管道敷设（精选9篇）
管道敷设 篇1
随着我国管道建设新高潮的到来, 给管道事业带来了前所未有的发展机遇。同时, 管道事业的迅猛发展也给科研开发工作提出了更多、更高的要求, 目前的许多研究课题都亟待解决。
在冻土地区铺设油气输送管道将遇到很多技术难题和挑战, 一方面, 土体的冻胀和融沉会对管壁产生额外应力, 在适当的条件下引起应力集中和塑性变形, 甚至造成管道破坏;另一方面, 埋设于冻土地带的管道会对周围环境产生扰动, 造成冻土退化, 反过来又影响管道安全。针对不同冻土地区的特点进行设计和施工, 并确保管道和环境的安全已成为世界管道工业的一项技术难题。为了配合我国高寒冻土地区油田管道科技攻关, 并为在冻土地区承揽对外合作项目的油田公司提供借鉴和启示, 本刊拟于今年第12期刊出“冻土地区管道敷设”专题, 及时介绍国外的设计特点和成功经验。征稿范围包括所有涉及国外油田季节性或永久性冻土地区管道敷设的内容, 例如主要技术难题、相应对策、研究状况以及防治冻害的措施。所有稿件都不需要排期, 一经采用, 稿酬从优。欢迎广大作译者踊跃投稿。
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管道敷设 篇2
1.《城镇燃气设计规范》 GB50028-2006
1.1.第10.2.23条：敷设在地下室、半地下室、设备层和地上密闭房间以及竖井、住宅汽车库(不使用燃气，并能设置钢套管的除外)，敷设的燃气管道应符合下列要求：
1.1.1 管材、管件等设备应按公称压力1.6MPa进行设计和选择； 1.1.2 管道宜采用钢号为10、20或具有同等以上性能的无缝钢管；
1.1.3 除阀门、仪表等部位外均应焊接连接；应尽量减少焊缝数量，钢管道的固定焊口应进行100％射线照相检验，其质量不得低于现行国家标准《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB 50236—98中表11.3.2的Ⅲ级；
1.2.第10.2.27条：室内水平干管宜明设，当建筑设计有特殊美观要求时可敷设在能安全操作、通风良好和检修方便的吊顶内，管道应符合本规范第10．2．23条的要求；当吊顶内设有可能产生明火的电气设备或空调回风管时，燃气干管宜设在与吊顶底平的独立密封II型管槽内，管槽底宜采用可卸式活动百叶或带孔板。
1.3.第10.2.29条：室内水平干管严禁穿越防火墙。水平干管不宜穿过建筑物的沉降缝。
1.4.第10.2.32条：室内立管宜明设，也可设在便于安装和检修的管道竖井内时，但应符合下列要求：
1.4.1 燃气立管可与空气、惰性气体、上下水、热力管道等设在一个公用竖井内，但不得与电线、电气设备或进风管、回风管、排气管、垃圾道等共用一个竖井； 1.4.2 竖井内的燃气管道应符合本规范第10.2.23条的要求，并尽量不设或少设阀门等附件。竖井内的燃气管道应涂黄色防腐识别漆；燃气管道的最高压力不得大于0.034MPa；
1.4.3 竖井应每隔2～3层做相当于楼板耐火极限的非燃烧体进行防火分隔，但还应设法保证平时竖井内自然通风和火灾时防止产生“烟囱”作用的措施（如分隔板上设小孔或钢套管、顶部设置百叶窗与大气相通和底层防火门进风百叶处应设置防火阀等）；
1.4.4 管道竖井的墙体应为耐火极限不低于1.0h的不燃烧体，井壁上的检查门应采用丙级防火门。
1.5.第10.2.35条：室内燃气支管宜明设。敷设在过厅、走道内的燃气管道不宜有接头。当穿过卧室、浴室、阁楼或壁柜时，燃气管道应采用焊接连接并应设在钢套管内。燃气管道严禁引入卧室。
1.6.第10.2.36条：商业和工业企业室内暗设燃气支管应符合下列要求：
1.6.1 暗埋在楼层地板内；
1.6.2 暗封在墙上的管槽内，管槽应设检修门和通风孔； 1.6.3 暗封在管沟内，管沟应设活动盖板，并填充干砂； 1.6.4 燃气管道不得暗封在可以渗入腐蚀性介质的管沟中； 1.6.5 当暗封燃气管道的管沟与其他管沟相交时，管沟之间应密封，燃气管道应设套管。
2.《全国暖通空调动力工程设计技术措施》2009版
2.1.第12.6.28条：燃气立管不得敷设在卧室或卫生间内。立管穿过通风不良的吊顶时应设在套管内；
2.2.第12.6.29条：燃气立管宜明设，也可设在便于安装和检修的管道竖井内，但应符合下列要求： 2.2.1 燃气立管可与空气、惰性气体、上下水、热力管道等设在一个公用竖井内，但不得与电线、电气设备或氧气管、进风管、回风管、排气管、排烟管、垃圾道等共用一个竖井；
2.2.2 竖井内的燃气管道不设或少设阀门等附件，竖井内的燃气管道的最高压力不得大于0.2MPa；燃气管道应涂黄色防腐识别漆；
2.2.3 穿越建筑物楼层的管道井每隔2层或3层，应设置相当于楼板耐火极限的防火隔断；相邻2个防火隔断的下部，应设丙级防火检修门；建筑物底层管道井防火检修门的下部，应设带有电动防火阀的进风百叶；管道井顶部应设置通大气的百叶窗；管道井应采用自然通风，管道竖井墙体应为耐火极限不低于1.0h的不燃烧体；
2.2.4 每隔4～5层设一燃气浓度检测报警器，上、下两个报警器的高度差不应大于20m；
2.3.第12.6.30条：沿外墙敷设的干燃气立管，宜设在方便检修处，与建筑物门窗洞的水平净距，中压管道不小于0.5m，低压管道不小于0.3m，并应采取防腐措施
3.其他
3.1 目前燃气规范也允许住宅内暗埋燃气支管。目前成都燃气公司也在推广，C053项目采用暗埋燃气管（不锈钢波纹管）；
3.2 对于燃气管井的设置，各地方未有明确的书面要求，具体需以当地燃气公司/设计院要求为准：
3.2.1成都：便于操作检修即可，参考项目：C121，燃气管井尺寸1300X1000mm，兼作燃气管井排风井,屋顶设置事故排风机；
3.2.2厦门：管井净尺寸800X800mm，同时单独设置排风井，采用事故排风机集中排风。参考项目：C160。
管道敷设 篇3
关键词：SPE管,“车槽式”发射架,“圆弧型”托管架,悬挂式“反S形”管道铺设
1工程概况
南日岛深水跨海管道供水工程为福建省莆田平海湾供水工程 (福建省重点工程) 的跨海管段, 长度9.6km, 最大海水深达36.7m, 输水规模远期1.5万m 3/d, 近期0.75万m 3/d。通过经济、技术、工期等比选后[1], 该工程选用管径500mm SPE管、单根长度48m且采用电热熔连接方法, 具有投资更省、施工更易、运行更可靠、维护更方便等优点。
工程区最大波高7.5m, 出现最多的是2～3级浪, 频率87.3%, 最大风速31m/s, 多年平均风速6.9m/s, 最大潮差6.30m, 平均潮差4.61m, 实测最大涨潮平均流速为92.4cm/s, 最大落潮平均流速为82.3cm/s。工程区水深 (居国内供水工程之最。本工程实施前, 国内已建跨海供水工程最大水深仅22m) 、风大、浪高、线路长, 工程环境复杂、恶劣, 特别受气候条件约束, 施工期短, 采用何种铺管方法与工艺是保证管道顺利铺设之技术难点, 也是技术重点。
2管道敷设方法比选
海底管道的铺设主要有飘浮法、牵引法 (又称拖管法) 和铺管船法等。经比选本工程选用铺管船法[2,3]。
2.1飘浮法
管段按照事先拟定的方法就位、下沉至要求敷设的位置, 管段之间接头部分在水下进行。本工程水深、管长, 不仅潜水员在水下的作业时间很短, 水下接管操作困难, 而且沉管过程受海流及风浪的冲击安装就位困难等因素制约, 施工困难、进度慢、成本高, 所以不适用于本工程。
2.2拖管法
管道在陆地制管场制造加工, 并焊接成数百米 (也有更长的) 的管道, 然后利用牵引设备 (绞车、绞车船等) 沿海底、离底、潜水和海面牵引管道。该方法要求海底地形、地质条件变化小, 且需要完善的管道下水滑道, 有足够牵引能力的牵引设备。本项目跨海距离长, 地形起伏、跨越两条港道, 拐点多, 且在风大、浪高、流急的海域, 铺管就位难、拖管施工应力大, 此方法也不适用于本工程。
2.3铺管船法
使用设备专门的铺管船及附属运输船。管道由供应船向敷管船供应, 在敷管船上焊接, 这样随着管道接长进行敷设, 管道每敷设一段, 前进一段距离, 见图1。适用条件及范围遇有大风浪或特殊情况可以中断作业, 敷管船可以离开敷设地点, 待天气转好再返回敷设地点继续作业。适用于离岸较远的长距离管道, 管道越长, 优越性越显著;适应性好, 可中断作业;施工方便, 工期短, 对季节的适应性比较强。
考虑本工程的海域情况、工程规模, 经分析计算, 选择铺管船法。实践证明, 该方案投资最省, 工期最短, 海上铺管工作109天完成了铺管任务。
3铺管船施工方法与管道敷设工艺
3.1铺管船施工方法
3.1.1 主要施工设备
本工程主要施工设备由表1给出。
3.1.2 铺管作业程序
①通过运输船将管段运到铺管现场, 通过铺管船上的起重机械, 将以上管段卸到铺管船的管道堆放区;再利用铺管船上的起重设备, 将48 m长的管道移位到发射作业区的滑道上。
②在发射作业区的热熔工作站, 对“48 m” 长的管道与“下海”管道进行电熔连接;并且将配重块安装到管段的指定位置上。
③经连接检验合格后, 开始绞锚铺管。铺管作业时依据敷设和安装的需要, 通过收、放锚缆移动船位, 一边移船, 一边放管, 保持放管的速度与移船的速度协调一致, 移动的距离约48 m, 使管线在整个铺管过程中始终处于安全的状态。
④管线在恒张力系统的控制下, 使管线按照预先设计的曲线, 沿着滑道和托管架下滑, 安全着于海床上。根据管线计算, 不同水深有不同的恒张力, 恒张力系统可通过调整电压来控制恒张力。
⑤铺管船采用DGPS系统。铺管作业时在DGPS系统监控下, 通过调整船位, 使管线能按设计要求准确就位。
3.1.3 后挖沟方案
该工程的挖沟工作 (除炸礁段以外) 采用先铺管后挖沟的施工方法。并使用专用“后挖沟机” (见图2) 跨在已铺设的管线上开挖管沟。其作业原理和施工步骤在文献[1]中已作详细介绍。
3.1.4 弃管与回收作业程序
在海底管线正常敷设期间, 因天气或其它意外原因使铺管作业不得不终止时, 要进行弃管作业, 弃管作业与回收作业的方法和程序如下。
①在恶劣天气条件下准备弃管时装上“拖拉封头”, “恒张力绞车”钢丝绳与“拖拉封头”接好, 慢慢将管线放在海床上后, 松开钢丝绳并切断, 钢丝绳端部系上“标记浮标”;然后铺管船才起锚移船。
②当天气好转并具备继续开始敷设管线时, 铺管船要重新抛锚就位, 开始管线回收作业, 主要工序如下:
a) 船在DGPS定位系统引导下靠近管端区, 抛锚就位。
b) 潜水员在水下连接“恒张力绞车”钢丝绳至水下管线上的“拖拉封头”上 (弃管时切断的且接在“拖拉封头”上的钢丝绳弃用) 。
c) 启动“恒张力绞车”, 保持一定张力, 向艉部方向移船, 回收海底管线。
d) 当管线“拖拉封头”通过“张紧器”后, 启动“张紧器”, 夹住海底管线。
e) 进行张力转换, 以“张紧器”代替“恒张力绞车”向管线提供张力, 释放“恒张力绞车”。
f) 继续回收管线, 使“拖拉封头”达到对接工作站。
g) 切割“拖拉封头”、打磨坡口, 重新开始正常敷设作业。
3.2 “车槽式”滑道设计
SPE管道必须配重下水, 亦即下水前, 需将配重块安装好, 而传统的管道下水滑道, 多为间隔布设滚轮, 管道直接与滚轮接触, 不便于配重的安装和具有配重块管道的下滑, 这就对下水滑道设计提出了更高的要求。结合以上工艺要求, 为了确保施工的可行性和合理性, 精心研究和探讨, 最终确定在铺管船甲板上, 设置一条SPE管道的拼装滑道, 滑道上布置有两条小车滚动槽, 即承载小车与滚动槽相结合的发射架滑道设计方案, 简称“车槽式”发射架滑道, 见图3所示。
管道下水步骤如下:
(1) 拼装SPE管道前, 先将若干小车间隔一定距离沿小车滚动槽布置好;
(2) 再将48 m长的SPE管道吊上拼装滑道, 小车将SPE管道垫起, 便于按设计要求安装配重;
(3) 按设计要求安装铸铁配重块;
(4) SPE管道热熔对接;
(5) 待配重安装和SPE管道热熔对接完毕后, 利用小车在滚动滑槽内的向下滚动, 将联结好的SPE管道输送下水。
通过实践证明, “车槽式”发射架滑道具有工艺简单、合理和安全可靠等特点, 很好地解决了配重块安装和SPE管道下滑之间的矛盾, 大大地提高了铺管进度和效率。
3.4圆弧型滑道悬挂式“反S形”管道铺设
在长9.6 km管线的施工海域, 水深变化为2～36.7 m, 针对以上特点, 在确定管道下水托管架的长度时, 原则上整个托管架着床, 对管道海上铺设最为有利, 但因为水深变化幅度大, 调节困难, 托管架太长, 对起重机械等配套设施要求过高, 而太短就可能严重影响到管道铺设的安全, 故托管架长度既不宜太长又不能太短。
针对此问题进行深入研究, 以确定托管架长度和滑道形式。通过对SPE管材性能的深入了解和管道海底铺设的经验分析, 充分考虑最大水深和管材容许曲率半径等因素, 认为管道沿托管架下水到着床, 其弯曲变形多为“反S”形, 故把托管架滑道设计成圆弧型, 采用圆弧型托管架滑道进行悬挂式“反S”形管道铺设。在托管架设计时, 首先必须满足管材下水的弯曲半径大于容许值, 模拟管道最深水的下水情况, 将托管架内的滑道设计成圆弧形, 其曲率半径略大于管材的容许弯曲半径, 托管架长度略过两个“反圆”的相切点, 根据以上模拟, 托管
架的长度为40 m满足施工要求, 托管架与铺管船以绞接的方式连接。见图4所示。
为保证管道在水深大于铺管船设计吃水深度3.4 m (水深小于3.4 m的登陆端浅滩段采用拖管法) 的海域在不同水深的情况下在施工过程中保持一定的曲线形态, 根据曲线计算结果来调整托管架的斜率, 并在作业过程中保持不变。托管架的斜率可通过扒杆上的滑轮组来进行调整。
通过实践证明, 采用圆弧型托管架滑道进行悬挂式“反S”形管道铺设, 托管架滑道的型式和架构合理, 克服了水深变化幅度大和最大水深达36.7 m的困难, 工艺简单、安全且经济高效, 保证跨海管道的顺利铺设。
4结语
(1) 在长距离深水跨海供水管道敷设中选择铺管船法投资最省, 工期最短。
(2) 本工程的施工方法以及采用“车槽式”发射架滑道、“圆弧型”托管架滑道进行悬挂式“反S形”管道铺设等施工工艺, 很好地解决了深水跨海供水工程施工中的技术难题, 可供类似海域条件下跨海供水工程借鉴。
参考文献
[1]黄国雄, 林国华, 林建辉, 等.钢丝网骨架塑料 (聚乙烯) 复合管在跨海供水工程中的应用.水利科技, 2008; (2) :41—42
[2]美国石油学会.海洋管道规程.李秀明, 译.北京:石油工业出版社, 1985
管道敷设 篇4
摘要：随着经济的发展，长输管道施工及地方规划建设越来越多，长输管道路由受地形及地方规划的影响，局部地区管道只能在河流内敷设，本文介绍了在大型河流内采用砌筑箱涵的方式保护管道安全，针对河道内土建及管道安装施工的难点，对施工方法、安全、质量等方面进行阐述，给类似工程提供借鉴。
关键词：长输管道;安全防护;施工方法;大型河流
前言
由江苏油建承建的贵阳-遵义-重庆成品油管道工程途经贵州省遵义市松坎镇，该镇境内线路由于地形限制及地方规划等原因，管线只能在松坎河河道内进行敷设。松坎河属于季节性河流，干旱季节河流水面宽30米～60米、一般流速3～4米每秒、水深40～60厘米，夏季为雨季，河流冲刷量较大，冲刷深度一般为2.5米。管线整体在河流中敷设约6km，为保护管道免受河水冲刷导致破坏，根据设计要求，采用在河道内砌筑箱涵的方式对管道给予安全保护。
1、施工准备
1.1技术准备
1.1.1熟悉设计文件，查阅有关施工技术资料，施工现场地质资料，做好图纸会审，及时进行技术交底，做到“三按”施工，即按图纸施工，按规范施工，按施工方案施工。
1.1.2编制施工工程预算，提供各阶段工程量和材料用量计划，按计划落实好各种材料设备来源，做好各种材料的检验、复试工作，按设计要求做好混凝土、砂浆的配比试验工作。
1.2 施工组织
1.2.1成立松坎河管道施工组织机构，明确各部门负责人职责。
1.2.2配备充足的施工力量，对施工作业队所有参建人员进行技术、安全知识培训。考试合格后方能上岗。按施工作业需求调遣施工机具进场，并检查所有的施工设备，确保其工作性能和安全性能。
1.3现场部署
1.3.1沿河道作业带选取距公路最近的几处场地作为临时卸料点，对卸料点进行场地平整，并修筑卸料点到入河口的临时道路。
1.3.2材料进入卸料点，及时运输至施工现场，提高临时征地的使用率。在施工现场空旷无水地段囤积材料，主要是雨水不容易侵蚀的材料。
1.3.3 施工现场做到水通、电通、路通，同时为了保证工程的各种情况能够及时上报，各种指令能迅速下达，施工现场配备无线网络、电话、对讲机等设备将各部门紧密地联系在一起。
2、施工工序及技术措施
2.1总体施工简述
本工程在大型河道内砌筑箱涵进行管道安装施工，箱涵基槽开挖主要以机械为主，人工修整为辅，采用围堰导流，水泵排水等措施进行土建施工，将沟底及边坡挡墙砌筑完成后，管道进行沟下组焊后细土回填并加盖现浇混凝土盖板。
2.2总体施工流程
2.3构筑物测量定位
选用GPS作为测量定位仪器。按照设计图纸放出中心位置点并埋设控制桩。
2.4施工临时道路修筑及材料倒运
2.4.1机具及材料倒运
本工程河道内施工管线长达6km，能够组织材料进场的进料口只有四处，施工材料运输至这四个材料集中堆放点，材料用装载机运送到施工现场。现场拌制的浆料翻斗车运送，部分地点不能使用机具倒运材料的必须进行人工倒运或用驴驮倒运。
2.4.2修筑施工便道
分别在四处材料集中堆放点修筑一条宽6米的施工便道至作业带，保证设备安全驶入和材料顺利运入并放置。用挖掘机清除表面大石块和不稳定层，筛选级配良好的河卵石进行分层回填，用挖掘机反复辗压，对于比较深的不稳定层清理以后，要做抛大石块处理，然后再做河卵石进行分层回填，并用挖掘机反复辗压。横穿河道的便道下埋设直径1米的钢筋混凝土高压涵管2根以上。
2.5围堰及导流渠施工
河床覆盖层主要由砂砾石组成，厚度较深，因此覆盖层透水性较强。
2.5.1围堰设计原则
围堰既要在河床上围筑，同时在管沟底部也要围筑。河床上的围堰主要是阻隔河道里的水流，管沟底部的围堰阻隔地下水的渗入。
围堰要求安全可靠、能满足稳定、抗渗及抗冲要求;结构要求简单，施工方便，宜于拆除并能充分利用当地材料及开挖料碴。由于现场挖出的砂砾及卵石的透水性强，采用土工袋装土筑堤，迎水面铺设土工膜隔水，土工膜外侧堆放沟槽挖方。土工膜从土工袋下面折入沟槽顺着管沟坡面斜铺到沟底排水沟内，在排水沟内用土工袋装土压边，并从沟底沿着斜坡面用土工袋层层累加将土工布紧紧压在沟壁上。
2.5.2围堰定位
管道顺穿河流，沿河道流水方向把河道一分为二，一边作为施工面，一面作为河道排水，施工面筑围堰排水。
当管线横穿过河道，采用分段导流方法，围堰施工先做河道的半边，待该段施工完毕再完成另一半，要保证施工时河水能顺利流过。若遇河面狭窄地段，需要全部拦截，从河岸边用挖机挖出导流渠，待该段施工完毕，再重新原貌恢复。
2.5.3导流渠施工
导流渠开挖方式：
1、河道开阔处因土方堆积阻塞水流的，在开阔地顺河开挖沟渠，或对原河道进行拓深;
2、河道窄不便于在河道内开挖的，需在河岸上开挖导流渠，破坏的原护坡在施工结束后原样恢复。
导流渠的宽度和深度根据现场的地理条件和水流量等因素确定。
2.5.4围堰修筑
围堰施工分四个阶段进行：
(1)第一阶段：利用开挖导流渠的弃土沿施工作业面筑成堤坝，用挖机斗将堤坝轻轻拍实，用大口径潜水泵迅速将堤坝范围内的水排掉，但由于堤坝不实原因，仍有渗水现象;
(2)第二阶段：堤坝内水渐干时，立刻组织所有人员用土工袋装土，沿沟槽开挖线外1米处码放土工袋，呈梯形状，高度超过水面1米以上，并在土工袋围堰的迎水面以及土工袋下部铺设土工膜，用于水平、垂直防渗。从开挖面挖土渣压在土工布外侧，使土工布与围堰紧密结合。
(4)第四阶段：加强对管沟槽内的排水，边排水边开挖，同时顺基槽边挖出排水沟，视沟内水量的大小采用单边或双边排水沟。沟槽成型后，土工膜顺着管沟坡面铺至排水沟底，用土工袋装土依次压边三层高度，坡面土工膜用土工袋依次累积进行覆盖保护。
2.6基槽开挖
根据测量定位桩的位置及构筑物尺寸，按照相应的放坡系数放出基坑边线，基槽开挖时考虑砌体施工的操作空间，操作空间按砌体底部尺寸两侧各0.8米加宽。基槽土(石)方堆放在围堰外侧。管沟挖至设计标高后，将沟底大块岩石清理掉，采用砂砾回填夯实30厘米厚。开挖成型的基槽其地质状况均匀、稳定，地基密实，无地质薄弱层及明显地质变化层，若基槽深度超过3.0m时地质状况仍不理想或遇不良地质现象，需通知设计、监理人员现场踏勘、处理。
2.7防渗排水
本工程大部分施工面在水下进行，即使在河床上施工，由于地下水位很浅，地质原因使得沟壁的避水性很差，因此该工程的排水难度大。根据现场情况，排水采用以下步骤。
2.7.1修筑围堰隔离出施工面，用大功率水泵抽水，水泵出水处置于下游，使抽出的水尽快流走。
2.7.2待施工面水量基本抽完，在施工面下游靠管沟边挖一处集水坑，集水坑不影响管沟施工。
2.7.3管沟开挖从集水坑一端开始，开挖深度控制准确，挖掘机挖斗尽可能不要扰动地基的结构。在开挖中，挖斗把沟底压平，保证排水畅通。
2.7.4管沟成型后，沿沟底边靠水流一侧挖一条排水沟深0.5米，宽度1米，连接集水坑，使用挖机配合。
2.7.5渗水量大的情况下，水泵排水需要昼夜进行，安排专人值班倒班。
2.8砌体工程
现场严格按照设计要求及标准规范施工。
基础砌筑前，应先检查基坑的尺寸和标高，清除杂物，平整夯实基槽槽底，确保槽底不得有较大的突起。毛石砌体的组砌形式“内外搭砌，上下错缝，拉结石、丁砌石交错设置。砌筑墙身时，以15m为间距设置一道伸缩缝，缝宽30mm，缝内用沥青麻筋填充。
2.9运布管施工
待管沟砌体工程完成后，我单位采用机械直接布管、局部地段采用先组焊后直接吊装的管道就位方式。挖机进行布管作业需距水保挡墙1m距离，避免对砌筑好水保挡墙造成破坏。
2.10管道焊接、防腐补口
2.10.1施工前对所有参加施工的人员进行培训，考试合格后持证上岗。上岗焊工必须持有国家劳动部门或地方技术监督部门颁发的焊工合格证。将相关的标准规范下发到各个施工队，明确各项质量指标及要求，同时明确各岗位人员的质量职责，严格按规范及设计要求进行施工。
2.10.2管道焊接前必须进行清管，清除管内土石等杂物，保证管内清洁度。
2.10.3该段线路所有管道焊缝要求作100%超声波及100%环焊缝的全周长用X 射线探伤复查，对于探伤不合格的焊口应按要求进行返修。
2.11管沟回填
2.11.1管沟回填前，若沟底内有积水，应将水排净并设有专人对外防腐层进行电火花检漏，对于损伤处，应立即进行补伤。合格后，方可进行管沟回填工作。
2.11.2管沟回填按照设计文件要求，管底垫200mm的石粉(粒径不大于10mm)，管道敷设后，再以石粉回填夯实至管顶以上500mm。
2.11.3每段管沟回填后及时进行防护盖板施工。
2.12防护盖板施工
2.12.1待管道下沟、隐蔽回填结束施工防护盖板。
2.12.2浇筑防护盖板的混凝土主要在施工点附近拌制。根据运输距离和交通条件选用机械运输或人力小推车运输。钢筋网片垫保护层垫块，混凝土浇筑时用振动泵和平板振动器振捣密实，并做好强度试块。混凝土浇筑完成后，做好混凝土的现场养护。
2.13土方回填及场地平整
2.13.1毛石护墙砌筑完成达到回填强度后，对护墙外围挖方范围进行回填，回填采用现场挖方料，挖机回填，挖斗压实。
2.13.2回填剩余料就地平摊，使用挖机和推土机完成。
3、质量控制
3.1水保材料的选用要求
本工程水工保护结构形式主要是浆砌石挡土墙。水工保护是线路工程重要的防护设施，对管线的安全运营具有重大意义，因此对水工保护用料技术要求非常高，材料采购采取多点选取材料点、化验分析合格后定点采购并坚持因地制宜、保证质量、降低成本的原则，进场材料严格挑选验收且有材质证明书、合格证及相关证明，禁止不合格产品进入施工现场，并坚持材料报验、材料复验制度。
3.2 现场计量及标示
3.2.1施工现场有可靠的计量器具，按重量配比的有磅秤或杆称等称量工具，也可采用箩筐等容器计量。磅秤及杆称经检定合格，并根据使用期定期校验。
3.2.2进入现场材料分别设置标示牌，标示牌尺寸为30cm×45cm，标示牌上注明材料类型、产地及材料质量状况，合格与否。配合比标示牌尺寸为25cm×30cm，牌上标明施工，使用部位。
3.3 砌筑砂浆
拌合场地应在清洁的石滩地面或用铁皮拼接的拌合场，禁止直接在泥土地面上拌合砂浆。砂浆拌制要使用干净水，严禁随地取用水沟内污水。拌合按照相应配合比将砂、水泥拌合均匀(至少三次)后方可加水调浆，调浆次数不少于3次，其稠度为石砌体3-4cm。砂浆随拌随用，拌合好的砂浆一般气温条件下在3小时内使用完，如施工期间最高气温超过30℃时在拌成后2小时内使用完毕。
4、安全管理
4.1建立以项目经理为领导的安全生产管理体系，明确各级人员的安全生产岗位责任制，分级搞好安全宣传、安全交底、安全教育、安全检查工作，做到思想、组织、措施三落实。
4.2施工防洪度汛应急措施
为了保证河道内施工安全，成立以项目经理为组长的防洪度汛应急抢险小组。建立防汛值班制度，及时了解天气及变化情况，安排专人进行记录，巡查，加强与水文气象部门的联系，及时收集水情预报，密切关注降雨的情况，作好防洪防汛的思想准备，编制抗洪救灾应急预案，并定期进行演练。
4.2.2汛期到来时，将提前储备好砂、石料、编织袋、花雨布等防汛物资，定点存放，专人保管，集中使用，同时，配备挖掘机、装载机、自卸汽车等装卸、运输机械，准备随时倒运防汛物资，对施工范围进行防护。
4.2.3加强水位的监测，安排人员轮班巡查，积极掌握汛情，发现险情立即上报，由防洪防汛应急抢险组组长下令启动并运行应急救援预案，全力确保国家、社会、人民的生命财产安全不受损失或少受损失。
5、结束语
小议供热管道直埋敷设现状 篇5
近几年来, 随着国内供热管网规模的扩大, 原有的直埋敷设管道的设计和施工方法已经不能满足要求。一些权威的设计院采用在原有设计方法的基础上引用国外的新技术或者重新考虑安全系数等方法来进行直埋敷设管道的受力设计, 并在工程实际中不断的积累经验、探索和提出新的受力计算方法。本文对国内外直埋敷设发展现状进行浅析。通过对相关文献的研究和对国内的直埋敷设情况进行调研, 提出供热直埋敷设管道受力设计计算中存在的一些亟待解决的问题, 并分析其解决方法和思路。
1 直埋敷设中存在的问题及解决设想
近几年的直埋敷设热水管道很多都需要使用大直径、高压力的管道, 原来的适用于小直径管道的设计方法和公式亟待改进。同时, 直埋技术不断发展, 大直径管道的无补偿安装、薄弱部件加强等技术也越来越广泛的应用于实际工程中。经过理论研究和实际调研, 本文提出以下几点直埋敷设管道受力设计中存在的问题以及解决相应问题的方法和思路。
1.1 直埋管道受力设计方法适用范围有待扩展
《规程》中给出的直埋管道受力设计方法适用于供热介质温度不大于150℃, 公称直径不大于DN500mm的一体型预制保温管。而对于现在的供热管道规格已经达到公称直径DN1000mm;管道的工作压力也很高, 一些工程已经使用了工作压力2.5MPa的管道的无补偿冷安装直埋敷设。
1.2 直埋敷设安装方式适用条件的分析
直埋敷设安装方式按照管段是否有补偿可以分为:无补偿安装和有补偿安装;按照是否进行预应力可以分为:冷安装和预应力安装。虽然许多文献中都对直埋敷设的安装方式进行了较为详尽的分析, 但是在实际的工程中对于直埋敷设安装方式的选择还是有些混乱。安装方式使用的不合理容易引起能源、管材的浪费或者管路系统潜在的不安全等。
首先应该明确:不同的安装方式对应着其所能解决的不同的管道失效方式, 不同的失效方式所关注的管道的特征参数不同。换句话说, 为了解决一定的管道失效方式, 就应该对引起该失效方式的管道的特征参数进行控制与调整, 而管道的特征参数的取值不同, 就形成了不同的直埋敷设的安装方式。这也是划分不同的直埋敷设安装方式的原则。
2 结论与展望
供热管道直埋敷设方式探讨 篇6
和采取区域性锅炉供热的方式相比而言,采取集中供热采暖的方式更加的环保和节能,同时又具有较高的安全性能,能有效地节约用地面积,减少成本的投入。现阶段,集中供热采暖发展成了我国城镇非常重要的基础设施,同时也是我国城镇公共事业中非常关键的构成部分。在我国城市化进程逐步加快的同时,城市集中供热采暖也逐步地发展,其涉及的范围持续增加。同时,在集中供热采暖建设过程中,也需要更加先进的直埋敷设工艺。怎样显著地降低供热系统的成本,并保障系统在运行时具有较高的可靠性,是目前供热行业所面临的重要问题。在供热系统的建设过程中,管道的直埋敷设尤为重要,其是把事先预制完成的、具有保温性能的供热管道直接埋到地下,通过供热管道所具有的强度和相应的配套装置一起承担系统运行中所形成的热应力。在长期的实践过程中,逐步形成了多种用于供热管道直埋敷设的技术与工艺,其目的是为了保障系统在运行过程中具有一定的安全性,并最大限度地降低资金的投入,同时尽量使系统在维护中更为便捷。因此,有必要对不同的供热管道直埋敷设方式进行分析与比对,以掌握不同工艺的特性,便于更好地为供热系统的建设、运行服务。
1 供热管道的损坏形式
通常供热管道所承受的应力值在0.6 MPa~2.5 MPa之间。而在对供热管道的应力分析后发现,管道的内部应力要较其自身的屈服力小很多。但是,在供热管道的使用过程中,会出现较大的温度变化,从而导致管道形成相对大的轴向应力以及压应力。因此,对于供热管道种类的选用要尤为重视。
1)循环塑性变形。供热管道发生循环塑性变形最根本的原因是由于管道所处环境的温度波动。如果产生相对大的温度波动,并且所形成的热形变无法彻底的被释放。那么,当管道所处的环境温度升高时,供热管道的管壁就会由于受到轴向的压力而形成一定的压缩变形。当管道所处的环境温度降低时,供热管道的管壁就会由于受到轴向的压力而形成一定的拉伸变形。如果所处的环境温度变化超出特定温度值时,就会导致供热管道被破坏。
2)低循环疲劳损坏。在供热管道中,位于管道线路中的接头位置、三通位置或者弯折位置会出现应力集中的现象,而如果管道所处环境发生一定的温度波动,那么管道线路中不连续位置将出现峰值应力,从而导致该处的管道遭受疲劳损坏。
3)高循环疲劳损坏。当供热管道上方有车辆通过时,其重量形成的应力作用将被传递至地下直埋敷设的管道之上,从而导致供热管道局部位置形成椭圆状形变,进而出现应力集中问题。在长期循环应力作用下,最终产生疲劳损坏。
4)整体失稳。管道使用过程中,其轴向应力值是最大的,而且受到压杆效应的影响,有可能发生管道整体失稳的问题。尤其当供热管道埋设采取无补偿冷敷设工艺时,管道所处环境的温度变化所形成的应力将全部的形成轴向应力,非常容易使得管道发生整体失稳问题。针对这种问题,我国颁布的CJJ T81—2013城镇供热直埋热水管道技术规程里明确规定,管道的敷设必须达到相应的标准,才能确保其不发生整体失稳的问题。
5)局部失稳。管道的局部失稳会受到其轴向应力所产生的形变影响,也就是管道热胀形变程度及形变释放程度的影响。还会受到管道自身结构性能的影响。因为管道是薄壁壳体结构,当其受到一定的轴向应力时,就可能导致管壁出现局部失稳现象。根据局部失稳公式可知,如果供热管壁自身的厚度不断增加,则其发生局部失稳的概率就越小。而当供热管道的半径逐渐增加,其发生局部失稳的概率就越大。所以,在供热管道敷设时,要依据不同的管道壁厚来采用不同的覆土深度。
通过上述的几种损坏情况看,管道使用中的安全性和管道受到的轴向压力存在着非常紧密的关联。管道所受到的轴向应力根本上是由于温度变化所产生的应力,如果供热管道的直径超过DN250时,其遭受局部屈服的概率将大幅提高。而要避免发生局部屈服问题,就应当严格地控制管道所受到的温度应力,并且按照不同的应力管控方案,来选择适宜的管道直埋敷设方式。
2 供热管道直埋敷设方式的分析和选用
2.1 补偿冷安装方式
此种管道直埋敷设方式是最为简便也是成本投入最小的工艺方法。其把供热管道直接敷设,在进行覆土前未预设特定的应力,同时也未安装补偿装置。受到土壤摩擦的影响,供热管道会有锚固段与滑动段之分。如果供热管道位于锚固段,其所受到的热胀应力将整体的转变成温度应力,这样会导致供热管道使用过程中要承担非常大的轴向应力。因此,此段供热管道所受到的最大应力值和最大的温度变化是成正比例关系的。如果管道所受到的热胀应力无法整体的转变为温度应力,而供热管道会由于受热而拉伸。采用此种敷设方法,供热管道所受到的轴向热应力一般会满足管道许用应力值要求。不过,当温度波动稍大,就会超出其局部屈服应力值。因此,当温度波动较大时,无法达到局部屈服的标准要求。所以,此种直埋敷设方式会在很大程度上对温度有所限制,也只能是用在特定的温度环境中才可以使供热管道保持安全可靠的运行。
2.2 敞沟预热安装方式
此种管道直埋敷设方式是对管道完成事先的预热处理,再进行回填作业,并保证管道所预热的温度值达到一定的要求。采用这种直埋敷设方式,管道在使用时如果环境温度和所预热的温度相同时,其所受到的热应力值将变成零。如果管道使用过程中,环境温度值超出预热温度时,此时供热管道会遭受压力作用。而如果管道使用过程中,环境温度低于预热温度时,此时供热管道会遭受拉力作用,这就使管道形成预应力作用。采用此种直埋敷设方法,能够有效的节约管道敷设中的补偿器及固定顿的用量,也会使整个工程的成本投入降低。和冷安装方式对比而言,预热直埋敷设方式管道所能承受的应力大很多,同时也可以有效的降低管壁发生局部屈服的概率。对于一些直径相对大的管道敷设施工非常有利。
2.3 一次性补偿器覆土后预热敷设方式
此种直埋敷设方式是把管道分段进行一次性补偿装置安装。当敷设完成后能立即进行回填土作业。当第一次加热时,如果补偿段处的管道热形变值达到预热温度所发生的自由膨胀形变值时,能够对其焊接。一次性补偿器在经由很多次数的温度波动后,而让其应力得以均匀化,进而实现预应力作用。和冷安装方式对比而言,此种直埋敷设方法同样可以使管道所能承受的应力大很多。所以,也可以有效的降低管壁发生局部屈服的概率。而和敞沟预热直埋敷设方式对比而言,此种方式省去了预热工序,降低了建设时的成本投入及施工难度。
3 结语
在对供热管道遭受应力影响的多种因素分析后,我们了解到了不同直埋敷设方式所具有的特征。如果可以达到冷安装的标准要求,应当尽可能地采取此种安装方式。不过,如果考虑到供热管道使用中的安全可靠性,一些管道直径相对大或者所处环境温度变化较大的供热管道施工中,应尽量采取预热直埋敷设或者有偿直埋敷设的方式完成。
摘要：从循环塑性变形、循环疲劳损坏、失稳等方面,介绍了供热管道遭受损坏的方式与作用机理,对比分析了补偿冷安装、敞沟预热安装以及一次性补偿器覆土后预热敷设三种供热管道直埋敷设方式的优缺点,以供参考。
关键词：供热管道,直埋敷设方式,塑性变形,疲劳损坏
参考文献
[1]柴海婧.大管径热力管道直埋敷设设计探讨[J].建筑知识,2016(2):32-33.
[2]张朝伟.直埋供热管道敷设方式节能性分析[J].资源节约与环保,2015(3):46-47.
管道敷设 篇7
1 我国的相应标准及相关规定
1.1 管道并行敷设
我国的GB50251-2003和GB50253-20003对输油管道的并行管道敷设间距提出具体要求, 规定当输油管道与其他管道同时进行并行敷设时, 其之间的距离要符合SY0007-1999文件中的相关规定。在其中GB50253-2003中还规定, 同沟的并行敷设管道与管道之间的距离不应小于0.5米。
1.2 管道交叉敷设规定
在我国对于交叉敷设的标准是以GB50521-2003、GB50253-2003和GB/T21447-208规定为主, 主要是以规定管道与管道之间相互交叉时, 其输油管道与其他管道之间的距离不应小于0.3米。其中, 输油管道与其他管其他电缆、建筑物进行交叉敷设时, 其相间的距离也不应小于0.5米。
1.3 管道施工维护的间距标准
我国发布的《石油天然气管道保护条例》中第十五条、第十六条规定, 所有管道以中心线为基础向两侧各延伸5m的范围, 严禁动用土地。管道以中心线为基础向两侧各沿至50米的范围严禁使用易燃易爆物。并且, 在管道以中心线为基础, 向两侧各沿50-500米, 可进行爆破事件, 但是, 要先征求管道企业同意并安排相应的保护措施。
2 输油管道并行敷设间距的影响因素
2.1 热传导效应
以中贵管道设计和兰成输油管道设计为例, 其中, 中贵管道设计压力的设计在10MPa, 输油管道的管径为1016毫米。兰成石油管道的设计压力在8-13MPa, 其输油的管道直径为610毫米。这两种管道再近距离敷设时, 由于热传导的作用不同的管道所带有的温度场就会进行相互之间的影响。如果两条管道之间的距离太小就会严重的影响管道之间的温度。因此, 对于中贵管道和兰成管道就要建立原油管道与天然气管道之间的并行段, 在对其温度场进行并行敷设的影响分析, 确定两条管道并行敷设时热力之间的相互影响和安全间距。随着管道之间的距离增加, 并行敷设的原油管道与单管原油管之间的温度差就会减小, 反之则者会增加。所以, 在输油管道进行并行敷设间距时应大于1.2米, 如果不能达到此距离就要采取保温隔热措施。
2.2 输油管道的带压封堵空间
在管道的运行维护过程中, 对管道进行带压堵的转换工作时就要对其间距进行预留, 根据SY/T6150.1-2003规定, 在换封堵管道作业时, 其作业的坑度应大于2.6米, 其中包含管径的宽度, 从而推算出管道之间的最小距离间距为1.3米。
2.3 输油管道的破裂
根据我国石油管道的相关研究, 在管道进行并行敷设时管道的破裂失效的后果会影响相邻的输油管道的正常运输, 从而增加失效的可能性。而造成输油管道失效破裂的情况主要是因为输管道的破裂渗漏, 它是由于周边的土地不断出现压力, 使得相互临近的输油管道的径向发生失稳, 也可能是由于输气管道的爆破造成邻近的管道失去覆盖物, 从而直接受到热的敷设而发生的损坏。
3 输油管道并行敷设间距确定的原则
为了要将新建的石油管道与已建的其他管道并行敷设段之间的相互关系就要对两条管道之间的距离进行确定, 并遵循以下原则。首先, 在新建的管道施工过程中, 不能对以建好的管道结构产生影响和破坏。其次, 其他的空间要按照要求合理的进行规划, 并利用现有的设施减少新建管道的工程量和投资量。最后, 在运行使用的过程中, 若一条管道发生了事故, 也要对其他任何管道不造成破坏。根据CSAZ662-2007规定, 当可确定的两条埋设的并行管道在任何方向的距离上的间距设置都要考虑对其它管道是否产生损坏影响。
4 结语
我国的输油管道并行敷设所遵循的规定有两种, 对管道并行间距并没有明确的距离。所以, 在管道的设计时, 人员要根据影响管道并行敷设的间距因素借鉴国外的成果, 参考国内的建设项目, 从而确定合理的适合我国发展的并行敷设间距。在采用这种管道的建设方法时, 要以安全为前提, 如果遇到一些无法解决的问题就要在技术允许的条件下, 不违反国家的相关规定, 采取联合保护的形式加强管道的厚度, 防止腐蚀, 加强管道建设的维护。
参考文献
[1]邓生存, 刘伟, 方书军.油区结算水表的选型/设计/安装与国家相关标准探讨[J].中国给水排水.2009年10期.
[2]吴玉国, 陈保东.输气管线摩阻系数的影响因素以及减阻的主要方法[J].管道技术与设备.2011年05期.
管道敷设 篇8
随着城市集中供热规模的不断扩大, 供热直埋管道管径已发展到DN1 400。然而现行《城镇直埋供热管道工程设计技术规程》限定在DN500及其以下[1]。为使相关技术人员增加对大口径直埋管道相关技术的认识, 提高设计水平、增加大口径供热直埋管道工程设计的安全性和可靠性, 节约工程投资[2,3]。文中介绍了大口径、高温、高压供热直埋管道应力分析和应力计算方法及管道失效方式, 为供热直埋供热管道的设计、施工和管理提供了依据。
1 直埋供热管道的应力分析
1.1 应力计算
EN 13941中在进行单长摩擦力计算时, 考虑管道自重引起的管道与土壤之间的摩擦力, 其计算如下[3]:
其中, F为轴线方向每1 m管道的摩擦力, N/m;μ为外管壳与土壤的摩擦系数;ρ为土壤密度, 一般砂土取1 800 kg/m3;g为重力加速度, m/s2;h为管顶覆土深度, m;Dw为预制保温管外壳的外径, m;G为每1 m预制保温管的满水重量, N/m。
直埋保温管钢管管径为1 000, 预制保温管外壳直径1 155 mm, 管顶平均埋深1.2 m, 最小摩擦系数0.2。最小单位长度摩擦力为25 487 N/m。
1.2 应力校核
由于直埋管道的一次加二次应力的当量应力最大值是出现在锚固段管道, 应力验算主要对象是锚固段, 因此该段内管道的参数应满足下列公式[2,3]:
则认为管道的参数的选取是合适的。
其中, γ为钢材的泊松系数, 取0.3;t2为管道工作循环最低温度 (半年运行取10℃, 全年运行取30℃) ;t1为管道工作循环最高温度, 130℃;E为钢材的弹性模量, 取19.6×104MPa;α为线性膨胀系数, 取11.74×10-6m/ (m·℃) ;σt为管道内压引起的环向应力, MPa。
其中, Pd为管道计算压力, MPa;Di为钢管内径, m;δ为钢管公称壁厚, m。
2 直埋供热管道的失效方法
2.1 管道竖向稳定性验算
直埋直管段上的垂直荷载应符合下列表达式:
其中, Q为作用在单位长度管道上的垂直分布荷载, N/m;γs为安全系数, 取1.1;Np·max为管道的最大轴向力, N;fo为初始挠度, m。
初始挠度应按式 (4) 计算:
当fo<0.01 m时, fo取0.01 m。
垂直荷载应按式 (5) 计算:
其中, GW为每米长度管道上方的土层重量, N/m;G为包括介质在内保温管单位长度自重, N/m;SF为每米长管道上方土体的剪切力, N/m;K0为土壤静压力系数;φ为土壤的内摩擦角, (°) , 砂子取30°。
埋地管道中介质温度升高时, 管道中产生轴向压力。存在轴向压力的管道有向轴向法线方向凸出使管道弯曲的倾向。由于管道周围土壤在径向和轴向对管道有约束, 正常状态下埋地管道在地下保持稳定。当周围土壤的约束力较小或因周围开挖而减小, 受压管道会在横向约束最弱的区域丧失稳定。管道在轴向朝失稳区域推进, 并在水平方向或垂直方向推开土壤形成弯曲的凸出管段。竖向失稳可能由于设计考虑不周引起, 水平失稳多为埋地供热管道投产后由于其他管线施工引起。
2.2 局部稳定性
原规程适用管径较小, 常用管道规格的截面刚度较大, 局部屈曲的危险较小, 所以原规程未要求对截面刚度和局部稳定性进行验算。本次针对大管径管道专门进行了研究, 用国内已实际运行多年的管道工程与欧洲供热管道标准对比, 如按欧洲供热管道标准计算, 大管径管道壁厚要比实际工程使用的壁厚大很多。
欧洲规范EN 13941对于直埋管道径厚比的规定式。我国JB4732-1995钢制压力容器—分析设计标准提出的临界屈曲应力计算公式为:
其中前两个公式经过实验对比, 计算值偏于保守。对于几个公式的运算结果比较, JB 4732-1995计算的径厚比较前两个公式的计算结果要保守, 但是EN 13941更保守, 计算的管壁厚度太大。所以本规程规定采用JB 4732-1995的公式作为临界屈曲应力计算公式。
公式计算壁厚没有考虑环境和焊工技术的影响。长距离管道焊接环境复杂, 比钢制压力容器要恶劣;管道焊口边缘晶体结构发生变化, 许用应力会因焊工技术而下降, 幅度在10%~25%。
2.3 径向稳定性
管道应按下列公式进行径向稳定性验算:
其中, ΔX为钢管径向最大变形量, m;W为管顶单位面积上总垂直荷载, k Pa;r为工作管平均半径, m。
理论研究表明, 直埋敷设的柔性管道能够利用其周围土壤的承载能力, 当管道椭圆变形达到钢管外直径的20%时, 才发生整体结构破坏。但试验证明, 椭圆变形达到钢管外直径的5%时, 管壁便开始出现屈服。GB 50253-2003输油管道工程设计规范, GB50251-200输气管道工程设计规范都规定管道的椭圆变形量应小于钢管外径的3%, 椭圆变形量采用依阿华公式计算。
3 结语
大口径、高温、高压供热直埋管道的应力计算及管道失效方式已经与小口径管道有很大区别, 大口径管道本身重力对摩擦力的影响已经不能忽略, 随着径厚比的增加管件的疲劳失效、管道的椭圆化和局部失稳的可能性增大。在管道设计中要选择合适的直埋敷设方式, 在经济合理的基础上, 把管道的危险性降到最低。
摘要：结合国内外新研究成果, 介绍了大口径、高温、高压直埋供热管道的应力分析和应力计算方法, 并探讨了直埋供热管道的失效方式, 以提高大口径直埋供热管道设计水平, 确保管道工程的安全性和可靠性。
关键词：供热管道,直埋管道,应力计算,管道失效
参考文献
[1]CJJ-T81-98, 城镇直埋供热管道工程技术规程[S].
[2]王飞, 张建伟.直埋供热管道工程设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007:92-97
[3]EN 13941∶2009, Design and installation of preinsulated bonded pipe systems for district heating[S].
管道敷设 篇9
如今直埋敷设已成为城市热力管网工程最主要的敷设方式之一。然而直埋敷设管道强度设计与计算, 一直是解决直埋敷设热补偿的主要问题之一, 如何防止管道由于温度的变化使管道应力增加而对管道造成破坏, 是保证热网安全运行的关键技术。本文通过热力管网设计实例, 从管道强度方面分析热力管网设计中如何考虑直埋管道的补偿问题。
1 山东省烟台市第二中学新校区热力管网概述
室外气象参数:冬季采暖计算温度:-5.8℃
室外最大冻土深度:460mm
室外最高地下水位: (工程地质勘探未发现)
设计参数:热介质为80/60℃
供热热水由市政管网提供
管网总热负荷:4310.38k W,
主干线最大管径DN250
管网最不利环路总阻力:65.9KPa (未包括建筑采暖系统和热表阻力)
管网采用枝状形式敷设, 供、回水主干管沿主干道无补偿直埋敷设。
管材:管道采用预制聚氨酯直埋保温管, 保护层采用玻璃钢保护层。覆土深度:当直埋热力管道位于车道下时, >100mm管道外壳顶距路面不小于1.0m, ≤100mm管道外壳顶距路面不小于0.8m。若小于上述值处均加刚性套管或顶部加大面积混凝土板。
2 热力管道保温
本工程, 安装时接头及管件均采用现场发泡保温, 预制聚氨酯保温管保护层采用玻璃钢技术。玻璃钢的阻燃性能 (氧指数) 应大于38%, 但应确保与原部位连接严密, 严禁渗漏。聚氨酯氧指数应大于30%, 其技术要求应符合《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》 (CJ/T 114) 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/T 129) 的规定。
3 直埋管段的构成
管道直埋敷设与架空敷设、地沟敷设不同, 由于管道与周围土壤之间摩擦力的作用阻止管道热伸长, 因此当直管段较长时, 管道温度变化只能引起部分管段产生热位移, 其他部分直管段不产生热位移。
4 直管段的受力分析
应力是由作用在计算管段上的荷载产生的, 根据应力分类, 不同荷载产生的应力对管道破坏的影响是不同的, 即分为一次应力, 二次应力和峰值应力 (承受一次应力和二次应力直管向管件释放变形, 在该管件上产生的应力) 三类。对作用在管道上的应力应采用相应的应力验算条件。
5 锚固段的存在条件
对反复循环运行的直埋热水管道, 锚固段的应力变化范围, 应是运行时管道工作循环最高温度 (设计供水温度t1) 和工作压力达到设计压力时的应力与停止运行时管道达到的工作循环最低温度 (t2) 和工作压力为零时应力之差。当管道安定时, 应满足安定性的应力验算条件:
上式中, σj为内压、热胀应力的当量应力变化范围, MPa;a为钢材的线膨胀系数, m/ (m·℃) ;E为钢材的弹性模量, MPa;[σ]为钢材在计算温度下的基本许用应力, MPa;υ为泊松系数;σl为环向应力。
直埋管段中锚固段内应力最大, 若锚固段能满足强度条件, 则过渡段必然满足条件。
6 过渡段的长度限制
当安定性强度条件不允许锚固段存在时, 同样不允许过渡段中降温时不收缩部分存在, 即管道应全部处于收缩状态, 这时过渡段长度将受到安定性强度条件的限制。根据安定性强度条件, 当摩擦阻力最大时, 应力变化最大, 最大过渡段长度:
式中, Fmax为管道的最大单长摩擦力, N/m。
7 锚固段的轴向力计算
由于锚固段没有位移, 固定点处的轴向力即为固定墩所承受的单侧推力, 整个锚固段内任一截面的内力都相同。锚固段内轴向力:
当 (t1-t0) >△Ty时, 取 (t1-t0) =△Ty
式中, Na———锚固段的轴向力, N。
△tY为管道的屈服温差, 由下式得出
式中, n为屈服极限增强系数, n取1.3;σ为钢材在计算温度下的屈服极限最小值, MPa。
管道在升温过程中, 当 (t1-t0) ≤△Ty时, 管壁不会产生塑性变形, 否则就会产生。
8 过渡段的轴向力计算
由于土壤对管道的摩擦力随运行次数变化, 过渡段的轴向力也是变化的。
1) 最大单侧推力
当L≥Lmin时, 超出的管段处于锚固段, 各点的轴向力相同, 可以采用锚固段的应力计算公式。
2) 最小单侧推力
式中, Lmin为管道的过渡段最小长度, m;Lmax为管道的过渡段最大长度, m;Fmin为管道的最小单长摩擦力, N/m。
9 直埋管与土壤间的摩擦力计算
热力管道初次升温时摩擦力较大, 随着管道升温、降温伸缩循环次数的增加, 直埋保温管壳与土壤间的摩擦力逐渐下降, 过渡段逐渐增长。
其中, 最大摩擦系数0.4 (中砂回填) , 最小摩擦系数0.2 (中砂回填)
1 0 疲劳分析
为保证热水管网处于安全状态, 要根据运行参数的变化控制一次应力、二次应力、三次应力综合作用下的应力变化范围, 考虑到安全系数, 其疲劳分析的强度条件为不大于6[σ]。亦即当量应力幅度不大于3[σ]。
1 1 工程应用计算
1 1.1 锚固段的安全性
热力管道的材质为Q235, 根据弹性模量E=20×104MPa, 泊桑系数v=0.3, 线膨胀系数a=12.5×l06m/ (m·℃) , 设计温度下的基本许用应力σ=125MPa;钢管规格为325mm×7mm, 钢管内径Di=311mm=0.311m, 工作压力1.2MPa, 则最大温差计算如下:
根据《城镇直埋供热管道工程技术规程》管道工作循环最低温度, 对于全年运行的管网应采用30℃, 对于只在采暖期运行的管网应采用10℃。则对采暖期运行管网, 若设计供水温度在l52℃以下, 供热管网可以有锚固段出现, 运行完全安定可靠。
由上可见, 目前热水管网的设计供水温度一般不超l30℃, 采用无补偿的锚固段进行管网固定墩布置, 都能够满足应力验算的强度要求的。但对于高温热网, 如设计供水温度为l50℃, 设计压力为1.6MPa, 只在采暖期运行, 工作循环最低温度为10℃时, 计算最大允许工作温差 (t1-t2) max就比运行时的工作温差低, 此时管网布置就不允许有锚固段, 两固定点之间必须设置补偿装置, 同时固定点到活动端的距离也受到安定性条件的限制。
1 1.2 允许锚固段存在时, 过渡段的最大长度
当安定性强度条件允许锚固段存在时, 也就允许过渡段的存在。本工程中, 采用钢材为Q235, 管段长度300m, 管道中心线埋深1.2m。, 管径为D2l9×6, 预制保温管外径0.315m。设计压力P=1.0MPa, 设计供水温度t1=130℃, 安装温度t0=10℃。中砂回填, 土壤密度ρ=1800kg/m, 最大摩擦系数=0.4, 最小摩擦系数μ=0.2, 则过渡段最大长度计算如下:
屈服温度△Ty=1a E[nσs- (1-0.3) σ1]=117.4℃
由于t1-t0=130-10=120℃>△Ty, 故管道产生塑性变形, 取t1-t0=117.4℃。
过渡段最小长度:
其中, μmax=0.4, H为管顶覆土深度, m;Dc为预制保温管外壳的外径, mm。
过渡段的最大长度:
同上计算可以得出结论, 过渡段长度主要受最小摩擦系数μmin的限制, 一般情况下, 砂土与保温外壳的μmin取0.2时, 过渡段的最大长度为:D≤DN150, L<l70m;
即管径越大, 最大过渡段长度越大。
12结论
热水管网直埋敷设中, 当直管段供热介质温度≥130℃, 计算压力≥2.5MPa, 公称直径≥DN500时, 可能会出现循环塑性变形、整体失稳、局部失稳等破坏现象。整体失稳、局部失稳取决于温度变化的轴向应力, 可以采用设置补偿装置以释放热涨变形的有补偿方法, 或者采用预热、设置一次性补偿装置而减少热涨变形的预应力方法。
参考文献
[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2]住房和城乡建设部工程质量安全监管司, 中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施:暖通空调·动力 (2009年版) [M].北京:中国计划出版社, 2009.
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[4]唐山市热力总公司.CJJ T81-98城镇直埋供热管道工程技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 1999.