劉亞娟 張小燕

（西安市熱力總公司，陜西 西安 710016）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)地溝敷設(shè)的管道設(shè)計(jì)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前建設(shè)的要求。而蒸汽直埋供熱管道由于具有占地面積小、管網(wǎng)使用壽命長(zhǎng)、施工時(shí)間短等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而越來(lái)越成為當(dāng)前城市供熱的發(fā)展趨勢(shì)。因此，筆者認(rèn)為，在當(dāng)前城市建設(shè)的背景下，對(duì)蒸汽直埋供熱管道設(shè)計(jì)的研究這一課題進(jìn)行相關(guān)的探討具有非常重要的實(shí)際意義。

1 蒸汽直埋供熱管道的材料和保溫結(jié)構(gòu)

1.1 蒸汽直埋供熱管道的材料

1)工作管。蒸汽直埋供熱管道的工作管最好是選擇流體的輸送管道，具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)公稱通徑在300毫米或者以上時(shí)，可以選擇高頻的直焊縫管或者Q235A螺旋焊縫管，而當(dāng)公稱通徑為250毫米或者在250毫米以內(nèi)時(shí)，最好選擇20﹟鋼的無(wú)縫鋼管。工作管的焊接要采用對(duì)口焊接的技術(shù)，使用氬弧焊進(jìn)行打底，電弧進(jìn)行罩面，同時(shí)全部的焊縫要采用100%X光進(jìn)行探傷檢驗(yàn)。

2）外護(hù)管。外護(hù)管要選擇具有一定剛度、厚度以及強(qiáng)度的鋼管，并且要保證其能承受各種應(yīng)力和動(dòng)靜荷載，同時(shí)還要具有防水防腐以及連續(xù)密封的功能。外護(hù)管優(yōu)先采用高頻直焊縫管或者Q235B螺旋焊接鋼管。且外護(hù)管要采用搭接角焊的技術(shù)，并采用100%超聲波進(jìn)行探傷。

3）保溫材料。保溫材料應(yīng)該要滿足以下特征：導(dǎo)熱系數(shù)小、機(jī)械強(qiáng)度好、耐熱性能好、以及無(wú)腐蝕、不易燃等。

1.2 蒸汽直埋供熱管道的保溫結(jié)構(gòu)

保溫結(jié)構(gòu)一般包括工作管、外護(hù)管、有機(jī)保溫管、無(wú)機(jī)保溫管以及防腐層、內(nèi)滑動(dòng)層、或者真空保護(hù)層等等。根據(jù)材料的硬度不一樣可以分為“硬胎”和“軟胎”的材料。一般來(lái)說(shuō)，“硬胎”保溫的結(jié)構(gòu)主要是內(nèi)滑動(dòng)層，“軟胎”保溫的結(jié)構(gòu)主要是外滑動(dòng)層。

2 蒸汽直埋供熱管道的施工設(shè)計(jì)

蒸汽直埋供熱管道的施工是一個(gè)長(zhǎng)期、系統(tǒng)的工程，具體來(lái)說(shuō)，主要包括以下一些方面：

1）管道的安裝。不同方式的安裝對(duì)管道變形的釋放程度和變形的大小以及管道應(yīng)力水平的改變具有非常重要的影響。當(dāng)前管道的安裝主要有三種方式：（1）無(wú)補(bǔ)償冷安裝。無(wú)補(bǔ)償安裝處于兩個(gè)固定墩之間或者處于錨固狀態(tài)下的管道，其熱脹變形無(wú)法被補(bǔ)償裝置吸收。（2）有補(bǔ)償安裝。有補(bǔ)償安裝的熱脹變形可以被補(bǔ)償裝置吸收，其補(bǔ)償裝置是處于滑動(dòng)狀態(tài)下的管道。無(wú)補(bǔ)償冷安裝是當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)易的安裝模式，在強(qiáng)度條件適宜的前提下，應(yīng)該優(yōu)先選擇，而有補(bǔ)償安裝由于增加了補(bǔ)償裝置的投資以及增加了管網(wǎng)的事故，適合在局部管段使用。（3）預(yù)應(yīng)力安裝。預(yù)應(yīng)力安裝指的是通過(guò)一次性補(bǔ)償器采用的方式以及預(yù)熱的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)安裝。這種安裝方式實(shí)質(zhì)上改變了管道的安裝溫度，使其等于預(yù)熱的溫度，以使管道的應(yīng)力等于零，在管道的溫度回復(fù)到環(huán)境的溫度時(shí)，最終使管道產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力效果。

無(wú)補(bǔ)償安裝和有補(bǔ)償安裝圖如下（圖1）顯示。

2）管道的應(yīng)力計(jì)算。管道的應(yīng)力計(jì)算指的是一種先進(jìn)的應(yīng)力分類法。主要有三種，一次應(yīng)力，二次應(yīng)力與峰值應(yīng)力。一次應(yīng)力指的是由管道內(nèi)部以及持續(xù)的外壓所產(chǎn)生的應(yīng)力；二次應(yīng)力指的是由于管道受到約束，比如說(shuō)管道由于熱脹冷縮而變形所產(chǎn)生的一種應(yīng)力；峰值應(yīng)力指的是管道由于局部的熱應(yīng)力效應(yīng)或者局部結(jié)構(gòu)的不連續(xù)而產(chǎn)生的一種應(yīng)力。管道的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)該要滿足以下要求：一次應(yīng)力的量應(yīng)該要在計(jì)算溫度下鋼材的基本許用應(yīng)力之內(nèi)；二次應(yīng)力和一次應(yīng)力的量的變化范圍應(yīng)該在鋼材的基本許用應(yīng)力的3倍以內(nèi)；管道應(yīng)力集中部位的一次應(yīng)力、二次應(yīng)力以及峰值應(yīng)力的變化范圍應(yīng)該在鋼材的基本許用應(yīng)力的3倍以內(nèi)。

圖1 無(wú)補(bǔ)償和有補(bǔ)償安裝

3）固定墩的設(shè)計(jì)。管道對(duì)固定墩的推力主要有以下幾種：由于管道的熱脹冷縮而產(chǎn)生的作用力，由于管道的內(nèi)壓而產(chǎn)生的不平衡力，以及由于管道活動(dòng)端的位移而產(chǎn)生的作用力。在進(jìn)行固定端兩側(cè)管段的作用力合成時(shí)，要遵照以下的原則：當(dāng)兩側(cè)的管道在熱脹的作用力以及活動(dòng)端的作用力下合力相互抵消時(shí)，應(yīng)該要用荷載比較小的力乘上0.8的抵消系數(shù)；而如果兩側(cè)的管道都屬于錨固段，那么抵消系數(shù)的值為0.9；而當(dāng)由于兩側(cè)管段摩擦力的下降所造成的軸向力變化造成了差異時(shí)，則按最不利的狀況來(lái)進(jìn)行合成。同時(shí)，固定墩的結(jié)構(gòu)還應(yīng)該要進(jìn)行抗滑移驗(yàn)算、抗傾覆驗(yàn)算等穩(wěn)定性的計(jì)算。而當(dāng)前固定墩主要有以下六種常見的形式（圖2）：

圖2 蒸汽直埋固定墩的常用形式

4）管道的節(jié)點(diǎn)以及附件處理。管道的節(jié)點(diǎn)以及附件包括固定支座、補(bǔ)償器、疏水裝置、排潮管、閥門、彎頭以及井室等。在進(jìn)行管道的節(jié)點(diǎn)以及附件的處理時(shí)應(yīng)該要注意以下一些方面：固定支座可以采用內(nèi)固定型、外固定型以及內(nèi)外固定型，在進(jìn)行固定支座的操作時(shí)應(yīng)該要使用隔熱式的方式，保證和土壤接觸處的外護(hù)管的溫度在70攝氏度以上；采用外壓式的波紋補(bǔ)償器，并且將15%-20%的膨脹余量考慮進(jìn)去，而補(bǔ)償器的導(dǎo)流筒應(yīng)該要選擇3毫米以上的碳鋼，補(bǔ)償器的材料盡量要選擇高猛不銹鋼和超低碳的不銹鋼，以防止不銹鋼受氯離子的腐蝕；在蒸汽直埋管道的低點(diǎn)處，應(yīng)該要設(shè)置啟動(dòng)和運(yùn)行的疏水裝置，設(shè)置疏水總閥、疏水罐、疏水器、隔斷閥以及放水閥，同時(shí)疏水器應(yīng)該要選擇熱動(dòng)力式，而疏水的裝置應(yīng)該要在固定支座處設(shè)置；排潮管應(yīng)該在固定支座附近設(shè)置，并采取可靠的保溫防腐、防雨、防灌水以及防堵塞等措施；閥門最好是選擇焊接無(wú)盤根的閥門，并且采用遠(yuǎn)方操作的模式，對(duì)閥門做好相關(guān)的防水防腐措施，再對(duì)閥門的兩端外護(hù)的管道進(jìn)行硬連接；蒸汽直埋管道的彎頭也最好是選擇縱縫熱成型、加熱推制成型以及煨制成型的彎頭；而蒸汽直埋管道的井室應(yīng)該要采用鋼筋混凝土進(jìn)行澆注，并設(shè)置兩個(gè)井口，采用法蘭密封，同時(shí)采取相應(yīng)的防水措施。

圖3 蒸汽直埋供熱管道設(shè)計(jì)的整體流程圖

5）管道的驗(yàn)收。蒸汽直埋供熱管道的驗(yàn)收對(duì)蒸汽直埋供熱管道的整體設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。具體來(lái)說(shuō)，蒸汽直埋供熱管道工程的驗(yàn)收包括兩大方面：土建工程的驗(yàn)收和安裝工程的驗(yàn)收。土建工程的驗(yàn)收包括管溝挖掘面的尺寸、管溝的坡度與坡向以及回填土的夯實(shí)度與高度等；安裝工程的驗(yàn)收主要包括管道軸線的偏差、管道安裝的坡向與坡度、預(yù)制保溫管線的外套管的防腐層保護(hù)等等。

整體來(lái)說(shuō)，蒸汽直埋供熱管道設(shè)計(jì)圖如圖3顯示。

3 結(jié)語(yǔ)

由以上可以看到，蒸汽直埋供熱管道由于具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而越來(lái)越成為城市發(fā)展的需要。筆者認(rèn)為，針對(duì)當(dāng)前我國(guó)城市蒸汽直埋供熱管道發(fā)展的一些不足之處，需要相關(guān)的人員進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)研究和實(shí)踐，做好管道的安裝、管道的應(yīng)力計(jì)算、管道的節(jié)點(diǎn)以及附件處理和管道的驗(yàn)收等方面的工作，發(fā)展出最優(yōu)化的管道設(shè)計(jì)方案，最終實(shí)現(xiàn)我國(guó)蒸汽直埋供熱管道技術(shù)的進(jìn)一步成熟，推動(dòng)我國(guó)城市建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

［1］袁娜,單偉田.熱水管道直埋敷設(shè)的分析和設(shè)計(jì)[J].安防科技,2009(10).

［2］施燁輝,何平,卞曉琳.擬建隧道下穿熱力頂管的現(xiàn)狀評(píng)估[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào),2010(04).