供热管网敷设技术交流.ppt

供热管网敷设技术交流 序章概述第一章直埋供热管道设计流程详解第二章供热管网第三章直埋供热管网典型工程案例分析第四章供热管网敷设方式的优缺点比较 序章概述 概述 改革开发以来 我国的经济高速发展取得了举世公认的成就 为解决经济高速发展所带来的能源安全及环境保护问题 我国在能源政策上提出了 节约与开发并重 的方针 并采取了一系列措施 国家和地方政府对日益增长的建筑物耗能问题高度重视 在供热系统的热源供应方面 积极推广 热电联产集中供热 在热网输送环节 推广热水直埋埋管道敷设 建造节能建筑 从而实现供热系统节能降耗的目标 自上世纪80年代初开始制造应用聚氨酯保温管 外护高密度聚乙烯 伴随着我国经济持续高速发展和大规模城市建设 促进了我国城市供热事业的迅猛发展 预制直埋保温热水管道的敷设技术迅速在国内广泛推广和应用 技术水平 产品质量迅速提高 概述 目前在我国东北地区 华北地区 西北地区以及山东 河南等省市的地市级以上城市均实现了集中供热 城市热化率超过了60 北京 天津等大城市的集中供热普及率达到了80 以上 其热水网基本上全部采用直埋管道 集中供热的实施 改善了大气环境和人民群众的生活品质 因此深得民心 随着集中供热的普及 供热系统安全性问题也愈来愈受到各级政府的高度重视 因此热网建设所涉及的各个方面都要引起重视 特别是设计质量问题 众所周知 任何工程的建设都离不开工程设计 工程设计质量的优劣是工程成败的关键所在 因此 设计单位必须在源头严把质量关 在设计过程中应始终坚持的原则 并为用户提供 经济合理 技术先进 安全可靠 的设计产品 确保工程建设顺利实施和安全运行 先进 合理 经济 安全 概述 在此 结合我院30多年来在全国不同地区 不同城市有关聚氨酯预制直埋保温管道的设计 施工安装的一些方法以及工程实践中遇到的问题和解决方法与在座的领导 专家 学者和工程技术人员进行交流和探讨 第一章直埋供热管道设计流程详解 直埋供热管道设计流程详解 热网工程设计主要包括可行性研究 初步设计和施工图设计阶段三个阶段 前两个阶段只介绍管道敷设线路的选择方法 其他内容在此不展开论述 重点讨论施工图设计阶段的问题 常用设计规范 城镇热力网设计规范 CJJ34 2010 城镇直埋供热管道工程技术规程 CJJ 81 城镇供热直埋蒸汽管道技术规程 CJJ104 2005 城镇供热管网工程施工及验收规范 CJJ28 2004 工业金属管道工程施工及验收规范 GB50235 2010 工业金属管道设计规范 GB50316 2008 高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管及管路附件 GB T29017 1012 原CJ T114 2000 CJ T115 2001于2013 9 1废止 直埋供热管道设计流程详解 工业设备及管道绝热工程设计规范 GB50246 97 工业设备及管道绝热工程施工规范 GB50126 2008 现场设备 工业管道焊接工程施工及验收规范 GB50236 98 1 1直埋供热管道敷设路线的选择方法 可行性研究阶段 一般在工程设计的前期阶段 设计院的工程师首先深入现场进行调研 通过对现场实地踏勘和调研 明确工程是否适宜采用直埋敷设方式 以及哪些路段时宜采用直埋敷设技术 对可实施直埋敷设的管道 提出初步意见包括热网敷设 管线路由 走向 在实施过程中可能遇到的问题和采取的技术措施 热网布置初选方案应报请当地规划局预审 征得同意后 再进行技术方案论证 直埋供热管道设计流程详解 热力管线布置方案原则 根据热源位置 城市道路现状及规划图 热负荷分布 小区热力站位置 管网位置与道路交通 园林绿地 各种地下管线及建构筑物的关系等 综合考虑 力求管网布置在人行道或慢车道下 减少对城市主干道 园林绿地的破坏 便于维护检修 尽量减少对城市道路尤其是主要干道的穿越 穿越铁路 高速公路 河道时应征等相关部门的同意 初步设计阶段 对热网系统进行详细论证 提出热力管道敷设的具体方位 确定管径 敷设方式和安装方法 编制设备材料的技术规范书 列出主要设备材料清单 为施工图做好准备 初步设计文件一般由设计说明书 设计图纸并 设备材料清册和工程投资概算书四部分组成 初步设计文件应报请上级主管部门批准 管网敷设路线图报请当地规划部门审查批准 直埋供热管道设计流程详解 地形测量图 地质勘察报告和地下管线物探图 按照规划局批复的管线敷设的方位 走向等具体批复意见 在开展施工图设计前 工程设计人员必须掌握详尽的基础资料和管网走向的地形图 地质勘测报告以及地下管线物探报告 设计单位提出对勘察 测量及地下管线进行物探的具体要求 勘察设计单位按照规划局批准的管道敷设方位并依照设计单位提出对勘测的技术要求 进行地形图的勘察 测量工作 并及时提供地勘报告和地形测量图 比例1 500 或1 1000 物探单位提供热力管线沿线及穿跨越区域内的各种地下管线物探图 对于在城市规划道路上敷设的管道 应由当地规划局提供规划道路的管线综合图 对特殊节点重点进行详勘和测量 如主要道路路口 穿跨越铁路 河流 高速公路等 直埋供热管道设计流程详解 地形测量图 地质勘察报告和地下管线物探图 按照规划局批复的管线敷设的方位 走向等具体批复意见 在开展施工图设计前 工程设计人员必须掌握详尽的基础资料和管网走向的地形图 地质勘测报告以及地下管线物探报告 设计单位提出对勘察 测量及地下管线进行物探的具体要求 勘察设计单位按照规划局批准的管道敷设方位并依照设计单位提出对勘测的技术要求 进行地形图的勘察 测量工作 并及时提供地勘报告和地形测量图 比例1 500 或1 1000 物探单位提供热力管线沿线及穿跨越区域内的各种地下管线物探图 对于在城市规划道路上敷设的管道 应由当地规划局提供规划道路的管线综合图 对特殊节点重点进行详勘和测量 如主要道路路口 穿跨越铁路 河流 高速公路等 直埋供热管道设计流程详解 1 2施工图设计 热网设计施工图设计任务施工图设计任务是根据上级主管部门批准的初步设计文件 或技术文件 规划部门批准的热力管道敷设路由及主要设备的技术参数进行施工图设计包括设计计算 图纸绘制 主要设备材料清册 设计施工说明等 并据以指导施工 施工图设计流程详解1 施工图设计内部质量管理和控制每个设计单位都应对设计质量负责 并建立完善的内部管理控制程序程序 我院是按照ISO9000的管理程序执行 制定了一系列完整的质量控制 管理程序和操作方法 严把质量关 从设计 校核 审核 审定到盖章交付给用户等内部管理程序 直埋供热管道设计流程详解 2 施工图设计原则设计初始 依据已批准的初步设计所确定的管径和管网走向布置图 并根据定测量图和地质勘察报告 管线综合图以及现状道路的地下管线物探图等设计所需要的技术条件 设计工程师经过对资料认真分析研究 按照设计规范的要求 通过采取一定的技术措施 对热网系统中所应用的管道及其附件 在给定的设计条件下 都能满足相应规范和标准的强度和稳定性要求 以确保热网管道系统在设计使用寿命期内始终处于安全状态 设计原则就是经济合理 安全第一 3 施工图设计中采用的技术措施 1 对照管线走向的地形勘测图 或规划道路图 进行现场踏勘 对照勘测图在现场查找各种地下设施 如物探图不准确 还需要通过对现有井室的再次测量 确定其他市政管线的管径 走向和埋深等 直埋供热管道设计流程详解 2 对于规划道路和管线综合图 我们需要认真分析研究 查看所给定的热力管线位置与其他管线的间距 交叉管线之间的间距 是否符合规范要求 这就需要热力管道设计人员及时与主管的规划部门进行沟通 提出对综合管线重新进行修改的合理化建议 3 根据地形和地下管线的情况 三通出口位置情况 通过管道纵断面图设计 合理调整管道敷设深度以及坡度和变坡度位置标明坐标 桩号 和标高 合理穿 跨越障碍物 避免局部造成碰撞而采取不当措施 避免局部绕行和小曲率半径弯头对接处理措施 减少事故隐患点 4 运行维护检修所需要设置必要的井室 5 充分利用道路的特点 尽量利用自然补偿 合理设置补偿弯头的曲率半径 6 合理设置固定墩和补偿器 尽量减少补偿器的设置 特别是波纹补偿器的使用要慎重 应确保直埋式补偿器真正达到内外密封的要求 即确保直埋保温管的外包护套管与补偿器外保护套管的连接处 不能因补偿器的变形而遭到破坏 直埋供热管道设计流程详解 7 根据热网的设计参数 确定应力水平 可有选择的采取不用的安装方式 如冷安装和预热安装方式 是否具备冷安装无补偿直埋条件 是否具备敞槽预热条件 不能采取敞槽预热而覆土预热时 对一次性补偿器设置的位置选择和一次性补偿器的受力分析 强调制造商所提供的一次性补偿器的加强挡板设置应能承受最大 压应力 往往由于制造商对一次性补偿器受力分析不清楚 其结构形式与常规补偿器结构形式在承受抗拉 压应力上有很大差异 一次性补偿在工程实践中遭到破坏的例子屡见不鲜 给供热企业造成了不良的社会影响 8 为减少三通 变径管 阀门应力水平过大 减少弯头处因热胀冷缩变形过大对保温层和弯头处外保护套管可能造成的破坏 应采取必要的保护措施 直埋供热管道设计流程详解 4 根据管道布置 绘制计算简图 施工图设计流程如下图所示 直埋供热管道设计流程详解 第二章供热管网 输送距离长分支节点多附件设备多热水管网发生事故时允许有停供抢修时间一般管网事故抢修时间不超过12小时 大型管网事故抢修时间不超过24小时 供热管网特点 低支架 H 0 3 1 0m 中支架H 2 0 4 5m 高支架H 4 5m 地上敷设 供热管网敷设形式 通行 半通行 不通行 地沟敷设 供热管网敷设形式 冷安装 敞槽预热安装 覆土预热安装 无补偿 有补偿 直埋敷设 供热管网敷设形式 选择原则 城镇街道上和居住区内的管网宜采用地下敷设 地下敷设困难时 可采用地上敷设 但应注意美观 厂区热力网管道 宜采用地上敷设 热水管道地下敷设时 优先采用直埋敷设 管沟敷设首选不通行管沟敷设 穿越不允许开挖检修的地段时 采用通行管沟敷设 通行管沟困难时 采用半通行管沟敷设 蒸汽直埋敷设应采用保温良好 防水可靠 耐腐蚀的预制保温管 设计寿命不低于25年 直埋敷设与地沟敷设经济技术比较 供热管网敷设形式 地上敷设管道与建 构 筑物或其它管线距离 供热管网敷设形式 地下敷设热网与建 构 筑物或其它管线距离 供热管网敷设形式 地下敷设热网与建 构 筑物或其它管线距离 供热管网敷设形式 直埋敷设热力网管道最小覆土深度 直埋敷设管道最小覆土深度应考虑土壤和地面活荷载对管道强度的影响并保证管道不发生纵向失稳 具体规定应按 城镇直埋供热管道工程技术规程 CJJ T81规定执行 供热管网敷设形式 管材 无缝钢管 电弧焊或高频焊焊接钢管 管道和钢材的规格及质量应符合国家相关标准 连接方式 焊接 法兰连接和螺纹连接 热网连接应采用焊接 管道与设备 阀门等连接也应采用焊接 需拆卸时 采用法兰连接 DN 25mm的放气阀 可采用螺纹连接 连接放气阀的管道应采用厚壁管 供热管道材质 弯头 三通 法兰 变径管 弯头 三通 法兰 变径管均选用标准件 弯头的壁厚应不小于管道壁厚 焊接弯头应双面焊接 变径管制作应采用压制或钢板卷制 壁厚不小于管道壁厚 钢管焊制三通 支管开孔应进行补强 对于承受干管轴向荷载较大的直埋敷设管道 应考虑三通干管的轴向补强 其技术要求按 城镇直埋供热管道工程技术规程 CJJ T81规定执行 供热管网材质 弯头 异径管 三通 法兰 阀门及放气 放水装置等 供热管道材质 1 设备及管道绝热技术通则 GB T4272 3 工业设备及管道绝热工程设计规范 GB 50264 2 设备和管道绝热设计导则 GB T8175 保温目的 减少热损失 节能运行人员安全保证用户用热需求 执行标准 供热管网敷设形式 保温材料选用原则 工作温度下的导热系数不大于0 08W m K 有随温度变化的导热系数方程式或图表 松散或可压缩的保温材料应有使用密度下的导热系数方程式或图表 硬质预制成型制品抗压强度不应小于0 3MPa 半硬质的保温材料压缩10 时的抗压强度不应小于0 2MPa 3 密度不应大于300kg m3 其它 吸水率低 对环境人体危害小 对管道无腐蚀 供热管网敷设形式 直埋敷设热水管道 采用钢管 保温层 外护管结合成一体的预制管 符合 高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管 CJ T114和 玻璃纤维增强塑料外护层聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管 CJ T129的规定 聚乙烯 供热管网敷设形式 阀门 管道干线 支干线 支线的起点安装关断阀门 热水网干线设分段阀门 输送干线2 3km 输配干线1 1 5km 热源 用户 2km 热源 用户 用户 输送干线 输配干线 热源间的连通干线 环网分段阀应采用双向密封阀门 压力 1 6MPa 且直径 500mm的闸阀应安装旁通阀 直径按阀门直径十分之一选用 直径 500mm的阀门 宜采用电动驱动装置 2km 供热管道安装 放气 疏放水装置 热水 凝结水管道高点安装放气装置 低点安装放水装置 蒸汽管低点设启动疏水和经常疏水装置 热水管道放水时间 疏放水小室 供热管道安装 检查室 净空高度不小于1 8m 通道宽度不小于0 6m 保温结构表面与检查室地面距离不小于0 6m 人孔直径不小于0 7m 不少于2个 对角布置 人孔避开检查室内设备 净空面积小于4m2时 可设1个人孔 至少设1个集水坑 置于人孔下方 检查室地面应低于管沟内底不小于0 3m 爬梯高度大于4m时应设护拦或在爬梯中间设平台 供热管道安装 第三章直埋供热管网典型工程案例分析 直埋供热管网典型工程案例分析 山东某沿海城市热网工程 最大管径DN1000 最远供热距离15km 设计压力1 5MPa 设计供回水温度130 70 2 计算参数 钢材 Q235B弹性模量E 20 0 1010Pa线膨胀系数 12 2 10 6m m 管材基本许用应力 125MPa泊松系数 0 3计算压力Ps 1 6MPa管道循环最高温度T1 130 管道循环最低温度T2 10 安装温度T0 10 管顶覆土深度H 1 5m土壤密度 1800kg m3土壤最大摩擦系数 max 0 4土壤最小摩擦系数 min 0 2管道规格DN1000 1020 14DC 1160 15 0 1 工程案例 直埋供热管网典型工程案例分析 3 设计流程按照管网布置情况绘制计算简图 依据据现场调研情况 确定管网敷设方式和施工安装方法 并按照设计流程分别进行设计3 1直管的设计方法直管壁厚的选择计算 1 根据 本规程 进行直管道的壁厚 计算 按下式 通过程序进行计算 计算结果 列表显示 各种管径的外径和计算壁厚的选择计算 经校核 审核人员审核通过后 存入数据库 作为管径壁厚选择的初步依据 也可从数据库中调取其他工程设计人员在其他工程中的的计算数据作为参考 直埋供热管网典型工程案例分析 表3 1管道壁厚计算表 3 2直管的强度和稳定性计算根据 城镇直埋管道设计规程 进行物补偿管段整体稳定性验算 1 防止循环塑性破坏无补偿管段存在的条件对于无补偿管段 轴向压应力的变化范围为 允许无补偿管段存在的应力强度条件 直埋供热管网典型工程案例分析 相应地 允许无补偿管段存在的循环温差强度条件为 式中 T1 T2 max 无补偿管段存在的最大允许循环温差 根据计算DN1000管道 壁厚12mm 壁厚不减薄的情况下 实际循环最大温升120 小于允许最大温升 T1 T2 max 133 无补偿管段满足安定性强度条件 允许无补偿管段存在 即可以对长直管段采用无补偿冷安装的设计方法 对滑动段长度不加任何限制 2 防止局部屈曲的条件为防止管道局部屈曲引起管道失稳 对管网系统造成破坏 需要对大口径薄壁管进行局部屈曲验算 可参照 区域供热预制直保温管道系统的设计与安装 管道壁厚缺陷 尤其是我国的钢管厂大多采用负偏差供货的较多 加上大口径的椭圆度问题以及安装对口的偏差 实际计算值比EN253 2009计算壁厚小2 3mm 我们也是在工程实践中不断摸索 直埋供热管网典型工程案例分析 钢管的径厚比 可以取至 40 1 在这种情况下 DN1000满足局部屈曲的壁厚为14mm DN900满足局部屈曲的壁厚为12mm 在应用无不偿冷安装进行直埋管道设计计算时 还要求必须满足以下条件 1 锚固段中的所有管件 如三通和阀门 必须设计的以承受高的轴向应力 2 管段施工必须采用相同的钢材材质和公称壁厚 3 施工中绝不能出现薄弱部位 诸如小角度折角和在直线及角度上的焊接定位偏差 4 必须采取措施限制弯头处因增大的变形而产生的应力 当管道截面内有缺陷时 如由于安装定位偏差或类似的原因造成环状焊缝的焊缝厚度不足 尺寸和壁厚的局部减小 如不加强的三通 应当适当增加管道壁厚 或采取其它措施 为防止局部屈曲 可参照如下公式进行设计计算 直埋供热管网典型工程案例分析 当时 当时 综上所述 本工程的取用壁厚如下 DN1000取用壁厚为14mm DN900取用壁厚为12mm 3 3管道竖向稳定性验算避免整体失稳的垂直荷载Q应满足下式 式中 Q 作用在管道上单位长度的垂直分布荷载 N m s 安全系数 s 1 1 Nz 运行工况下的管道最大轴向压力 N I 管道截面的惯性矩 m4 f0 初始扰度 m 直埋供热管网典型工程案例分析 由于小口径管道一般敷设较浅 自重轻 因此在管网设计中对小管道的整体失稳应更加注意 无补偿冷安装时 通过增加埋深的方法解决整体失稳问题 大口径管道可以采用预应力方法和降低无补偿管段 锚固段 的最大轴向压力 以避免整体失稳问题 经过计算 DN1000预制直埋保温管道敷设深度1 5m时就满足抗垂直失稳的要求 3 4弯管的强度和稳定性计算 1 弯头的强度计算弯头的破坏是峰值应力产生的疲劳破坏 弯头处总应力的变化幅度及其强度条件可表示为 直埋供热管网典型工程案例分析 通过计算R 4D时 DN1000 16mm j 292MPa 375MPa 满足冷安装强度计算 以上公式为简化计算公式 对于大管径进行冷安装时应综合考虑整体结构的受力是否满足要求 弯管处热位移如不加控制 变形量巨大 保温管整体结构将不满足强度要求 当所用弯头的补偿能力不能满足弯臂一侧或两侧热胀变形的要求时 将会采取措施限制弯臂的热胀变形向弯头的转移 这些措施包括 在弯臂上设置固定墩 限制弯臂的热胀变形过多地向弯头转移 大管径所受轴向力巨大 土建固定墩庞大 难以实施 因此在固定墩一侧常设置补偿器以减小固定墩所受的推力 或采用预热安装方式 减少弯管的位移 以确保疲劳寿命 在弯臂上增设补偿弯管 如Z型或U型补偿弯管 利用驻点代替固定墩的作用 直埋供热管网典型工程案例分析 2 水平转角管段长度在温度变化过程中 只有过渡段长度范围内管道的热胀冷缩变形对弯头的弯曲有影响 当摩擦阻力最小时 形成了最大摩擦长度 同时向弯头转移的热胀冷缩变形较大 弯头的弯曲变形最大 因此 摩擦阻力最小的工况是弯头强度计算的设计工况 弯管的最大过渡段 摩擦 长度可按下式计算 3 对最大安装弯臂长度的要求当L等于最大允许臂长Lmaxb时 弯头处弯矩和应力变化达到最大值 即使弯管的弯臂长度再增加 弯矩和应力变化也不会再增加 若此时满足弯头的强度验算条件 说明任意弯臂长度的弯管管段都能满足强度条件 或者说 对最大安装弯臂长度没有任何限制 否则 根据强度验算条件 必须对弯臂长度加以限制 当弯臂长度相等时 存在一满足强度条件的最大弯臂长度 可按下式计算 直埋供热管网典型工程案例分析 当采用驻点代替固定墩时 两个弯头的距离不应大于两倍的最大弯臂长度 弯管壁厚不允许小预制管壁厚 弯管壁厚按 金属管道设计规范 确定 直埋供热管网典型工程案例分析 在管道敷设中推行采用曲管 唯一的缺点是必须提前订购预制弯管 但使用曲管具有诸多优点 管道布置可按更自然的方式沿街道或地形进行 因此 减少了管线的长度 可以避免使用小角度折角 L和Z型弯管 温度变化引起疲劳的危险点个数减少 从而提高了管网使用寿命 3 5折角 变径 三通的设计方法 1 折角直埋管道在定线和施工过程中不可避免的要出现折角 现行规范对无补偿安装的折角均有明确规定 出现折角时 须采取保护措施 应控制折角的疲劳强度在允许范围内 如在规定许可的长度范围内 设补偿器 固定墩等措施 也可采用预热安装 直埋供热管网典型工程案例分析 2 异径管当温度变化不大于变径管最大允许温差时 变径管满足疲劳寿命的要求 可以不采取保护措施 变径管一般控制在两级以内 否则需要采用在异径管大口径处增设固定墩 补偿器等措施 3 三通分支按 工业金属管道设计规范 和 火力发电厂汽水管道技术规定 按等面积法进行三通壁厚和补强计算 并根据疲劳分析验算三通强度 在实际设计过程中 根据三通分支的位置和位移等情况 进行疲劳验算 确定是否采用固定墩 补偿器等安全措施 3 6固定墩推力固定墩通常承受两侧管道的作用力 固定墩的合成推力 作为固定墩结构设计的依据 应是两侧管道单侧推力的代数和 由于摩擦阻力的不断变化 以及两侧管道在变化的摩擦阻力工况中所处的状态不同 两侧管道单侧推力不一定与摩擦阻力成比例变化 直埋供热管网典型工程案例分析 因而 难以明确地看出 最不利的工况 即两侧作用力的代数和为最大的工况 出现在哪一次管道循环运行次数上 亦即在摩擦阻力为哪一个F 由Fmax至Fmin 的工况上 因此 必须对每次循环的工况计算两侧管道的代数和 然后才能确定出在哪一状况下其合成推力为最大的设计值 另外 在计算设计合成推力时 还应考虑在单侧推力较小的一侧乘以不均匀抵消系数 对于处在滑动段的固定墩 摩擦阻力和位移产生的反作用力乘以0 8 对于处在锚固段的固定墩 热胀变形不能释放而产生的作用力乘以0 9 可按照 直埋热水管道设计规程 附录E 进行计算 直埋供热管网典型工程案例分析 图1图2图1 1 l1 l2 LmaxH 0 1Na 2 l1 Lmax l2H Na 0 8 Fmin l2 Ff2 3 Lmax l1 l2 LminH Na 0 8Ff2 4 Lmax l1 Lmin l2H Na Fmax l2 0 8Ff2 5 Lmin l1 l2H Fmax l1 0 8l2 Ff1 0 8Ff2 Fmax l1 Ff1 0 8 Fmax l2 Ff2 图2 1 l1 Lmax l2 lt maxH 0 1Na 2 l1 Lmax lt max l2H Na 0 8 Fmin l2 N2 Pd A0 3 l2 lt max Fmax l1H Na 0 8 Fmin l1 Ff1 4 Lmax l1 Lmin lt max l2 lt max当l1 l2时H Na 0 8N2 Pd A0当l2 l1时H Na 0 8Ff1 5 Lmax l1 Lmin lt min l2H Na Fmax l2 0 8N2 Pd A0 6 lt max l2 lt min Lmin l1H Na Fmax l1 0 8Ff1 7 Lmin l1 lt min l2当Fmax l1 Ff1 Fmax l2 N2 Pd A0时H Fmax l1 Ff1 Ff1 0 8 Fmax l2 N2 Pd A0当Fmax l1 Ff1 Fmax l2 N2 Pd A0时H Fmax l2 N2 0 8 Fmax l1 Ff1 Pd A0 直埋供热管网典型工程案例分析 图3图4l lt minH Na 0 8Ffl LminH Na 0 8Ffl lt minH Fmax l N 0 8Ff Pd A0l LminH Fmax l Ff2 0 8Ff1 图5图6l LminH Nal LminH Na Pd A0l LminH Fmax l Nl LminH Fmax l Ff Pd A0注 1lt max lt min为转角管段的过渡段最大长度和过渡段最小长度 lt max可由式 C1 1 1 1 求出 lt min亦可由式 C1 1 1 1 求出 但式中Fmin应改为Fmax 2 为按 曲线将横坐标改为 查出的 值 3 为按 曲线将横坐标改为 查出的 值 4 为按 曲线将横坐标改为l2 lt min查出的 值 5A0为管道流通面积 直埋供热管网典型工程案例分析 4 管道最大允许温差 T1 T2 max 见规程P11 DN1200管道 外径1020mm 壁厚为14mm时 其最大允许温升 t 环向拉应力 t 56 7MPa 见规程P10 T1 T2 max 137 4 T1 T2 130 10 120 T1 T2 max满足安定性强度条件 故热网中允许无补偿管段出现 5 管道单长摩擦力最大摩擦力Fmax 53190N mFmin 26595N m 直埋供热管网典型工程案例分析 6 整体失稳计算QQ 作用在管道上单位长度的垂直分布荷载N m垂直荷载Q包括下列三部分 Q Gw G 2SF其中Gw SF 式中 Gw 每米管长的土层重量 N m G 每米预制保温管重量 含介质及保温材料 N m SF 静土压力造成的剪切力 N m K0 土壤静压力系数 K0 1 sin 土壤的内摩擦角 取30 直埋供热管网典型工程案例分析 s 安全系数 取1 1 I 管道截面惯性矩 m4 I f0 初始挠度 m Nz 运行工况下的管道最大轴向压力 N Nz EA T1 T0 A A 钢管截面积A0 流通面积A 1 020 0 014 0 014 0 0442m2A0 Nz EA T1 T0 A 12 20 106N 直埋供热管网典型工程案例分析 I 0 0056m4 0 15mG 10951N mGw 28962N mSF 11228N mQ Gw G 2SF 28962 10951 2 11228 62369N m 故管线不会产生失稳 直埋供热管网典型工程案例分析 7 摩擦长度7 1补偿器形成的摩擦长度 4 13 式中 LF c 不同工况下 不同摩擦系数 补偿器形成的摩擦长度 m F 不同工况下 不同摩擦系数 的轴向摩擦阻力 N m Aj 补偿器的有效面积 m2 7 2弯头形成的摩擦长度 4 14 其中 直埋供热管网典型工程案例分析 8 主要节点施工图设计方案例题 长沙路穿越四流南路 4 21节点至3 25节点总长为505m 穿越方式见下图 1 补偿器形成的摩擦长度及单侧推力Fmax 53190N m 直埋供热管网典型工程案例分析 A补偿器膨胀量 用L 300m LLFmin c 计算C最小单侧推力 用L 300m L LFmax c 计算 2 弯头形成的摩擦长度及单侧推力 直埋供热管网典型工程案例分析 直埋供热管网典型工程案例分析 A最大单侧推力 用L 194 9m L LFmin b 计算B最小单侧推力 用L 200m L LFmax b 计算 3 固定墩合成推力固定墩合成推力为N1 1220 104 1172 104 48 104NN2 843 104 797 104 46 104N 直埋供热管网典型工程案例分析 4 4 21点弯头强度计算 钢管的横截面积 钢管的流通面积 钢管的惯性矩 最小摩擦力 内压环向应力 直埋供热管网典型工程案例分析 故弯头满足强度条件 第四章供热管网敷设方式优缺点比较 供热管网敷设方式优缺点比较 直埋敷设方式的简要介绍 直埋供热管道的敷设方式按照长直管道是否允许出现无补偿管段分为两大类 有补偿和无补偿敷设 无补偿敷设按照管道焊接温度又可分为冷安装和预应力安装 就满足安定性条件而论 有补偿可用于各种供热系统和敷设方式 而无补偿敷设是有条件的 即使采用预应力安装也是如此 从管段的应力变化范围分析 冷安装应力变化范围和预热安装相同 但冷安装管道的应力幅度约为预热安装的2倍 即直管段和弯头的温升轴向力约为预热安装的2倍 这就增大了直管段向管道附件包括弯头 折角等释放变形的能力 引起附件等承受较大峰值应力而破坏 理论上管道施工速度和工程造价看 冷安装减少了很多管道人为设置的补偿器和固定墩 施工方便 速度快 投资省 而预热安装次之 有补偿相对最差 而对于保温管道质量 钢管的椭圆度 壁厚以及焊接工艺 小角度而处理 管道附件的质量 阀门所能承受的拉压应力等 冷安装的质量要求更高 对于穿跨域遇到顶管 架空敷设是如何处理直埋与架空的关系 是保证系统安全运行所必须面对和要采取措施进行处理的 供热管网敷设方式优缺点比较 直埋敷设方式的简要介绍 预热安装的目的是 1 减小锚固段 无补偿管段 内力和应力水平 相应减小阀门 变径管的轴向力 2 减小管道应力和变形可能对预制保温弯头 三通 折角等的破坏 3 保证管道的应力水平较低 减小管道局部屈曲的危险 尤其是大口径管道通常DN800以上的管壁较薄 更容易出现局部失稳 4 预热安装可以减小固定墩的推力 5 管道应力变化范围预热安装与否无关 冷安装预预热安装时的应力变化相等 供热管网敷设方式优缺点比较 电预热 热水预热 热风预热的优缺点比较 目前国内直埋热水管道预热安装的方法主要有电预热 热水预热和热风预热这三种方法 电预热 利用钢管本身材料特性 钢管作为电阻 当通过电流时 产生热量 管道受热伸长达到设计值 所使用的设备主要有柴油发电机配有电控制设备 电预热的特点是温升时间可以控制 升温时间短 温升均匀 在不同的环境温度下均能达到设计要求 管道应力水平均均匀 达到预热温度后即可回填 施工周期短 适宜敞槽预热的安装方式 预热管段至少大于2倍的摩擦长度 预热管段较长 与风预热方式相比投资省 应力水平均匀 比热水预热的摩擦阻力小 预热时间周期短 投资省 其缺点难以实现覆土预热 受柴油发电设备电压 电流的限制 不能实现整体预热 只能分段预热 此外发电设备的噪音较大 供热管网敷设方式优缺点比较 热风预热 在预热段两端需要设置两台大小不能的风机 回风经过电或油加热装置进到送风机加压后进入待预热的钢管 通过关断另一端的应风机进行循环加热 设备复杂 需要设置临时风管于热水管道相连 虽然加热速度较快 温升较快 但由于管道距离较长 热风不能一次均匀加热管道 因此管道受力不均 热伸长量控制比较困难 一次费用较高 不适宜覆土预热安装 近年来已很少采用 热水预热 宜采用移动锅炉或主热源进行预热 预热段大于2倍的摩擦长度即可 可不受预热管道长度的限制 适宜老管网的改造升级 采用移动锅炉进行分段预热时 受热虽然均匀 但是由于水自重的原因 其摩擦力远高于电预热和热风预热 因此加热时间长 造价比电预热和风预热高 供热管网敷设方式优缺点比较 覆土预热时 一般采用热水预热 需要设置一次性补偿器 当敞槽预热受限时 需要边安装管道 边覆土 直至管槽全部回填后再进行预热 管道受土壤摩擦力的约束 不能释放全部应力 因此需要设置一次性补偿 来吸收管道预热时产生的热位移 1 预热安装并没有改变管段内的当量应力 只是用零应力温度重新分配管段内的拉 压应力 4 预热安装管系设计的理论是安定性分析理论 3 一次性补偿器结构中限位块是必不可少的 2 预热安装质量的唯一简单可靠的参数是 L L tm ta 供热管网敷设方式优缺点比较 现有管网采用一次性补偿器替代常规补偿器改造方案的几点说明和注意事项 对于高地下水位地区 尤其是沿海地区 土壤中盐分和氯离子浓度很高 而现有管网选择的直埋式补偿器 其材质为奥氏体不锈钢 如304 0Cr18Ni9 304L 0Cr19Ni10 316 0Cr17Ni12Mo2 316L 0Cr17Ni14Mo2 奥氏体不锈钢在非应力状态下 抵抗酸碱腐蚀的性能较好 但在应力状态和高氯离子浓度环境中极易发生应力腐蚀 造成补偿器爆管破裂事故 如果想使补偿器长期安全运行必需保证其工作环境条件不受氯离子等腐蚀 由于制造厂对直埋热水直埋保温管道的结构原理和运行原理不能正确掌握 加之受投标报价最低价中标等综合因素 其产品结构本身存在缺陷 即在运行工况下 补偿器与工作管接口处由于承受管道热胀冷缩的拉压应力 因此该接口处的外套管将发生断裂 进而在高水位潮湿高温环境条件下 聚氨酯将发生碳化而实效 使得波纹补偿器发生应力腐蚀 而改种腐蚀情况是无规律的 直接造成补偿器爆裂 破坏程度很高 由于波纹补偿器这一缺陷很难解决 除非采用外套具有补偿功能结构的补偿器 这种结构的补偿器由于造价较高 很少被采用 无论如何 补偿器本身都是一个薄弱点 从近年来的设计理念和安全运行的角度出发 有补偿直埋敷设逐渐被无补偿直埋敷设所代替 而无补偿又分为预热安装和冷安装两