试论直埋供热管道的安全运行

 　【摘要】探讨了提高直埋蒸汽、热水供热管道安全性的途径。对于直埋蒸汽供热管道，应通过合理布置固定支座，划分补偿管段，补偿管段的划分方法应与直埋热水供热管道区别对待；合理布置疏水装置，避免水击的出现。对于直埋热水供热管道，须对管道安定性、竖向稳定性、局部稳定性进行验算。 

　　【关键词】直埋供热管道；热补偿；水击；疏水；稳定性 　 

　　1 直埋蒸汽管道 

　　1.1 热补偿的处理 

　　《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》CJJ 104—2005规定：直埋蒸汽管道的工作管，必须采用有补偿的敷设方式[1]。在常规的设计中，设计人员较为常用的方法是通过设置固定支座以达到人为划分补偿管段的目的，这其中就存在一个固定支座数量能否合理减少的问题。对于补偿管段的划分，多数情况下设计人员会受地形因素所限或为方便施工而参照直埋热水管道布置形式，人为被动减少固定支座数量，依靠管道驻点来划分补偿管段。笔者认为，在蒸汽管道中，这种方法的合理性值得商榷。 

　　直埋热水管道的钢管承受的摩擦力远大于直埋蒸汽管道，这也就意味着，直埋热水管道驻点的漂移受其他力或其他因素干扰的可能性远小于直埋蒸汽管道。而直埋蒸汽管道受到的内压不平衡力、补偿器弹性力等在合力中所占比例远高于摩擦力，当补偿器或管道受安装质量或管材加工制作质量影响时，其伸缩量及受力情况都会发生变化，这些变化会造成管道热膨胀不均匀，引起驻点位置产生较大漂移，导致补偿器由于补偿能力不足而最终造成损坏。 

　　《城镇直埋供热管道工程技术规范》CJJ/T 81—98规定，对于钢制内管、保温层、保护外壳“三位一体”的预制直埋保温热水管道，驻点可作为一个划分管道补偿管段的依据[2]。但该规范也指出，驻点漂移也是不可避免的，由它划分的过渡段热伸长量应乘以1.2的系数[2]。由此可看出：驻点并不能作为管道计算的边界条件，而将其列入辅助计算条件更为稳妥。 

　　由以上两点笔者认为，对于直埋蒸汽管道补偿问题，应认真分析，将它与直埋热水管道正确总结比较，区别对待。通过合理设置固定支座，使每段蒸汽管道均处于安全可靠的有补偿状态是非常必要的。特别需要指出的是，当采用波纹管轴向补偿器时，还应按照美国膨胀节制造商协会标准EJMA(2008版)的规定，每两个固定支架之间只设一个补偿器，强行通过固定支座来划分补偿管段。 

　　1.2 水击的避免 

　　在蒸汽管道的设计中，对管道疏水的要求越来越严格，例如2006版《动力管道手册》中直埋蒸汽管道疏水装置的设置距离由1994版《动力管道手册》中要求的顺坡400～500m、逆坡200～300m，均减小到了150～200m，目的就是为了在管道运行中能更够及时有效排出凝结水，防止水击的出现。 

　　设计中应严格按照规范及手册要求，确定合理的疏水点，正确选择疏水装置，以保证凝结水能够及时有效地排出。疏水点除了设置在常规的管道最低点和管道垂直上翻点前外，还应注意，对于有分段阀门的长距离输配管道或分段运行的管道，疏水点应该综合考虑阀门关闭时的情况后设置，避免由于阀门关闭造成疏水装置失效。另外，疏水点应远离补偿器、阀门等薄弱点，避免积水冲击损坏补偿器的波纹管。在计算选择疏水装置时，应考虑到当每年管网初次运行时，管道内存有大量空气和低温凝结水，较低的入口压力会使疏水阀超负荷运行，此时疏水阀的排水量要求比正常工作时的排水量更大，因此按选用倍率2～3倍来选择疏水阀。 

　　除了设计应满足要求外，运行单位是否正确操作也是水击能否避免的关键。在管道初次送汽运行时，不可快速将阀门全开，务必要缓慢打开阀门，使管道慢慢升温，才能保证凝结水不会大量涌出，使疏水器能够及时有效地排除凝结水，以确保管网安全平稳运行。 

　　2 直埋热水管道 

　　直埋热水管道比蒸汽管道应力水平低，对循环温差及管径较小的长直管段，在管道安定性分析下的强度验算及竖向稳定性验算满足要求时，允许无补偿管段出现，可采用无补偿冷安装方式敷设。 

　　无补偿冷安装的敷设方式虽然降低了工程造价，方便了施工，但是由于无补偿装置用以释放二次应力，管道在运行过程中一直处在一个较高的应力水平下，这就要求设计人员在计算时要更加谨慎。尤其是对于大管径管道，当常规壁厚的钢管直径超过700mm时，会因椭圆效应产生椭圆变形，使得力学计算复杂化。管道椭圆化变形主要与两个因素有关：a.直埋管道上面作用的垂直荷载，包括随埋深增加而加大的土壤荷载和随埋深增大而减小的车辆等动荷载。b.钢管的截面参数，在相同的垂直荷载作用下，钢管半径越大，椭圆化变形越大；管壁越厚，椭圆化变形越小。钢管椭圆化变形如超过一定限值，易造成局部失稳破坏，最终导致管道系统破坏。因此，在设计计算无补偿冷安装的直埋管道时，若管径较大，不仅需要对管道的安定性和竖向稳定性进行验算，还需要按照受压薄壁壳体模型进行受力分析，以保证管道的局部稳定性，防止出现局部皱结。 

　　对于设置一次性补偿器等预应力安装方式，虽然管道热伸长降低，管道的整体及局部稳定性会有所提高，但由于管道运行温差不变，管道温度应力变化并未改变，管道仍与冷安装具有同样的强度状态，安定性条件仍需保证方可通过。 

　　3 结论 

　　3.1 对于直埋蒸汽管道，通过合理布置固定支座，确保每段管道都处于安全可靠的有补偿管段内至关重要，有补偿管段的划分途径应与直埋热水管道区别对待。水击问题的解决，应结合实际管网运行状况合理选择布置疏水装置。 

　　3.2 对于直埋热水管道，尤其在大管径的情况下进行设计时，必须对管道安定性、竖向稳定性及局部稳定性进行验算，确保管道安全。 

　　参考文献： 

　　[1]CJJ 104—2005，城镇供热直埋蒸汽管道技术规程[S] 

　　[2]CJJ/T 81—98，城镇直埋供热管道工程技术规程[S].