大管径直埋热水供热管道的安装方式与设计

煤气与热力

GAS&HEAT

Vol.26No.10Oct.2006

供热热网与热力站

大管径直埋热水供热管道的安装方式与设计

陈　鸣,　冯继蓓

(北京市煤气热力工程设计院有限公司,北京100032)

　　摘　要:　结合工程实例,对公称管径≥500mm的大管径直埋热水管道的安装方式、设计理论

及设计要点进行了探讨,对大管径直埋热水管道的设计、施工提出了建议。只要满足强度和稳定性条件,应优先采用无补偿冷安装方式。在设计时应重点考虑防止局部失稳、加强管件结构及控制管道坡度变化幅度。　　关键词:　直埋热水供热管道;　大管径;　无补偿冷安装;　设计

中图分类号:TU995　　文献标识码:B　　文章编号:1000-4416(2006)10-0046-03

InstallationModeandDesignofDirectlyBuriedHot2water

Heat2supplyPipelinewithLargeDiameter

CHENMing,　FENGJi2bei

(BeijingGasandHeatingEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd.,Beijing100032,China)

　　Abstract:　Theinstallationmode,designtheoryanddesignessentialsofdirectlyburiedhot2water

pipelinewithnominaldiameterofequaltoorgreaterthan500mmarediscussed,andsuggestionsonthedesignandinstallationofdirectlyburiedhot2waterpipelinewithlargediameterareoffered.Thecoolin2stallationmodewithoutexpansionshouldbeadoptedpreferablyprovidedthattheconditionsofstrengthandstabilityaremet.Preventinglocalinstability,reinforcingpipelinestructureandcontrollingchangeamplitudeofpipelineslopeshouldbeconsideredimportantlyinthedesign.

　　Keywords:　directlyburiedhot2waterheat2supplypipeline;　largediameter;　coolinstallationwithoutexpansion;　design

　　近年来,我国城市集中供热得到蓬勃发展,直埋热水管道得到广泛应用

[1～5]

500mm热水管道(本文称其为大管径直埋热水管

。1974年,由北京市煤道)后会出现哪些问题,采用哪些行之有效的设计思路和方法,都值得进一步探讨。本文以哈尔滨市道里区集中供热工程为例,对大管径直埋热水管道的安装方式、设计理论及设计要点进行探讨。

1　工程概况

气热力工程设计院等单位着手开展供热管道直埋敷设试验研究工作,经试验研究获得了多项研究成果,推出了DN500mm以下管道无补偿冷安装直埋敷设的计算方法和设计参数,并应用于大量的实际工程,为制定城镇供热管道工程技术标准奠定了基础。参与编制的CJJ/T81—98《城镇直埋供热管道工程技术规程》于1999年发布实施

[6]

哈尔滨市道里区集中供热工程的总供热面积为1758×10m,供热负荷为1055MW。供热管道全

4

2

。近年来,随着我长为65.8km,最大公称管径为1000mm,新建、改建热力站196座。供热管道分为南、北两条主干线,长均为4～5km。供热介质温度为130～70℃,设

国集中供热事业的不断发展,各地逐步探索并实施更大管径直埋热水管道的敷设。直埋公称直径≥

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第10期陈　鸣,等:大管径直埋热水供热管道的安装方式与设计第26卷

计压力为1.6MPa。该工程的特点是工程规模大,

建设期短,要求当年实现部分供热。

哈尔滨市道里区为老城区,街道狭窄,地质条件较差。由于大部分管道敷设在市内人口密集区,地下管道较多,综合考虑技术可行性、有效利用地下空间和缩短工期等方面因素,除过立交桥、过铁道及交叉管线复杂等不适合直埋的特殊位置采用管沟或顶管施工外,主要采用直埋敷设。

2　安装方式

变控制在弹性范围内。无补偿冷安装方式采用的应

力验算方法为应力分类法,应力分类法对管道的各种应力分别采用不同的限值,合理地考虑管道受载条件,最大限度地考虑了管材的承载能力。在应力分类中对二次应力采用安定性分析,安定性指管道在有限塑性变形后,仍能安定在弹性状态的特性,并对管道在整个使用寿命内进行疲劳分析。

设计要点4　

①　防止局部失稳

大管径直埋热水管道相对壁厚小,当管网升温致使管壁压应力达到一定值时,出现局部失稳的概率随钢管平均半径的增大而增大,特别是某些管件(弯头、三通等)如不采取必要措施还可能出现整体

[7]

失稳或局部屈曲。针对该工程的特殊情况,在综合考虑了管道埋深、地质情况、地面荷载、应力变化等多种因素后,还有必要考虑管道的径向椭圆化变形,在相同的埋深、地面荷载条件下径向椭圆化变形随管道平均半径的增大而增大。控制局部失稳和径向椭圆化变形的主要方法为适当增加钢管壁厚及加强管件结构,虽然适当增加钢管壁厚增加了钢管造价,但与有补偿安装方式相比大大降低了补偿器和固定支座的数量,缩短了施工期,整体工程造价反而下降。

②　加强管件结构

在供热管道中无论活动段还是锚固段都不可避免地存在分支管线,在分支管线的三通部位除轴向应力外还存在局部峰值应力。峰值应力指管子或管件上由于局部结构不连续或局部热应力效应产生的应力增量,它的特点是不引起显著的变形,是一种导致疲劳裂纹或脆性破坏的因素。因此三通部位是大管径直埋热水管道在采用无补偿冷安装方式时的薄弱部位,必须加强三通结构确保管网运行的安全性。三通管件必须按设计计算结果采用工厂预制,不得采用现场开孔对接三通。

③　控制管道坡度变化幅度由于管道敷设沿途存在很多已敷设的市政管道,因此直埋热水管道不可能始终保持理想的埋深。在穿越路口等地下管道复杂地段时,直埋热水管道要采用上翻或下翻穿越的施工方法。为避免管道转角处应力集中产生循环疲劳破坏或局部失稳,应控制管道坡度变化幅度。

总之,在大管径热水管道设计中应根据管道工

目前,国内直埋热水管道采用的安装方式包括明沟分段预热方式、一次性补偿器覆土预热方式、固定墩和直埋补偿器结合方式、无补偿冷安装方式等。对于直埋热水管道,优选无补偿冷安装方式,这种安装方式具有管网设备少、施工期短、造价和运行费用低等优势。因此,本工程采用无补偿冷安装方式,这是目前国内采用该安装技术的较大规模的供热管网。

设计理论3　

CJJ/T81—98《城镇直埋供热管道工程技术规(以下简称《)中直埋热水管道的适用范围程》规程》

为:供热介质温度≤150℃,公称管径≤500mm。这是由于编制《规程》的依据来自公称管径≤500mm的直埋热水管道的试验数据,很多强度计算、管道热伸长计算中对荷载进行了简化处理,虽然对小管径直埋热水管道影响不大,但公称管径一旦超出500mm过多时,简化计算结果就会产生较大偏差,可能会产生某些安全隐患。本工程最大公称管径为1000mm,已超出了《规程》的适用范围,因此不能完全按《规程》进行设计。我院借鉴了承揽的国内许多大管径直埋热水管道的施工经验,并根据本工程的实际情况,分析并参考北欧的设计手册和国内相关埋地管道的设计规程,对直埋热水管道在不同工作状态下的管道强度、稳定性、局部屈曲进行了验算,在验算中综合考虑管道内压、介质温度、运行规律、交通、土壤作用、当地气象参数、地质情况。在土壤垂直荷载计算中考虑了卸荷拱的作用,使得直埋热水管道的取用壁厚较为经济,同时保证了其使用寿命和安全运行。

无论小管径还是大管径直埋热水管道在设计时不但要进行强度计算,而且随着管径的增大还应对其稳定性进行分析。有补偿安装方式采用的应力验算依据为弹性失效准则,将因荷载引起的应力和应

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第10期

煤气与热力

第26卷

作温度、压力等参数验算管道在不同埋深时的轴向压力、转角应力、管道稳定性、摩擦力、过渡段长度、分支点位移量等计算参数,分别按照安装、运行、检修等运行条件核算关键部位的技术参数。本工程综合考虑了管网走向、分支位置、交叉管线等具体条件,针对不同的情况采取了相应的处理措施。

场实际条件进行设计计算。既要保证管网安全可靠运行,又要降低工程造价。

②　管子、管件质量特别是施工质量必须符合有关规范和设计要求,才能避免管网运行时出现安全事故。

③　不断总结设计和施工经验,为编制大管径直埋热水管道的设计、施工规范提供可靠依据。参考文献:

[1]　徐宝平,孙树林.供热管道直埋敷设技术的探讨[J].

应用分析5　

以北干线为例,公称管径为1000mm至600

mm一段长度约9km。除局部穿越铁路和排水方渠处采用顶管施工外全部采用无补偿冷安装。如果此段工程采用有补偿安装方式,约需要设置200台补偿器及120座固定支座。当采用无补偿冷安装方式时,仅在特殊点采用了约20台补偿器。无补偿冷安装方式相对有补偿安装方式节省了大量补偿器,降低了施工难度,缩短了工期,也大大减少了供热运行维护工作量。

6　对大管径直埋热水管道设计施工的建议

煤气与热力,1999,19(2):61-.

[2]　肖锡发.直埋供热管道竖向转角段设计问题的探讨

[J].煤气与热力,2001,21(2):107-110.

[3]　马志发,赵志清.大管径供热管道的预应力直埋敷设

[J].煤气与热力,2002,22(2):188-190.

[4]　王淮,吕国良,戴东辉.供热管道无补偿直埋敷设预热方法的探讨[J].煤气与热力,2002,22(3):232-234.

[5]　何聪,赵玉军,李祥瑞.无补偿预热直埋敷设方式的探哈尔滨市道里区集中供热工程采用无补偿冷安装方式,在同一年中设计、施工、供热,热网运行良好。由此可见,大管径直埋热水管道无补偿冷安装方式可行。因此,只要满足强度和稳定性条件,应优先采用无补偿冷安装方式。虽然大管径直埋热水管道无补偿冷安装方式具有节省工程造价、安装简单、施工期短等优点,但至今还没有针对这种工程的设计规范。建议在大管径直埋热水管道敷设工程中应注意以下3点:

①　设计单位必须综合考虑各种因素,结合现

讨[J].煤气与热力,2002,22(5):452-454.

[6]　CJJ/T81—98,城镇直埋供热管道工程技术规程[S].[7]　(丹麦)兰德劳夫皮(著),贺平,王钢(译).区域供热

手册[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,1998.作者简介:陈鸣(1955-　),　男,　北京人,　高级工

程师,　大学,　从事城市供热设计和研究工作。

电话:(010)66084805

E-mail:chming@gasheat.com.cn

收稿日期:2006-05-31

・工程信息・

河南省邓州市城市供气工程简介

该项目建设规模为供液化石油气20000t/a,主要建设储配站及输配管网、2座汽车加气站。

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工程造价:5100×10元。建设单位:邓州市燃料公司。

建周期:2006年12月—2007年11月。进展阶段:立项。

(本刊通讯员　供稿)

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