宋程程 趙貴峰

摘要：在供熱管道的設(shè)計(jì)中，管道的受力分析和計(jì)算是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是管道工程設(shè)計(jì)的基 礎(chǔ)，也是供熱系統(tǒng)高效、經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行的重要保障。因此，要確保熱網(wǎng)管道在運(yùn)行過(guò)程中的安全性，必須采用 科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)供熱管道進(jìn)行受力分析與計(jì)算，以便確保供熱管道高效、安全、可靠地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)管道；受力分析

1供熱管道受力分析概述

供熱壓力管道設(shè)計(jì)包括配管、管道材料和管道受力三個(gè)重要方面，其中最為關(guān)鍵的是管道受力，它跟管道自身和與其相連的設(shè)備、土建結(jié)構(gòu)的安全有著直接的關(guān)系，因此做好供熱管道的管道受力分析成為重中之重，在管道設(shè)計(jì)中也成為至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。管道受力分析與計(jì)算是管道工程設(shè)計(jì)的前提基礎(chǔ)，它一定程度上決定這供熱 系統(tǒng)能否正常、安全的運(yùn)行。但是在目前的管網(wǎng)運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些爆管、管道開(kāi)裂等問(wèn)題。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，熱網(wǎng)常見(jiàn)事故中管道破裂故障大約為 5%～24%，補(bǔ)償器損壞故障大約為4%～6%，閥門(mén)故障大約為 4.5%。這些故障的出現(xiàn)，有自然老化腐蝕的因素，也有認(rèn)為管理維護(hù)方面的原因，但很大一部分原因是因?yàn)閷?duì)管道的受力分析沒(méi)有做好，管道、補(bǔ)償器和閥門(mén)在設(shè)計(jì)過(guò)程中 受力計(jì)算不合理，或者沒(méi)有進(jìn)行受力分析與計(jì)算直接草率選擇型號(hào)造成的。

2室外供熱管網(wǎng)的敷設(shè)方式

室外供熱管網(wǎng)的敷設(shè)方式根據(jù)地理位置、周?chē)h(huán)境和地質(zhì)條件等因素，分為地上敷設(shè)、管溝敷設(shè)和直埋敷設(shè)三種。地上敷設(shè)根據(jù)架設(shè)的高度分為低、中、高三個(gè)層次；地下敷設(shè)又分為管溝敷設(shè)和直埋敷設(shè)兩種。敷設(shè)方式的不同，其受力分析和計(jì)算的方法也有一些區(qū)別。對(duì)于直埋管道敷設(shè)方式來(lái)說(shuō)，具有節(jié)約投資、占地少、施工周期短、熱損失小、使用壽命長(zhǎng)和維修小等優(yōu)點(diǎn)，大量使用在城市集中供熱管網(wǎng)中。但因?yàn)楣艿乐甭裼谕寥乐?，直埋管道的溫度受土壤影響?yīng)力遠(yuǎn)大于地溝或架空敷設(shè)的管道，故在直埋管網(wǎng)設(shè)計(jì)中必須采用應(yīng)力分析法計(jì)算受力影響。

3對(duì)管道進(jìn)行受力分析的作用

在供熱管道工程設(shè)計(jì)中，對(duì)管道進(jìn)行受力分析和計(jì)算，主要是為了清楚的掌握管道的強(qiáng)度、剛度等指標(biāo)，為管道的科學(xué)合理的布置、安裝和配置提供科學(xué)的參考依據(jù)。通過(guò)受力分析計(jì)算，為土建、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)所需的設(shè)計(jì)條件提供翔實(shí)準(zhǔn)確的參考依據(jù)。因此做好管道受力分析非常必要，其意義就在于計(jì)算管道因熱脹和冷縮，內(nèi)壓和外載作用所引起的力和應(yīng)力，對(duì)設(shè)計(jì)的管道安全和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行判斷。

3.1 保證運(yùn)行安全

當(dāng)出現(xiàn)管道布置不合理或者受力計(jì)算不正確時(shí)，會(huì)引起管道或支架破壞等一系列問(wèn)題，運(yùn)行過(guò)程中由于管道應(yīng)力而出現(xiàn)事故也時(shí)有發(fā)生，對(duì)整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)較大的安全隱患，嚴(yán)重的還會(huì)造成人員傷亡等重大事件。通過(guò)對(duì)供熱管網(wǎng)的受力分析與計(jì)算，保證管道的較好的柔性，為整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)和配備的裝置安全可靠、高效平穩(wěn)運(yùn)行提供寶貴的技術(shù)支持。

3.2減少人工成本

管道工程設(shè)計(jì)中的管道受力分析，是一項(xiàng)復(fù)雜而繁瑣的工作，涉及因素多，采用人工計(jì)算任務(wù)繁重?cái)?shù)據(jù)繁瑣，很容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。采用計(jì)算軟件進(jìn)行分析與計(jì)算，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、結(jié)果可靠。用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算對(duì)配管設(shè)計(jì)進(jìn)行輔助，不僅節(jié)省了設(shè)計(jì)上花費(fèi)的時(shí)間，也減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.3使工程投資更加高效

根據(jù)受力分析可以更加合理地布置管架，精確計(jì)算管架的個(gè)數(shù)和它的承重，減少不必要的土建投資成本；可以清楚了解補(bǔ)償器等管道配件的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)參數(shù)，避免選型過(guò)大造成浪費(fèi)或者選型過(guò)小達(dá)不到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，增加投資的合理性。

4供熱管道應(yīng)力計(jì)算

供熱管道應(yīng)力計(jì)算是通過(guò)對(duì)供熱管道的力矩、應(yīng)力以及由內(nèi)壓力、外部荷載和熱脹冷縮引起的力等指標(biāo)的計(jì)算，對(duì)管道的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行確定，并采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施，使設(shè)計(jì)的供熱管道不僅經(jīng)濟(jì)合理，運(yùn)行也能夠安全可靠。

4.1應(yīng)力分類(lèi)

管道承受內(nèi)壓力和持續(xù)外載產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為一次應(yīng)力，一次應(yīng)力一旦超過(guò)極限，管道極易發(fā)生無(wú)限塑性流動(dòng)導(dǎo)致管道爆裂或斷裂。因此，為了使管道不產(chǎn)生塑性流動(dòng)，必須對(duì)一次應(yīng)力進(jìn)行極限分析并合理控制；管道由于熱脹、冷縮位移作用產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為二次應(yīng)力，如果二次應(yīng)力超過(guò)了極限，管道就會(huì)產(chǎn)生有限的塑性變形，引起鋼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷，時(shí)間久了，塑性重復(fù)往返變形也會(huì)引起廣島損壞。

一是選定或校核鋼管壁厚；

二是確定活動(dòng)支座的最大允許間距；

三是分析固定支座受力情況，計(jì)算其受力大??；

四是計(jì)算管道的熱伸長(zhǎng)度，確定補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)尺寸和它的彈性力。

Δx=a（t1-t2）L

式中Δx管道的熱伸長(zhǎng)量a管道的線膨脹系數(shù)t1管壁最高溫度

t2管道安裝時(shí)的溫度L計(jì)算管段的長(zhǎng)度

5結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)我國(guó)的供熱管網(wǎng)技術(shù)不斷成熟，運(yùn)行質(zhì)量和水平不斷提升，但供熱管網(wǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工 程，只要有一處發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致與其相關(guān)聯(lián)管段都不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重的導(dǎo)致整個(gè)管網(wǎng)的正常運(yùn)行，造成一定經(jīng)濟(jì)損失。因此，只有加強(qiáng)對(duì)供熱管道的受力分析和研究，為供熱管道的正常運(yùn)行提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)管道敷設(shè)，才能為整個(gè)熱網(wǎng)的可靠安全運(yùn)行提供保障。今后要加強(qiáng)對(duì)供熱管道受力分析計(jì)算的研究和創(chuàng)新，不斷創(chuàng)新出更加科學(xué)、先進(jìn)的管道受力計(jì)算軟件來(lái)，提高其使用效果和價(jià)值，為供熱管網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展，作出更大的貢獻(xiàn)。

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