摘要：探討了提高直埋蒸汽、熱水供熱管道安全性的途徑。對于直埋蒸汽供熱管道，應(yīng)通過合理布置固定支座，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)別對待；合理布置疏水裝置，避免水擊的出現(xiàn)。對于直埋熱水供熱管道，須對管道安定性、豎向穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性進(jìn)行驗算。
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
① 熱補(bǔ)償?shù)奶幚?/span>
《城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術(shù)規(guī)程》CJJ 104—2005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)計中，設(shè)計人員較為常用的方法是通過設(shè)置固定支座以達(dá)到人為劃分補(bǔ)償管段的目的，這其中就存在一個固定支座數(shù)量能否合理減少的問題。對于補(bǔ)償管段的劃分，多數(shù)情況下設(shè)計人員會受地形因素所限或為方便施工而參照直埋熱水管道布置形式，人為被動減少固定支座數(shù)量，依靠管道駐點來劃分補(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，其伸縮量及受力情況都會發(fā)生變化，這些變化會造成管道熱膨脹不均勻，引起駐點位置產(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/T 81—98規(guī)定，對于鋼制內(nèi)管、保溫層、保護(hù)外殼“三位一體”的預(yù)制直埋保溫?zé)崴艿溃v點可作為一個劃分管道補(bǔ)償管段的依據(jù)[2]。但該規(guī)范也指出，駐點漂移也是不可避免的，由它劃分的過渡段熱伸長量應(yīng)乘以1.2的系數(shù)[2]。由此可看出：駐點并不能作為管道計算的邊界條件，而將其列入輔助計算條件更為穩(wěn)妥。
由以上兩點筆者認(rèn)為，對于直埋蒸汽管道補(bǔ)償問題，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)別對待。通過合理設(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，還應(yīng)按照美國膨脹節(jié)制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)EJMA(2008版)的規(guī)定，每兩個固定支架之間只設(shè)一個補(bǔ)償器，強(qiáng)行通過固定支座來劃分補(bǔ)償管段。
② 水擊的避免
在蒸汽管道的設(shè)計中，對管道疏水的要求越來越嚴(yán)格，例如2006版《動力管道手冊》中直埋蒸汽管道疏水裝置的設(shè)置距離由1994版《動力管道手冊》中要求的順坡400～500m、逆坡200～300m，均減小到了150～200m，目的就是為了在管道運行中能更夠及時有效排出凝結(jié)水，防止水擊的出現(xiàn)。
設(shè)計中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范及手冊要求，確定合理的疏水點，正確選擇疏水裝置，以保證凝結(jié)水能夠及時有效地排出。疏水點除了設(shè)置在常規(guī)的管道最低點和管道垂直上翻點前外，還應(yīng)注意，對于有分段閥門的長距離輸配管道或分段運行的管道，疏水點應(yīng)該綜合考慮閥門關(guān)閉時的情況后設(shè)置，避免由于閥門關(guān)閉造成疏水裝置失效。另外，疏水點應(yīng)遠(yuǎn)離補(bǔ)償器、閥門等薄弱點，避免積水沖擊損壞補(bǔ)償器的波紋管。在計算選擇疏水裝置時，應(yīng)考慮到當(dāng)每年管網(wǎng)初次運行時，管道內(nèi)存有大量空氣和低溫凝結(jié)水，較低的入口壓力會使疏水閥超負(fù)荷運行，此時疏水閥的排水量要求比正常工作時的排水量更大，因此按選用倍率2～3倍來選擇疏水閥。
除了設(shè)計應(yīng)滿足要求外，運行單位是否正確操作也是水擊能否避免的關(guān)鍵。在管道初次送汽運行時，不可快速將閥門全開，務(wù)必要緩慢打開閥門，使管道慢慢升溫，才能保證凝結(jié)水不會大量涌出，使疏水器能夠及時有效地排除凝結(jié)水，以確保管網(wǎng)安全平穩(wěn)運行。
2 直埋熱水管道
直埋熱水管道比蒸汽管道應(yīng)力水平低，對循環(huán)溫差及管徑較小的長直管段，在管道安定性分析下的強(qiáng)度驗算及豎向穩(wěn)定性驗算滿足要求時，允許無補(bǔ)償管段出現(xiàn)，可采用無補(bǔ)償冷安裝方式敷設(shè)。
無補(bǔ)償冷安裝的敷設(shè)方式雖然降低了工程造價，方便了施工，但是由于無補(bǔ)償裝置用以釋放二次應(yīng)力，管道在運行過程中一直處在一個較高的應(yīng)力水平下，這就要求設(shè)計人員在計算時要更加謹(jǐn)慎。尤其是對于大管徑管道，當(dāng)常規(guī)壁厚的鋼管直徑超過700mm時，會因橢圓效應(yīng)產(chǎn)生橢圓變形，使得力學(xué)計算復(fù)雜化。管道橢圓化變形主要與兩個因素有關(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輛等動荷載。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)計計算無補(bǔ)償冷安裝的直埋管道時，若管徑較大，不僅需要對管道的安定性和豎向穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，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，雖然管道熱伸長降低，管道的整體及局部穩(wěn)定性會有所提高，但由于管道運行溫差不變，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。
3 結(jié)論
① 對于直埋蒸汽管道，通過合理布置固定支座，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)別對待。水擊問題的解決，應(yīng)結(jié)合實際管網(wǎng)運行狀況合理選擇布置疏水裝置。
② 對于直埋熱水管道，尤其在大管徑的情況下進(jìn)行設(shè)計時，必須對管道安定性、豎向穩(wěn)定性及局部穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，確保管道安全。
參考文獻(xiàn)：
[1] CJJ 104—2005，城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術(shù)規(guī)程[S]
[2] CJJ/T 81—98，城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程[S].
(本文作者：陳海燕1 張皓皓2 顏燕3 1.洛陽熱力有限公司 河南洛陽 471000；2.建業(yè)住宅集團(tuán)(中國)有限公司 河南鄭州 450000；3.河南省建筑設(shè)計研究院有限公司 河南鄭州 450000)
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