直埋热力管道存在的问题及发展动态

1、直埋热力管道存在的问题及发展动态1、引言 采用热力管道的直埋敷设方式可以有效避免采用有沟敷设 时产生的城市热力管道与上水、下水、电力、通讯、煤气等多种 管线或地下构筑物发生矛盾 ; 还可以有效地解决厂区热力管道因 占地尺寸较大 , 造成成本造价过高的问题。即使与厂区热力管道 的架空敷设相比 , 仍然占有价格上的优势。本文就直埋敷设蒸汽 管道的保温及无补偿埋设方式所存在的问题进行简要探讨。2、直埋蒸汽管道的保温 高温蒸汽管道地下直埋敷设由于其介质的特殊性和地下水、 地表水的存在 , 对保温结构形式和保温材料的技术性能提出了更 高的要求 , 与架空和地沟敷设不同 , 保温结构既要考虑保温效果 ,

2、又要考虑保温的严密性 , 保证防水密封 , 还要考虑由于工作钢管 热膨胀系数与保温材料的热膨胀系数的差异而产生的摩擦力、 推 力对保温结构的影响。因此首先需要解决管材和管道保温的问 题。对于120C以上的蒸汽管道，管材宜选用无缝钢管。管道保 温材料可采用由岩棉保温材料和聚氨脂泡沫塑料两种保温材料 组成的复合保温材料。 岩棉保温材料在室内外架空蒸汽管道上早 已广泛使用，它的最大特点是耐热温度高，可达350C。但是岩棉 保温材料的内部结构呈纤维状孔隙间互相连通 , 且吸水率高 , 遇 水即失去保温效能故而把岩棉保温材料作为靠近管道的第一层 保温材料。聚氨酯泡沫塑料的最大特点是吸水率极低 , 闭孔率

3、高 , 具有良好的防水性能 , 特别适合直埋管道。但是它的不足是耐温 较低,最高不能超过120C ,故而将聚氨酯泡沫塑料作为靠近岩棉 管壳外侧的第二层保温材料。 两种保温材料的性能优势互补共同 发挥作用。聚氨酯泡沫塑料的强度很低，其使用2mm厚的聚氯乙 烯塑料 , 作为聚氨酯泡沫塑料的保护层。 在实际设计过程中 , 需要 根据管道内蒸汽温度不同 , 计算聚氨脂保温层的厚度和岩棉保温 层的厚度。3、热力管道无补偿直埋敷设众所周知 , 管道被热媒加热会伸长 , 如果不加以有效的补偿 , 会使管道承受的应力增加 , 当达到一定程度时就会发生破裂现 象。根据管道材料承载应力的能力及土壤与管道保护外壳之

4、间的 摩擦力对管道所产生的约束 , 在此, 谈一谈无补偿直埋敷设的可 行性。(1) 管道在嵌固条件下的应力分析直埋敷设管道被嵌固时 , 管道的热伸长完全受阻 , 管壁应力 增加 , 管壁单元体上作用着由内压产生的环向拉应力 , 轴向拉应 力, 径向应力。 (如图 1)(2) 无补偿直埋管线在土壤中的受力情况分析土壤与保护外壳之间的摩擦系数卩值的大小，取决于保护外壳的材质、 周围土壤或回填砂型以及填土的密实程度等诸多因 素。需要指出:在土壤未将管道完全嵌固条件下，卩值在供热管道运行过程中，会在较大范围内变化。开始运行时，口值为最大U,随着管道热胀冷缩而往复移动，U值逐渐减小，并趋于稳定， 最终达

5、到最小。直埋敷设供热管道多采用聚氨酯为保温材料 , 高 密度聚乙烯为保护外壳，四周填砂时，摩擦系数卩值范围为0.2 0.6。以图2所示的管线为例，在离自由端0点L远处,土壤与管道 外壳产生的总摩擦力 , 可按下式计算 :前曾述及 , 管道在完全嵌固条件下 , 由温升和内压引起总轴 向应力为 , 如果值小于轴向压应力值 , 管道不能完全嵌固 , 管道向 自由端伸长 , 热胀力得以释放 , 从而使土壤对管道产生轴向水平 推力。当L为某一长度Lm时，+=F,即+=（-卩）F时，以后的管段完全 嵌固 , 其任一截面上的最大轴向力为根据弹性分析法的基本原理， t不得超过, 不得超过其极限值。当管道的最高

6、温度与安装温度之差时 , 可以采用无补偿直埋敷设方式 ;而当 （） 高于时 , 可以通过采用预 应力的方法 , 实现无补偿直埋敷设。 预应力法有两种方式 : 在管线 上设置“一次性补偿器”和分段预热。a） “一次性补偿器”法，是在直线管段上设置一种特殊的补 偿器（一次性补偿器 ）。它的结构与波纹管补偿器相似 , 只是在波 纹管补偿器外面增加了一个随其一起活动的钢外套。 在供热管道 开始运行时 , 先将管线预热到某一温度 , 使管道的最高温度与预 热温度之差值。在达到预热温度时 , 将一次性补偿器的钢外套与 管道四周焊牢。当管道降温后 ,管道不能收缩 , 而产生一个拉应 力。只要在运行期间 , 保证预热温度与管线的最低温度之差管线 就不会出现拉伸屈服状态 ;而当管道升温到最高温度 t 时, 也不 会出现压缩屈服状态。 由于该补偿器只在预热安装时一次性起作 用, 故称“一次性补偿器”法。 管道在整个运行期间 ,无需进行补 偿,b）分段预热法的原理与上述相同，采用将管线分段预热。将 一段管道预热至预热温度 , 管段充分伸长后 , 与后面未预热管段 焊接在一起。 按此方法 , 将整个管线预热并焊接起来。 这样 , 在管 线降温后 , 也残留一个预拉应力。 在保证,