【摘要】：隨著社會的快速發展，供熱管道的直埋敷設具有施工周期短、維護量小、節約投資、壽命長、占地少的優點，已成為我國供熱管網推薦的一種敷設方式。本文就發電廠直埋供熱管道的設計與施工來進行探討，以供大家共同學習之用。

　　【關鍵詞】：直埋供熱管道,發電廠,設計,施工

　　1、前言

　　隨著《城鎮直埋供熱管道工程技術規程》的發布，標志著直埋供熱管道敷設方式的技術已經很成熟，實際運用也越來越廣泛。人們的生活是離不開熱能的，熱能要從熱源輸送到用戶，是要通過管網系統的，熱網是是城市供熱的重要命脈，其連接著熱源和熱用戶。直埋敷設以工程造價低、工期短、占地面積小等優點在供熱工程中得到廣泛運用，在熱網設計中占據重要的地位。

　　2、直埋供熱管的結構形式

　　目前, 供熱管管道直埋敷設通常采用兩種形式：玻璃鋼外套管內滑動外固定式和鋼套管外滑動內固定式兩種形式。

　　2、1　玻璃鋼外套管內滑動外固定式直埋結構

　　當溫度在200 度以下, 地下水位比較低時, ,蒸汽直埋管道一般選用玻璃鋼，是為了節省工程投資。外套管內滑動外固定式結構型式是指工作鋼管與保溫結構脫開設置, 工作鋼管受熱要膨脹, 此時鋼管運動, 發生位移, 而保溫結構與外套管構成一個整體結構, 不產生運動。工作鋼管外表面應有約(4～7) mm 厚的潤滑層, 保溫結構內層用耐高溫硅酸鎂作隔熱層, 外層采用聚氨脂發泡做為保溫層, 外保護層則采用玻璃鋼外護管。該種類型形式的直埋供熱管道,一般采用鋼筋混凝土結構的固定墩, 將工作鋼管固定, 不需要導向支架

　　2、2 鋼套管外滑動內固定式直埋結構

　　保溫材料和工作鋼管緊密結合就是外滑動, 將其構成成一個整體, 保溫結構和工作鋼管在管道熱膨脹時同時運動。外套管與保溫結構層之間有間隙, 此間隙起到加強保溫和排潮的作用,。工作鋼管與外套管之間每隔一段距離采用一組隔熱導向環, 用來減少管道位移時的摩擦力。為防止熱橋效應，一般內固定式結構是將工作鋼管通過固定支架固定在外套管上, 隔熱保溫措施應設置在固定支架上。

　　3、直埋供熱管道的設計方法

　　因為土壤受力是均勻的，一般忽略直埋管道的自重。供熱管道的壓力一般在(0.6—2.5)MPa，對于常用的管道，其壁厚要大于該壓力所需的設計壁厚，內壓產生的實際應力也就小于管材的屈服應力。但是如果管道中熱脹變形不完全釋放出來，就會使管道產生了較大的軸向應力和壓應力。因此，在直埋敷設敷設管道中，內壓的影響較小，管道產生爆裂的可能性是很小的，但是溫度的影響則較大。管道應力計算中應考慮循環塑性變形和疲勞破壞。另外，由于承受軸向壓力和壓應力的作用，失穩問題在管道中還是存在著的。在運行工況下直埋管道的軸向壓力最大，管線的整體失穩可能會由于壓桿效應產生，尤其是溫升較高的無補償冷安裝方式，溫升作用全部轉化為很高的軸向壓力，整體失穩極易出現;當管道埋的較淺時，就會產生整體縱向失穩，整體水平失穩在管線附近平行開溝時，又很容易產生。所以，在直埋管道設計中，應防止管道的整體失穩出現。

　　4、防止直管破壞的設計方法

　　在直埋供熱管道設計中應對管道的安全狀態進行分析, 考慮管道可能出現的失效變形。直埋供熱管道的失效包括強度失效與穩定失效兩個方面。

　　4、1 強度失效

　　強度失效又分為：無限制塑性流動;循環塑性變形;疲勞破壞三種形式。(1)無限制塑性流動是內壓在管壁中產生環向應力, 如果環向應力過大, 管壁就會出現無限制的塑性流動, 使管道爆裂或斷裂。對于塑性流動，應對環向應力進行分析。由于內壓環向應力為一次薄膜應力, 則應控制內環向應力小于基本許用應力。但是由于內壓環向應力遠小于其極限值, 故在城市供熱管網中一般不會出現這種破壞方式。(2)循環塑性變形。,溫度應力在直埋供熱管道中起決定作用。當溫度變化很大并且熱脹變形又不能全部釋放時, 升溫過程會使管壁因軸向壓應力而產生軸向壓縮塑性變形, 當溫度降低時則會使管壁因軸向拉應力產生軸向拉伸塑性變形。(3)通常在彎頭、大小頭及三通等管件處易產生應力集中容易出現疲勞破壞的現象。在溫度和壓力變化過程中, 應力集中引起的峰值應力只在很小的局部范圍內產生循環塑性變形。首先是由于該區域是被彈性區域所覆蓋的，爆裂或者斷裂是不會發生的，峰值應力變化的越快，疲勞破壞所需要的周期就會越短。

　　4、2 穩定失效

　　穩定失效又分為整體失穩和局部失穩兩種。(1)整體失穩。從整個管線看, 當不能完全釋放熱脹變形時, 軸向壓力在運行工況下最大, 管線由于壓桿效應極容易引起的整體失穩: 對于整體失穩, 應按桿件受壓失穩模型進行穩定分析,(2)局部失穩。從管道局部看, 管道屬于薄殼體。在軸向應力的作用下, 管道可能出現局部皺結, 引起局部失穩。對于運行溫度交高且管徑較大的熱網, 應按受壓薄壁殼體模型進行穩定性分析。

　　5、直埋供熱管道的施工

　　直埋供熱管道中熱脹變形不能完全釋放而產生應力。因此，通過不同安裝方式的選擇，可以讓熱脹變形的大小和變形的釋放程度改變，進而改變管道的應力。零應力狀態對應的溫度決定熱脹變形的大小，當提高零應力狀態溫度時，熱脹變形的大小可降低。根據溫度是否等于安裝時的環境溫度，管道可分為：冷安裝和預應力安裝。(1)零應力狀態對應的溫度等于安裝時的環境溫度就是冷安裝。(2)零應力狀態對應的溫度等于預熱溫度就是預應力安裝。補償裝置的設置影響著管道變形的釋放程度，當設置補償裝置時，補償裝置吸收了附近管道的熱脹變形，使附近一定范圍內管道的熱脹變形得到釋放。根據熱脹變形能否釋放，管道又可分為：無補償安裝和有補償安裝。兩固定墩之間或遠離補償裝置而處于錨固狀態的管道，其熱脹變形不能被補償裝置所吸收就是無補償安裝。補償裝置附近處于滑動狀態的管道，其熱脹變形能被補償裝置所吸收就是有補償安裝。

　　6、直埋供熱管道的布置和敷設

　　6、1 供熱管材的選擇

　　在選擇管材時，應主要從抗疲勞性能來考慮，因為埋地熱力管道內壓一般都很低，發生直接爆破破壞的可能性很小，所以破壞的最大可能是由溫度應力引起的塑性疲勞破壞。這就要求選擇塑性比較好、易焊接的材質。管壁應盡可能選擇較薄的規格，因為軸向溫度應力與管壁橫截面積的大小無關，壁厚增加并不能降低管壁內的軸向應力。在實際工程應注意避免不同規格的管子混合使用。

　　6、2 供熱管道的布置

　　直埋供熱管道的布置應符合國家現行的有關規定。應根據水流沖刷條件和管道穩定性條件確定直埋供熱管道穿越河底的覆土深度。直埋供熱管道變徑處或壁厚變化處，應設補償器。直埋供熱管道的補償器，變徑管等管件應采用焊接連接。

　　6、3 供熱管道的敷設

　　氣閥應設置在直埋供熱管道的高處，放水閥設置在低處。管道應利用轉角自然補償。分支管從干管直接引出時，在分支管上應設軸向補償器或彎管補償器。三通、彎頭等應力比較集中的部位，應進行驗算，驗算不通過時可采取設補償器等保護措施。當需要減少管道軸向力時，可采取設置補償器的措施。當地基軟硬不一致時，應對地基做過渡處理。直埋蒸汽管道的設計與計算, 應根據廠區的土質、地下水位和管道埋深等條件, 選擇合適的直埋保溫型式, 合理地選擇補償器類型, 保證管道運行的安全性和可靠性。其次, 還應該加強施工管理, 達到節約工期、降低工程造價、節能降耗、減少施工工作量的目的。

　　7 結尾

　　直埋供熱管道的設計與施工, 首先要根據土質、地下水位和管道埋深等條件, 選擇合適的合理地選擇補償器類型和管材及敷設方式，保證其運行的安全性和可靠性。其次, 要加強施工管理, 節約工期、降低工程造價的目的。供熱管道采用直埋敷設方式, 可以減少建材用量和土建費用; 使得管道熱損耗低, 可以很好的節約能源; 使用壽命長, 維護費用低。因此, 直埋敷設供熱管道, 在我國城市供熱事業已經得到了很好的應用, 同樣在火力發電廠也具有很好的應用前景

　　【參考文獻】

　　[1]《熱能工程設計手冊》湯惠芬等，機械工業出版社

　　[2] 《城市供熱手冊》范季賢等，天津科學技術出版社

　　[3] 《管道應力分析與計算》王致祥等，水利電力出版社

　　[4] 《土質學與土力學》洪毓康等，人民交通出版社