无补偿敷设

无补偿敷设（精选4篇）

无补偿敷设 篇1

摘要：供热直埋热水管道无补偿敷设具有施工快、经济性好、无泄漏等优点, 日益受到国内供热管道设计方和施工方的青睐。无补偿直埋敷设主要基于安定性分析和弹性分析理论。目前国内设计中对无补偿直埋敷设的适用条件缺乏明了的分析。本文介绍了直埋管道无补偿敷设的研究现状, 利用弹性分析理论对某一小区的无补偿直埋敷设工程进行了详细的设计验算, 以供其他设计参考。

关键词：供热管道,无补偿直埋,应力

城镇供热管网的敷设方式主要有架空敷设、地沟敷设和直埋敷设。由于地沟敷设不影响地上路面和构建物, 敷设更加灵活可靠, 因此在供暖工程中曾经广泛应用。但是地沟敷设所需要的工程量较大, 投资较多, 而且需要设置较多的补偿器和固定支架, 因此规范中推荐采用直埋敷设[1]。目前国内供热工程中也已经普遍采用直埋敷设方式。

管道直埋敷设方式又分为无补偿和有补偿方式。一般情况下, 供热管道由于介质温度与安装温度存在较大温差, 管道安装后会伸长, 如果不做补偿措施, 一旦管道承受的应力超过许用应力, 有可能造成管道破裂等现象。但是在直埋敷设的情况下, 管道与土壤之间的摩擦力与管道热应力相抵消, 会约束管道热伸长, 因此给无补偿敷设带来可行性。

1 直埋管道无补偿敷设的研究现状

直埋管道的无补偿敷设主要基于两种理论:安定性分析理论和弹性分析理论。安定性分析理论认为, 热力管道的内压和外载荷是非自限性的, 而温差引起的热应力是自限性的, 通过应力的组合校核认为, 150℃以下的直埋管道, 可以不设补偿器。弹性分析理论认为, 由温差引起的热应力在小于管材许用应力的情况下, 直埋管道可以不设补偿器。进一步分析认为, 只要管道的运行最高温度和安装温度之差小于按强度条件计算的最大温差 (即弹性温差) , 管道就可以进入锚固段, 在长直管道中就可以不设补偿器。

国内众多学者和专家对直埋管道无补偿敷设的应用条件和设计计算进行了研究。张贵学 (2008) 分析了管道在土壤下的受力情况, 利用弹性分析理论研究了无补偿敷设的可行性[2]。李仲博 (2012) 通过实际案例比较了地沟敷设和无补偿直埋敷设两种方式的设计异同, 并提出了设计中的关键点[3]。黄寿山, 刘枫 (2010) 介绍了一种高温热水管道无补偿直埋 (无预热) 敷设技术, 该技术以弹塑性理论 (即安定性分析理论) 为基础, 设计过程中完全不使用补偿器, 减少了固定墩的数量[4]。刘兆明 (2012) 研究了无补偿直埋 (无预热) 的应用条件, 分别从安定性分析和弹性分析提出了应用要求[5]。王淮, 吕国良, 戴东辉 (2002) 分析了无补偿直埋敷设的预热方法、施工要点和预热步骤[6]。高海旺 (2010) 分析了无补偿直埋方式的优缺点、设计方法和施工设备要求[7]。文献[8,9,10,11,12]对无补偿直埋敷设的理论、设计计算以及应用进行了研究。

但是, 在供热直埋热水管道无补偿敷设的设计计算上, 还存在一些问题需要解决, 比如设计过程过于复杂, 不利于指导工程设计;规范未对无补偿敷设的使用条件进行详细解释, 造成工程设计困难。在《城镇直埋供热管道工程技术规程》 (CJJ/T81-98) 中, 缺乏无补偿敷设的计算条件。因此本文利用弹性分析理论, 详细介绍直埋管道无补偿敷设可行性分析的过程, 以供设计参考。

2 弹性分析理论

弹性分析理论以管道所受到的综合应力不超过管材的弹性极限为基础。假设直埋敷设的管道处于完全嵌固的状态, 此时管道热伸长完全得到控制, 管道受到环向拉应力σt、总轴向压应力σax和径向应力σr。其中, 环向拉应力是由管道内外压差产生的, 同时, 环向应力还产生的泊松拉应力σxμ;总轴向压应力σax是由泊松拉应力σxμ和温升引起的轴向压应力σxt综合产生的;径向应力σr由于很小, 一般忽略。

根据弹性分析理论的要求, 上述环向拉应力、总轴向压应力和径向应力 (忽略) 的综合应力应该小于管材的许用弹性应力。由材料力学的第四强度理论, 即为:

式中:σeq———环向应力和总轴向应力的综合应力, MPa;

σt———内压力作用下产生的环向应力, MPa;

σax———由内压和温升产生的总轴向应力, MPa;

[σ]———管材的基本许用应力 (弹性应力) , MPa。

3 工程实例

3.1 工程简介

该工程位于河南卫辉市某大型住宅小区, 利用地源热泵系统为小区提供冬季热源。小区面积超过50万平方米, 供暖室外管线繁多, 最粗的主干管公称直径达到DN250。如果利用有补偿直埋方式, 预计需要补偿器100多处, 另外还需要考虑固定支架和导向支架等附属设施, 不但增加了施工难度和投资金额, 并且管道存在泄漏的可能。因此在保证热膨胀应力不超过管道许用应力的基础上, 工程设计考虑利用无补偿直埋敷设的方式。

3.2 设计条件

本工程供回水温度为55-45℃。所采用的管材是不锈钢管, 钢号为Q235, 工作压力为Pn=1.6MPa, 在温度55℃的条件下, 线膨胀系数α=12.2×10-6m/ (m﹒℃) , 弹性模量E=20.3×104MPa;基本许用应力[σ]=125MPa, 1.35[σ]=168.75MPa, 材料的泊松系数ν=0.3。管材的尺寸如下:

按照《城镇直埋供热管道工程技术规程》 (CJJ/T81-98) 第4.1.2条的规定:

(1) 管道的运行最高温度, 应采用室外采暖计算温度下的热网计算供水温度。本工程的计算供回水温差为55-45℃, 因此选择管道的运行最高温度为55℃;

(2) 计算安装温度选择安装时当地的最低温度。本工程的地点为河南省新乡市, 选择安装时当地最低温度为-5℃, 因此计算安装温度为-5℃;

(3) 管道的运行最高温度与安装温度之差ΔT=55- (-5) =60℃。

3.3 无补偿直埋敷设的最大允许温升

(1) 计算内压力作用产生的环向应力

式中:Pn———管道所处的工作压力, MPa;

Di———管道的内径, mm;

D0———管道的外径, mm。

以DN80的管道为例, 其外径D0=89mm, 内径Di=89-4*2=81mm, 则

(2) 计算由内压和温升产生的总轴向应力

管道在完全嵌固的条件下, 土壤与管道外表面产生的摩擦力大于或等于管道的总轴向应力。在两力平衡条件下, 由内压和温升产生的总轴向应力如下式:

式中:ν———管材的泊松系数, 此处为0.3;

α———管材的线膨胀系数, 此处为12.2×10-6m/ (m﹒℃) ;

E———管材的弹性系数, 此处为20.3×104MPa;

ΔTmax———无补偿直埋敷设的最大允许温升, 即弹性温差, ℃。

以DN80的管道为例:

(3) 应力校核验算

环向应力和总轴向应力联合作用后的综合应力, 只要不大于管材的许用应力, 则可以保证无补偿敷设的可行性。

式中:[σ]———管材的基本许用应力, 此处为125MPa。

以DN80的管道为例:

求解上式可得, DN80的管道, 弹性温差ΔTmax=66.6℃, 此时的总轴向应力最大, 为σax=160.1MPa。

3.4 结果分析

按照3.3节介绍的计算步骤, 可以得到该工程所有主要干管的弹性温差, 结果如下表:

根据以上计算结果可知, 本工程管道的运行最高温度和安装温度之差ΔT=60℃, 其值小于各种管径条件下的计算控制最大温差ΔTmax, 即ΔT<v Tmax, 所有管道都处于锚固段, 符合直埋管道无补偿敷设的条件, 因此本工程的管道选择无补偿直埋敷设的方式。并且由表2还可以看出, 随着管道公称管径的增大, 管道所承受的总轴向应力也增大, 弹性温差越低, 管道承受应力有超过弹性应力的风险。因此, 对于更大尺寸的管道, 应该更加重视弹性应力分析。通过验算可知, 当管道公称直径超过DN350时, ΔTmax=59.3, ΔT>ΔTmax, 此时无补偿直埋敷设方式在该工程中已经不适用。

4 结语

利用弹性分析理论可以较好地确定管道无补偿直埋敷设的条件。当管道的最高温度与安装温度之差ΔT小于由弹性分析得到的弹性温差ΔTmax时, 管道处于完全锚固状态, 此时管道摩擦力抵消了管道的热应力, 管道热伸长被限制, 长直管道可以采用无补偿直埋敷设。本文利用案例详细介绍了无补偿直埋敷设的设计验算过程, 以供设计参考。

参考文献

[1]《城镇供热管网设计规范》 (CJJ34-2010) .

[2]张贵学.低压热水管道无补偿直埋敷设[J].煤炭技术, 2008, 27 (5) :112-113.

[3]李仲博.地沟管道敷设与无补偿直埋管道敷设的设计方法探讨[J].区域供热, 2012 (5) :17-22.

[4]黄寿山, 刘枫.高温热水管道常态无补偿直埋敷设简介[J].区域供热, 2010 (4) :70-71, 74.

[5]刘兆明.高温热水直埋供热管道在无补偿冷安装条件下的应用研究[D].北京:北京工业大学, 2012.

[6]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, 238.

[7]高海旺.简述热水供热管道直埋无补偿敷设方法[J].山西建筑, 2010, 36 (35) :161-162.

[8]杨宏伟.热力管道无补偿直埋敷设的可行性[J].制冷空调与电力机械, 2002, 23 (2) :54-56.

[9]袁娜.热水管道直埋敷设研究[D].陕西:西北大学, 2007.

[10]王宗林.热水管道直埋无补偿敷设技术研究及应用[J].区域供热, 2008 (4) :8-13.

[11]王艳红, 刘改娟, 祝百东.无补偿直埋敷设在营口北海供热工程中的应用[J].冶金动力, 2012 (5) :33-36.

[12]王锋.直埋供热管道设计及计算方法的研究[D].陕西:西安建筑科技大学, 2004.

热网管道的直埋无补偿技术分析 篇2

1热网管道的直埋无补偿技术相关理论研究

在进行直埋热水管道工程设计的过程中应用弹性变形方法, 所谓弹性变形方法指的是将热水管道的弹性变形控制在一定的范围之内, 使热水管道始终处于弹性状态, 直埋无补偿技术主要产生轴向应力, 而轴向应力主要由管道的自身强度所承受。第三强度理论为热网管道的直埋无补偿技术的主要理论基础, 下面对于第三强度理论进行详细的介绍:可以将应力分为一次应力、二次应力以及三次应力, 其中一次应力指的是工作压力的直管中产生的应力, 也可称之为内压环向应力;二次应力也可称之为温度应力, 是由于无法自由释放的热胀冷缩在直管中所产生的应力, 例如由于温度的升高所产生的轴向应力;三次应力也可称之为峰值应力, 主要是由于直管向管件在承受一次应力和二次应力以后释放变形所产生的应力。直埋管线中的二次应力比一次应力大得多, 因此直埋管线中的轴向温度应力对于直埋管件的安全性有非常重要的影响

2直埋热网管道系统

2.1直埋无补偿敷设系统设计。在整个供热工程的过程中都应该贯彻热网管道直埋无补偿敷设系统的设计理念, 主要包括设计保温直管、接头、管件以及阀门等, 要根据运行参数的变化来进行热网管道直管的强度设计, 严格控制一、二、三次应力的变化范围, 只有这样才能保证整个系统安全的运行, 热网管道直管在相应工况条件下会出现循环塑性变形、局部失稳和整体失稳等不良现象, 因此施工人员应通过设置相应的补偿装置进行补偿, 采用强度特性比较好的结构和尺寸来设计热网管道的管件结构, 这样能够最大限度的降低应力, 为了有效的防止管件由于热涨产生变形和转移应当设置一定量的固定墩, 应当综合考虑直管的强度和稳定条件以及连接直管的管件及阀门的强度来设置热网管道系统中的补偿器和补偿弯管。

2.2直埋热网管道系统安装。施工过程中的各个管道是通过焊接的方式进行连接的, 应当通过一级焊缝验收以保证焊接质量, 同时还要保证管道和管件的接头质量, 通过向管道周围填砂来不断的提高摩擦力, 这样能够有效的防止保温层的破坏。

2.3直埋网管道系统的运行。连续运行和间歇运行是供热管道两种主要的运行方式, 温度的频繁变化容易对这两种方式产生影响, 随着温度变化频率的增高, 对于管材造成的损害也逐渐增大。因此应当在直埋热网管道系统的运行过程中尽量避免水温出现变化, 充分的做好供热调节工作。

3供热管道直埋无补偿冷安装

经过多面的研究和实践, 在对供热管道进行直埋敷设的过程中无补偿直埋逐渐替代了补偿直埋, 其中冷安装与预应力安装是无补偿直埋的两种主要安装方式。采用无补偿冷安装方式容易产生较大的轴向应力, 在首次升温的时候容易产生较大的热膨胀量, 但是这种安装方式施工比较简单, 不会产生鱼人和额外补偿器的费用, 具有比较短的施工周期, 因此在热网管道的施工项目中得到了广泛的应用。

在无补偿冷安装的过程中的管道应力决定了无补偿冷安装的安全性, 前面曾经介绍过应力的三种类型, 图1为管道的应力图。

在应力计算的时候主要采用下面的方法, 钢材在计算温度下的基本许用应力要大于一次应力的当量应力;一次应力与二次应力的当量应力变化范围应当控制在钢材在计算温度下的基本许用应力三倍范围之内, 一次应力、二次应力和峰值应力的当量变化幅度应当小于钢材在计算温度下的基本许用应力的三倍。Q235号钢是目前我国供热直埋管道采用的主要材料, Q235号钢的需用应力为125兆帕。要在直埋热网管道的具体施工过程中进行无补偿冷安装, 要同时计算其基本许用应力和锚固段最大允许循环的温度差以及验算和合理设计弯头、变径、三通、折角的应力。

首先计算弯头应力, 在确定弯头臂长的前提下验算弯头应力, 确定管网的驻点和锚固点的位置。其次, 进行变径设计, 由于在直埋无补偿管道中的变径两侧直管道具有不同的应力, 下级管径应力要小于上级管径应力, 会在变径处产生较大的峰值应力, 进而破坏变径。因此在变径的时候应当采用保持、加强或者在靠近变径的大管道上设置固定墩保护。再次, 支线三通应当在靠近锚固点或驻点等主管线热位移少的区域设置, 支线三通可以采取Z型弯的形式。最后是折角设计, 由于路由及安装条件很容易影响管道安装过程, 会造成管道折角的出现。相比于弯头, 折角的应变吸收能力较弱, 但是其应力水平比较高, 因此比较容易产生破坏。

在直埋无补偿冷安装设计以及施工过程中既要按照相应的规程进行强度的设计, 还要通过采取相应的措施来避免整体失稳、局部失稳或者椭圆化现象的出现。首先在管材要求上, 由于供热管道中的保温管通常采用高密度聚乙烯或者耐高温的聚氨酯保温材料预制, 应当保证工作钢管、聚氨酯泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外护管能够紧密连接成一个“三位一体”的结构。然后, 在设计要求上, 在直埋无补偿冷安装施工三通管的设计过程中应当根据不同的管径进行特殊的加固对于大口径直埋管道上通常采用加强板的三通, 这样能够有效的避免预应力集中造成折角处产生低循环疲劳破坏以及局部失稳破坏。最后在焊接机检验要求上, 必须保证现场的焊接工作质量。

4结论

总而言之, 将无补偿直埋敷设方式应用到供热管道施工中能够有效的减少固定支架和补偿器的数量, 进而降低管道的投资成本, 降低事故的发生率。采用冷安装的施工方式能够缩短施工周期, 减少运行过程中管道的漏点, 能够有效的推动我国供热行业的迅速和良性发展, 对于施工过程中的不同情况应当合理的进行无补偿冷安装, 例如对于温度较低的回水管道应当优先选择无补偿冷安装。后续还应单对热网管道的直埋无补偿技术进行更加深入的研究。

参考文献

[1]谢涛.供热工程建设中直埋无补偿冷安装技术探索[J].新材料新装饰, 2014, 32 (3) :56-58.

[2]邹娜.热网管道的直埋无补偿技术[J].科技风, 2013, 26 (13) :32-36.

无补偿敷设 篇3

关键词：供热管网,温度,回填

1 工程概况

无补偿直埋敷设采用敞沟电预热方式降低轴向应力, 设计供水温度120℃, 回水温度60℃, 设计压力1.6 MPa, 管道选用外保护套管为聚乙烯的预制直埋保温管, 钢管采用螺旋钢管。

2 工艺原理

无补偿直埋供热管线焊接安装完毕后, 应用电预热技术将预热管段伸长至此段管网运行后最大伸长量的一半, 预热后马上回填夯实, 利用钢管、保温层、外保护层及土壤各部分之间的摩擦力, 使钢管冷却后, 不至于回缩, 此时钢管一直处于拉伸状态, 运行时管道的一半膨胀变形已经提前释放, 管道轴向应力降低至有补偿安装的一半, 在运行期间, 供热管线就不会出现拉伸屈服状态。

3 施工操作要点

3.1 沟槽开挖

土方开挖前, 应对开槽范围内的地上地下障碍物进行清理或保护。根据施工现场条件、设计开挖深度、土质、有无地下水等因素选用不同的开槽段面, 确定各施工段的槽底宽、边坡、留台位置、上口宽、堆土及外运工程等施工措施。当施工现场条件不能满足开槽上口宽度时, 应采用相应的边坡支护措施, 在地下水位高于槽底的地段应采取降水措施。采用机械开挖, 应有200 mm预留量, 宜人工配合机械挖掘, 挖至槽底标高。土方开挖时, 按照有关规定设置沟槽边护栏、夜间照明及指示灯等设施, 并按需要设置临时道路或便桥。开挖深度的测量, 应在20 m测一个开挖深度并绘制草图, 设专人指挥开挖, 开挖一段后, 进行坡度测量, 设置高程桩, 以便人工开挖修沟, 每20 m设一个高程桩。沟槽开挖至直埋保温管接头处设一个工作坑, 并在机械开挖时一次挖成, 减少人工开挖量。在有水不能排干的沟槽, 采用铺设片石或碎石等方式, 进行盲沟排水, 保证干槽施工。

3.2 填砂

槽底填砂适用粒径小于7 mm砂, 填砂密实度达到95%, 槽底填砂厚度为20 cm。

3.3 管道铺设

管道运输采用起重机配合运输车辆运输至施工现场, 并沿沟排开;运输及布管时应注意:装卸车时采用平衡吊带法, 为避免吊装时磕碰保温层采用帆布吊带, 吊带选用按管材重量考虑。管子下沟前, 应将沟内杂物清理干净, 管内有杂物必须清理干净。保温管使用起重机进行下管, 吊点应选择两点使保温管平衡, 稳吊稳放, 不得将管子直接推入沟内, 以免破坏管道保温层。

3.4 管道对口

管子组对前, 对管道中心线及标高进行复测, 复测结果要符合设计规定;检查坡口质量, 坡口表面应整齐、光洁、无裂纹、锈皮、熔渣等其他影响焊接质量的杂质, 如有不合格的坡口进行修整。管道对口采用龙门架做吊装工具, 对管道进行微量调整, 吊装管道采用吊带, 管口组对时应做到:外壁平齐, 对口错边量符合焊接工艺要求。管道加工坡口, 采用坡口机加工, 然后用角向磨光机和内磨机将坡口及管口内外壁处2.5 mm范围内打出金属光泽。坡口角度55°~65°, 对口间隙1 mm~3 mm。大口径管道对口采用千斤顶调整其随圆度。管口对好后点焊长度为80 mm~100 mm, 一般间距为300 mm左右。螺旋焊管对接时, 管道螺旋焊缝应错开, 距离不应小于300 mm。管道任何位置不得有十字焊缝。

3.5 管道焊接

焊接工艺采用氩弧焊打底, 手工电弧焊填充及盖面。焊接前要编制焊接工艺评定报告及焊接工艺指导书。焊接必须选用持证焊工施焊, 每个焊工施焊前进行现场考试测验, 合格的人员才可施焊。管道第一层氩弧打底焊缝根部应均匀焊透, 不得烧穿。每层焊完之后应认真清渣, 除去表面气孔、夹渣等缺陷, 焊缝焊完后应将其表面焊渣和飞溅物清理干净。氩弧焊底层焊完后, 需检查其根部是否有缺陷, 如有未焊透、弧坑、内凹等缺陷, 立即采取措施进行返修, 在第二层焊完后需进入管道内进行检查, 查看是否有击穿现象。每日点焊好的管口, 当天必须焊完, 防止第二天因昼夜温差影响, 将管口拉开或焊口处出现裂纹现象。焊接时, 对于焊接环境需进行记录, 对焊接过程进行全天监控, 对于不能保证焊接质量的天气, 采取防护措施或不得焊接, 在氩弧焊接时如有风时需进行围挡防风, 否则会影响焊接质量。施焊过程中, 应保证起弧和收弧处的质量, 收弧时应将弧坑填满, 层间接头要错开, 管子焊接时要采取措施防止管内穿堂风。

3.6 无损探伤检查

焊缝表面检查合格后, 进行X射线探伤, 管子的每道焊缝进行100%探伤, Ⅲ级为合格。在焊缝探伤检验后, 如发现有不合格处做好记号, 及时进行返修, 返修后再次进行探伤检查, 同一部位的返修次数不得超过2次。焊缝无损探伤合格后方可进行接头保温。

3.7 电预热施工

预热方式采用电预热方式, 电预热方式是直埋供热管网相对安全、易操作, 且能满足设计要求的预热方式, 电预热将钢管作为电阻, 利用电能对钢管进行加热, 设备简单, 易操作, 管道沿长度方向预热均匀, 预热时间短, 而且管道中不存在锚固段, 能够达到理想的管道预热效果, 电预热采用敞沟预热, 预热一段回填一段, 敞沟时间短。

预热温度及伸长量的确定:

1) 电预热设备设置预热目标温度计算:

其中, tm为电预热设备设置温度, ℃;t1为供热管设计最高温度, ℃;t2为管道敷设后所处环境最低温度, ℃。

2) 预热管道伸长量的计算:

其中, ΔL为预热管道伸长量, m;X为钢材的平均线膨胀系数, 0.012 mm/ (m·℃) ;tm为电预热设备的设置温度, ℃;t3为电预热开始时钢管的温度, ℃;Lr为管与预热的管道长度, m。

电预热施工的主要施工技术:

分段电预热一般宜以直管段1 000 m为1个预热段, 管线中如有弯头等管件, 适当缩短预热段, 并且弯头处管沟两侧留出位置, 弯头距管沟沟壁近时, 需开挖两侧, 留出足够的空间。在被预热管道管口焊接M22×80机螺栓, 用于连接预热机, 始末两端每个管口焊接螺栓12套, 间距80 mm, 将预热管道与预热机用电缆连接。连接处接触紧密、结实, 不得有虚接现象, 螺栓焊接要满焊。按照计算好的预热目标温度, 设置预热设备, 在被预热管线两端及弯头两侧设置标尺观测点, 并派专人重点观察保护, 防止在预热工程中损坏移动, 另外在管线每100处设置标尺观测点, 并派专人沿线观察保护。电预热采用功率为500 k W柴油发电机两台来加热管道, 加热至目标温度一般需要12 h~18 h, 加热后保温时间为12 h~24 h。电预热施工要配置专业人员12人, 分两组, 每组6人24 h值班, 2人操作看护电预热设备, 4人观测看护管线。管道预热需在焊接完毕、探伤检查合格并接头保温后进行。预热时需排干沟内积水, 管口处无水渍, 方可进行, 而且在预热过程中不得有水接触管道金属面。预热完成回填后, 24 h内需测量管线回缩量。

3.8 预热后回填

管道预热达到设计值时, 在预热保温阶段进行回填砂、土施工, 确保在12 h~24 h内填完, 否则会增加预热费用。回填的主要操作程序:回填施工准备→回填砂→分层回填土并夯实碾压。

准备阶段:在预热施工前, 将回填所需要的砂及土方准备充分并堆放于沟槽两侧, 减少回填工作量。回填所用的砂子要求粒径不大于7 mm, 无尖利杂物且含土量小。回填土中应无杂物, 含水量在12%~15%之间。如含有杂物, 石块较多时需进行过筛处理。对沟槽下面的垃圾、石块进行清理, 并排除沟内淤水。

施工人员准备:一个预热段的回填, 需施工人员160人左右。分为两个施工小组, 分两班进行连续施工。

机具设备准备:挖机2台, 铲车4台, 压道机2台、蛙式打夯机6台, 手推车6台, 平板振捣器8台。

回填砂:在预热开始升温时, 将砂回填至管中心位置, 防止管道在升温后横向位移。在预热温度达到目标温度时, 观察管道伸长量达到计算值后开始进行回填。回填砂每30 cm为一层, 回填一层后, 用平板振捣器进行夯实。砂回填至管顶以上20 cm处, 压实后进行回填土, 砂回填每层要进行密实度测试, 密实度大于95%为合格。

回填土:回填土分层铺摊, 每层30 cm为一层, 采用挖机或铲车往沟内铲土, 人工铺摊, 在管顶以上80 cm部分采用蛙式打夯机进行夯实, 每层至少3遍, 打夯应一夯压半夯, 行行相连, 纵横交叉, 严禁采用水浇使土下陷的所谓“水夯”法。回填管顶80 cm以上时夯实采用压道机碾压配合蛙式打夯机进行, 每层填土夯实后, 应按规范规定进行土壤密实度检测, 达到要求后进行上一层的回填。密实度大于95%为合格。回填土料过干时应按规定洒水湿润后再夯实, 防止造成夯不实, 越夯打越松散现象。回填土料过湿不能进行回填, 防止造成越打越软, 呈“橡皮土”状态。填土全部完成, 应进行表面整平, 凡超过标准高度的地方及时铲平;凡低于标准高度的地方, 应填补夯实。回填土完成后方可撤去预热设备。

4 结语

无补偿敷设 篇4

1 直埋管网敷设方式

直埋管网敷设方式简单的讲有两种, 一种是有补偿直埋敷设, 另一种是无补偿直埋敷设, 还有一种是介于以上两种方法之间, 即供水管采用有补偿直埋敷设, 回水管采用无补偿直埋敷设。无补偿直埋敷设, 改变了以往利用补偿器来吸收管道的热膨胀变形从而使管道应力下降的模式, 而是充分利用了钢材本身的强度应力特性, 在降低应力水平的前提下实施的一种方法。

2 直埋管网安装方式

直埋管网的安装方式从有补偿、预应力安装发展为冷安装方式。

2.1 无补偿冷安装。

无补偿冷安装是管线焊接和沟槽回填等安装过程都是在正常的环境温度下进行的。管道应力验算采用分类法和安定性分析理论, 设计中考虑各种载荷条件可能的组合, 将应力根据其起因、来源、作用范围、性质和危害程度不同进行分类, 采用不同的强度验算条件。按照以上方法设计的直埋热水管道, 直管段通常可以不设补偿装置且不必预热, 管道焊接和沟槽回填等安装过程都在冷态条件下进行。在冷态的环境温度下管道处于零应力状态, 在运行工况下热应力增大, 但应力变化范围始终控制在允许值之内。该设计方法在热水管道直埋敷设中可以发挥明显优势, 利用温度应力具有自限性的特点, 充分发挥管材的承载能力。

2.2 预应力安装方式。

预应力安装方式有敞沟预热安装和采用一次性补偿器预热安装两种, 在管道温度升至或高于预热温度时回填或焊接。从环境温度到预热温度间的热膨胀量提前释放。在管道温度下降至环境温度时, 管道处于拉应力状态, 但管道温度升高超过预热温度时, 管道处于压应力状态而产生预应力效果。在运行状况下, 由于一定量的热胀变形提前释放, 管道在工作过程中压应力和拉应力均不超过钢材的许用应力。2.2.1敞沟预热安装。在覆土前, 管道可以进行敞开式预热。由于没有土壤摩擦力, 管道的热胀变形可以提前释放, 预热温度为管段内平均应力为零时的温度。管道被加热到预热温度时覆土后再冷却, 使管道达到一定的平均应力水平。在首次运行加热移动后, 其管端的位移与冷安装的位移大致相同, 但避免了冷安装在首次移动时的较大位移。2.2.2采用一次性补偿器安装。这种方法是在管道的直段部分, 按计算的间距分段安装一次性补偿器, 并仅在补偿器附近的沟槽处敞口, 其余沟槽回填。在首次加热过程中, 一次性补偿器的补偿量达到补偿管段所要提前释放的热膨胀量时将一次性补偿器焊死, 最终实现管道整体焊接, 管道的热胀变形得到了提前释放。由于土壤摩擦力的作用, 在两个一次性补偿器之间的局部应力, 将高于补偿器处的应力, 然而, 由于系统温度的变化, 在多次变化以后, 应力将均匀一致。

3 直埋无补偿冷安装在设计及施工中的注意事项

3.1 管道沟槽的要求。

供热管道直埋无补偿冷安装设计及施工过程中, 土方工程是一个重要的环节, 直接关系到供热管网施工的质量。供热管网施工土方工程的好多案例显示:部分沟槽开挖在回填土上, 沟槽基底未按照设计要求进行处理, 将管道直接吊装安装, 造成基底不实, 致使管道底部不均匀沉降;沟槽开挖过程中, 沟槽底部高程校核不好, 致使管底不能与沟底紧密接触, 造成局部底部悬空;还有在管道对口焊接时, 采取抬高管道的方法强制对口焊接, 使管底悬空, 管道失去均匀支撑。最终造成管道焊口开裂漏水, 影响供热管网的安全运行。针对上述问题, 包头华源热力有限公司在供热管道直埋无补偿冷安装施工过程中采取了一系列有针对性的措施将进行了解决。3.1.1土方开挖前严格测量放线、测设高程;土方开挖过程中进行中线、横断面、高程的校核;机械挖土预留200mm的余量, 而后用人工配合机械开挖, 挖至管底标高。3.1.2沟槽回填时采用人工配合机械的回填方式, 管底以下200mm、管顶以上200mm及管腔中砂回填, 人工夯实, 其余采用粉状土回填, 400mm一夯实然后进行密实度检测达97%后继续进行下一步回填夯实, 管顶1000mm后采用机械夯实。自2007年供热开始至2012年采暖期, 供热管网工程未因土方工程质量影响到热网的安全可靠运行。

3.2 管材要求。

3.2.1一次管网的供水设计温度一般为130℃, 所以一次网对管道的要求很高, 一方面输送介质温度高, 所以要求保温材料要有很好的保温性能及耐温性能采, 以避免高温运行情况下保温材料碳化而导致预制保温管失去其固有的性能;另一方面由于输送距离、输送介质温度高需要管道要承受较大压力;再者由于管道直埋, 管道热胀冷缩时, 保温管高密度聚氯乙烯外壳要承受很大的摩檫力, 因此要求外壳与保温层、保温层与钢管都要有很强的结合力, 以保证其“三位一体”, 同时土壤的压力也要求外壳具有一定的承载能力。基于上述技术要求, 包头华源热力有限公司供热管道采用直埋预制保温管, 直埋预制保温管由输送介质的钢管 (工作管) 、聚氨酯硬质泡沫塑料 (保温层) 、高密度聚乙烯外套管 (保护层) 紧密结合而成。直埋预制保温管“三位一体”, 当管道温度变化时, 钢管的热胀冷缩变形可以通过保温层传到外护管, 使外护管与周围回填土之间发生滑动, 同时外护管上的土壤摩擦阻力又通过保温层限制钢管的热胀冷缩变形。3.2.2三通加固及分支抽出。在工程设计时, 三通管应分不同管径进行特殊加固。但三通加固长期以来有个误区, 认为加固的目的是为了保护分支管道, 实际上三通加固的主要目的是为了保护主管道, 因为三通在主管道上开孔后焊接支管, 主管道被挖孔切割了一部分, 会在管道运行时产生应力集中, 而管道在运行时要承受和传递巨大地轴向荷载, 为了避免主管道在运行时产生屈服破坏, 就必须对主管道削弱的部分进行加强, 以承受和传递轴向荷载。在大口径直埋管道上设置的三通采用加披肩或带加强板的三通。在三通支管上设置Z型弯来降低三通处的应力, Z型弯距主管的距离为10~15m;平行主管采用L型弯管抽出等布置方法。

3.3 阀门的选择。

无补偿直埋管道运行时所有管道及附件要承受巨大的轴向荷载, 弯头处还要承受巨大的环向应力, 另外所有管道及附件全部位于地下, 环境恶略, 空间有限。所以阀门及附件选择必须满足一些特殊要求。包头华源热力有限公司一次网阀门采用三偏心双向硬密封焊接蝶阀、排气泄水采用焊接球阀、压力表采用针型阀使用效果较好, 但阀门选择是务必选择国内优质阀门。

3.4 焊接及检测要求。

由于无补偿直埋管道在运行中要承受巨大的荷载, 对焊接的质量要求很高, 所以必须加强焊接环节的管理。焊条材质匹配、烘干处理, 焊工持证上岗, 阴雨天及零度以下温度时采取特殊措施等。华源热力一次管网焊接安装时, 管径大于或等于DN700的钢管及管件采用双面焊, DN700以下的管道采用氩弧焊打底电焊盖面, 焊接完毕采用焊口100%无损检验、4%射线抽检, 不合格的焊口绝不放过, 且连续返工两次的焊口重新对口焊接。在2006-2012年管网施工建设中, 焊接质量得以绝对保证。

4 结论

直埋预制保温管无补偿冷安装敷设方式采用先进的应力分析法, 已得到国内外供热界的普遍承认, 已经是一项很成熟的技术, 我们相信在日后的实际应用过程中认真对待每一个细节, 把握好工程质量, 供热管道无补偿冷安装直埋技术会在节能减排的过程中发挥巨大作用。

摘要：详细介绍了直埋预制管道敷设常用的安装方式, 分析了几种安装方式的优缺点, 重点介绍了直埋无补偿冷安装在实际供热工程中的应用, 同时对于设计施工过程中一些细节问题, 结合实际情况提出了我们的解决办法和建议。