马玉
哈尔滨九州电气集团四川旭达电力工程设计有限公司 黑龙江省哈尔滨市150000
摘要：近年来，城镇供热管网已经成为非常重要的基础设施，也是城市化进程加快的重要标志，这符合当前城市可持续性发展的理念。城镇供热管网的敷设方式具有多样性，其中直埋敷设是一种广泛应用的管道敷设方式，并且获得了良好的使用效果。尤其是对长距离输送管道而言，直埋敷设具有占地少、施工周期短、热损失小的特征。与其它管道敷设方式相比，直埋敷设的效益更高。
关键词：直埋敷设；压力；应力；长距离；管道施工；
直埋敷设已成为我国城镇供热管网广泛使用的一种敷设方式，与传统的地沟敷设方式相比，直埋敷设具有占地少、施工周期短、维护量小、节约投资、寿命长等诸多优点，很适合现代城镇建设的要求。
一、直埋供热管道的设计
1.直埋供热管道的荷载及应力特征。
在直埋管道设计过程中，常常将管道所承受的力称为荷载，当荷载超过允许范围内时就会导致管道的破坏。对供热管道而言，介子的温度、压力是引发荷载的重要因素。当供热管道受热膨胀时轴向位移会产生一定的轴向摩擦力，管道侧向位移会对土壤产生一定的压缩力，这些力叠加在一起会使土壤对管道产生较大的约束力，影响管道整体的稳定性。且在供热管道设计中，基于管道结构性的差异，当工作介子温度与压力变化时，在管道局部区域往往会出现应力过度集中的现象。一旦在管道运行过程中存在循环变化的峰值应力，这些应力超过管道本身可以承受的极限，就会引起管道的变形与破裂，这对管道的正常使用是极为不利的。因此，在直埋供热管道设计中，管道内工作介子的温度与压力是需要考虑的重要因素。
2.避免直埋供热管道破坏的设计对策。
基于上述直埋供热管道的荷载与应力特征，在直埋供热管道的设计上，应采取有针对性的控制措施。当管道温度处于最高温与最低温之间循环往复变化时，其所产生的应力波动比较大。在这种情况下，极易引发管道循环塑性变形现象的发生，进而产生管道系统破坏。这就需要在管道设计时布局合理，适当增加管道壁厚，同时加大弯头的曲率半径，设置相应的补偿装置。以减小直埋供热管道应力变化的影响，降低管道运行过程中循环塑性变形发生的机率。蒸汽直埋管道还需要注意在外套管中留有足够的空间，这样可使工作内管在受热膨胀时不受或少受限制，热应力才可充分释放。
在直埋供热管道的设计中，还需要考虑管道的稳定性。如果管道的稳定性不足，也会引发破坏，造成供热管道系统失稳而发生事故。在通常情况下，来自土壤的约束作用可以阻止管道整体失稳。当管道周围土壤的约束力较小时，受压管道会在约束力最弱的地方失稳，严重时拱出地面。管顶覆土越深，失稳的可能性就越小。因此在设计时应保证最小的管顶覆土厚度且避免出现在管线附近平行开沟。直埋管道的局部失稳还与其承受的轴向应力成正比，而轴向应力主要取决于热应力。因此在设计时可增大管道刚度，防止出现截面椭圆变形和局部失稳现象。
二、直埋供热管道的施工
1.直埋供热管道的安装方式
在长距离直埋供热管道敷设中，由于应力是管道热胀变形无法释放所导致的。
因此在管道安装施工过程中，必须通过应用不同的安装方式来改变这种影响。通过合理的选择管道安装方式，管道热胀变形大小与应力释放程度可以得到有效调整，以此改变管道原有的应力分布状态。
对直埋供热管道施工而言，管道的安装方式包含预应力安装与冷安装两种。预应力安装则可通过预热的方式或采用一次性补偿器的方式来实现。预热安装方式实质上是改变管道的安装温度使之等于预热温度。该方式是在管沟回填前进行预热，当加热到零应力状态下的温度时进行回填，即可产生预应力效果。运行时当管道温度升至预热温度时管道应力为零。而当管道温度恢复至环境温度时，管道产生预应力效果。采用预热安装方式时需具备预热热源，同时现场条件允许管沟敞口。而通过一次性补偿器安装方式来实现预应力安装时，管道安装后可立即进行回填。在首次加热过程中，补偿管段的热胀变形量达到预期膨胀变形量时，就可焊接该一次性补偿器。采用一次性补偿器方式的优点是不需要预热热源，并且只需要补偿器附近的管沟敞口，但是增加了一次性补偿器的费用；
管道的安装方式还可采用冷安装，此种安装方式下管道零应力状态时的温度与安装的环境温度相等。管道冷安装方式一般可以分为无补偿冷安装与有补偿冷安装。从无补偿冷安装技术的应用效果来看，其最为明显的优势就是安装操作相对简单，具有比较短的施工周期，且不会产生预热和额外补偿器的费用，安装成本较低。如果管道安装过程中强度符合工程要求，这种安装方式所取得的安装效果明显。因此在热网管道的施工过程中得到了越来越多的应用。但是此种安装方式下管道承受的应力较大。在电厂直埋供热管道的施工中，对于不满足应力要求的热水直埋及蒸汽直埋管道则可使用有补偿安装方式。在这种安装方式下，补偿装置周围处于滑动状态下的管段应力得到释放，但补偿器的存在会使得供热管道安装的总体成本上升。对于波纹管补偿器，还增加了管网的事故隐患点，因此应避免在整个管网中都采用有补偿安装方式。
2.直埋供热管道施工中的一些要求
在直埋供热管道布设施工过程中，施工单位要严格遵守施工规范中的规定和设计图纸上的要求。在直埋供热管道沟槽开挖过程中，需要对沟槽两侧设置对应的挡水护堤，必要情况下还要找专人对沟槽进行雨天巡视。定期用潜水泵对沟槽进行排水，防止在施工过程中有雨水和地下水进入到沟槽当中。对电厂直埋供热管道而言，由于其内压较低，管道破裂发生的可能性相对较低。为保证管道敷设的整体质量，保持供热系统的稳定运行，施工人员要加强对进场材料质量的检验。材料进入施工现场时，要严格核验出厂合格证明。管道安装完成后要按相关要求进行水压试验。管道上的阀门必须能够承受其轴向荷载，因此应使用钢制阀门。同时要严格控制管道的安装误差，管道焊接时尽量采用手工焊接方法，选用技术纯熟的焊接工人用电弧焊进行焊接。焊接过程中一定要按照高质量的工艺要求进行焊接。焊接完成后要对焊接部位进行质量评定，检查合格后才能进行下一个接口的焊接。如果电厂直埋供热管道施工过程中遇到穿越河底的情况时，其覆土深度要充分考虑管道的整体稳定性、水流冲刷等作用。
结束语：供热工程的成功投运与产品质量、施工质量及设计理论是密不可分的。通过长期大量的工程实践证明,直埋敷设方式在供热管网工程中是非常实用的。同时由于近些年技术上的改进，管道直埋敷设技术已然成熟。但在今后的设计施工过程中还应不断创新，勇于尝试新的技术理论，为城镇供热事业的发展做出贡献。
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