伸缩穴或　型规格的硬质聚氨酯泡沫塑料管壳，再计算出内层　保温材料的厚度，取２５—３５　ｎ＇ｌｍ厚即可。保护层一　般采用玻璃钢，由于此种保温结构可以现场制作，价　格比预制保温结构低，适用范围广，可根据需要选用　耐高温的保温材料。　（下转第４６１页）　检查井内。同时，伸缩穴或检查井内应设有集水坑。　２．３直埋供热管道的优点　供热管道的直埋敷设方式与地沟敷设方式相比　优点如下：①开挖土方量小，不需设地沟，直埋敷设　与不通行地沟敷设相比，可节省土建费用约３Ｏ％；