提高直埋供熱管道安全運(yùn)行的途徑.doc

提高直埋供熱管道安全運(yùn)行的途徑摘要：探討了提高直埋蒸汽、熱水供熱管道安全性的途徑。對(duì)于直埋蒸汽供熱管道，應(yīng)通過(guò)合理布置固定支座，劃分補(bǔ)償管段，補(bǔ)償管段的劃分方法應(yīng)與直埋熱水供熱管道區(qū)別對(duì)待；合理布置疏水裝置，避免水擊的出現(xiàn)。對(duì)于直埋熱水供熱管道，須對(duì)管道安定性、豎向穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。關(guān)鍵詞：直埋供熱管道；熱補(bǔ)償；水擊；疏水；穩(wěn)定性1直埋蒸汽管道熱補(bǔ)償?shù)奶幚沓擎?zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術(shù)規(guī)程CJJ1042005規(guī)定：直埋蒸汽管道的工作管，必須采用有補(bǔ)償?shù)姆笤O(shè)方式1。在常規(guī)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員較為常用的方法是通過(guò)設(shè)置固定支座以達(dá)到人為劃分補(bǔ)償管段的目的，這其中就存在一個(gè)固定支座數(shù)量能否合理減少的問(wèn)題。對(duì)于補(bǔ)償管段的劃分，多數(shù)情況下設(shè)計(jì)人員會(huì)受地形因素所限或?yàn)榉奖闶┕ざ鴧⒄罩甭駸崴艿啦贾眯问?，人為被?dòng)減少固定支座數(shù)量，依靠管道駐點(diǎn)來(lái)劃分補(bǔ)償管段。筆者認(rèn)為，在蒸汽管道中，這種方法的合理性值得商榷。直埋熱水管道的鋼管承受的摩擦力遠(yuǎn)大于直埋蒸汽管道，這也就意味著，直埋熱水管道駐點(diǎn)的漂移受其他力或其他因素干擾的可能性遠(yuǎn)小于直埋蒸汽管道。而直埋蒸汽管道受到的內(nèi)壓不平衡力、補(bǔ)償器彈性力等在合力中所占比例遠(yuǎn)高于摩擦力，當(dāng)補(bǔ)償器或管道受安裝質(zhì)量或管材加工制作質(zhì)量影響時(shí)，其伸縮量及受力情況都會(huì)發(fā)生變化，這些變化會(huì)造成管道熱膨脹不均勻，引起駐點(diǎn)位置產(chǎn)生較大漂移，導(dǎo)致補(bǔ)償器由于補(bǔ)償能力不足而最終造成損壞。城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)范CJJ/T8198規(guī)定，對(duì)于鋼制內(nèi)管、保溫層、保護(hù)外殼三位一體的預(yù)制直埋保溫?zé)崴艿?，駐點(diǎn)可作為一個(gè)劃分管道補(bǔ)償管段的依據(jù)2。但該規(guī)范也指出，駐點(diǎn)漂移也是不可避免的，由它劃分的過(guò)渡段熱伸長(zhǎng)量應(yīng)乘以1.2的系數(shù)2。由此可看出：駐點(diǎn)并不能作為管道計(jì)算的邊界條件，而將其列入輔助計(jì)算條件更為穩(wěn)妥。由以上兩點(diǎn)筆者認(rèn)為，對(duì)于直埋蒸汽管道補(bǔ)償問(wèn)題，應(yīng)認(rèn)真分析，將它與直埋熱水管道正確總結(jié)比較，區(qū)別對(duì)待。通過(guò)合理設(shè)置固定支座，使每段蒸汽管道均處于安全可靠的有補(bǔ)償狀態(tài)是非常必要的。特別需要指出的是，當(dāng)采用波紋管軸向補(bǔ)償器時(shí)，還應(yīng)按照美國(guó)膨脹節(jié)制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)EJMA(2008版)的規(guī)定，每?jī)蓚€(gè)固定支架之間只設(shè)一個(gè)補(bǔ)償器，強(qiáng)行通過(guò)固定支座來(lái)劃分補(bǔ)償管段。水擊的避免在蒸汽管道的設(shè)計(jì)中，對(duì)管道疏水的要求越來(lái)越嚴(yán)格，例如2006版動(dòng)力管道手冊(cè)中直埋蒸汽管道疏水裝置的設(shè)置距離由1994版動(dòng)力管道手冊(cè)中要求的順坡400500m、逆坡200300m，均減小到了150200m，目的就是為了在管道運(yùn)行中能更夠及時(shí)有效排出凝結(jié)水，防止水擊的出現(xiàn)。設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范及手冊(cè)要求，確定合理的疏水點(diǎn)，正確選擇疏水裝置，以保證凝結(jié)水能夠及時(shí)有效地排出。疏水點(diǎn)除了設(shè)置在常規(guī)的管道最低點(diǎn)和管道垂直上翻點(diǎn)前外，還應(yīng)注意，對(duì)于有分段閥門(mén)的長(zhǎng)距離輸配管道或分段運(yùn)行的管道，疏水點(diǎn)應(yīng)該綜合考慮閥門(mén)關(guān)閉時(shí)的情況后設(shè)置，避免由于閥門(mén)關(guān)閉造成疏水裝置失效。另外，疏水點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離補(bǔ)償器、閥門(mén)等薄弱點(diǎn)，避免積水沖擊損壞補(bǔ)償器的波紋管。在計(jì)算選擇疏水裝置時(shí)，應(yīng)考慮到當(dāng)每年管網(wǎng)初次運(yùn)行時(shí)，管道內(nèi)存有大量空氣和低溫凝結(jié)水，較低的入口壓力會(huì)使疏水閥超負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)疏水閥的排水量要求比正常工作時(shí)的排水量更大，因此按選用倍率23倍來(lái)選擇疏水閥。除了設(shè)計(jì)應(yīng)滿足要求外，運(yùn)行單位是否正確操作也是水擊能否避免的關(guān)鍵。在管道初次送汽運(yùn)行時(shí)，不可快速將閥門(mén)全開(kāi)，務(wù)必要緩慢打開(kāi)閥門(mén)，使管道慢慢升溫，才能保證凝結(jié)水不會(huì)大量涌出，使疏水器能夠及時(shí)有效地排除凝結(jié)水，以確保管網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。2直埋熱水管道直埋熱水管道比蒸汽管道應(yīng)力水平低，對(duì)循環(huán)溫差及管徑較小的長(zhǎng)直管段，在管道安定性分析下的強(qiáng)度驗(yàn)算及豎向穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求時(shí)，允許無(wú)補(bǔ)償管段出現(xiàn)，可采用無(wú)補(bǔ)償冷安裝方式敷設(shè)。無(wú)補(bǔ)償冷安裝的敷設(shè)方式雖然降低了工程造價(jià)，方便了施工，但是由于無(wú)補(bǔ)償裝置用以釋放二次應(yīng)力，管道在運(yùn)行過(guò)程中一直處在一個(gè)較高的應(yīng)力水平下，這就要求設(shè)計(jì)人員在計(jì)算時(shí)要更加謹(jǐn)慎。尤其是對(duì)于大管徑管道，當(dāng)常規(guī)壁厚的鋼管直徑超過(guò)700mm時(shí)，會(huì)因橢圓效應(yīng)產(chǎn)生橢圓變形，使得力學(xué)計(jì)算復(fù)雜化。管道橢圓化變形主要與兩個(gè)因素有關(guān)：a.直埋管道上面作用的垂直荷載，包括隨埋深增加而加大的土壤荷載和隨埋深增大而減小的車(chē)輛等動(dòng)荷載。b.鋼管的截面參數(shù)，在相同的垂直荷載作用下，鋼管半徑越大，橢圓化變形越大；管壁越厚，橢圓化變形越小。鋼管橢圓化變形如超過(guò)一定限值，易造成局部失穩(wěn)破壞，最終導(dǎo)致管道系統(tǒng)破壞。因此，在設(shè)計(jì)計(jì)算無(wú)補(bǔ)償冷安裝的直埋管道時(shí)，若管徑較大，不僅需要對(duì)管道的安定性和豎向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，還需要按照受壓薄壁殼體模型進(jìn)行受力分析，以保證管道的局部穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)局部皺結(jié)。對(duì)于設(shè)置一次性補(bǔ)償器等預(yù)應(yīng)力安裝方式，雖然管道熱伸長(zhǎng)降低，管道的整體及局部穩(wěn)定性會(huì)有所提高，但由于管道運(yùn)行溫差不變，管道溫度應(yīng)力變化并未改變，管道仍與冷安裝具有同樣的強(qiáng)度狀態(tài)，安定性條件仍需保證方可通過(guò)。對(duì)于直埋蒸汽管道，通過(guò)合理布置固定支座，確保每段管道都處于安全可靠的有補(bǔ)償管段內(nèi)至關(guān)重要，有補(bǔ)償管段的劃分途徑應(yīng)與直埋熱水管道區(qū)別對(duì)待。水擊問(wèn)題的解決，應(yīng)結(jié)合實(shí)際管網(wǎng)運(yùn)行狀況合理選擇布置疏水裝置。對(duì)于直埋熱水管道，尤其在大管