直埋供热管道变径处的受力分析与保护 - 北方暖通空调制冷网.doc

工程实践中,供热管道直埋敷设不可避免地要变径,变径对变径管两侧管道的应力和安全产生了一定的影响,特别是变径管小头和直管连接处。变径管小头和直管连接处是直埋供...&直埋供热管道变径处的受力分析与保护
太原理工大学环境科学与工程学院王国伟、王飞
太原市热力公司张建伟
摘要对于DN500mm以上的直埋供热管道变径处(大小头)设补偿器或固定墩进行保护,不仅增加了工程的初投资尤其增加了工程的实施难度。基于减少大管径变径管的保护数量,开展了直埋供热管道锚固段变径管及其两侧管段的受力分析。研究结果表明:一级变径时,、 MPa 、 MPa 时,管道循环温差依次在102℃、113℃、120℃以下时不需要保护;两级变径时,、 MPa 、 MPa 时,管道循环温差依次在92℃、96℃、100℃以下时也不需要保护。对于处于过渡段的变径管,超过上述温差范围仍有可能不加保护,但是与变径管所处过渡段的位置有关。除此之外,采取保护措施才是必要的。
关键词供热管道变径固定墩受力位移
0 引言
工程实践中,供热管道直埋敷设不可避免地要变径,变径对变径管两侧管道的应力和安全产生了一定的影响,特别是变径管小头和直管连接处。变径管小头和直管连接处是直埋供热管道的薄弱点,容易破裂漏水,对于大管径的多级变径有可能造成灾难性的后果。文献规定DN500以下的直埋供热管道变径处应设补偿器或固定墩进行保护[1] [2] ,对于DN500以上的变径管若采用相同的技术要求,工程实施有时难度很大。本文通过对变径管两侧管段的受力分析,得到了有选择的进行保护的结论和依据,使得相当一部分变径管不需要采取保护措施。与补偿器保护相比还减少了管网的故障源,节约了投资;必须保护时,首选固定墩,并提出了固定墩推力计算式,具有重要的工程应用价值。
含变径管的长直管线轴向力分布图
若忽略变径管两侧管道的沿途温降,则处于锚固段的变径管两侧管道将处于同一热应力水平,因此变径管两侧将承受不同的轴向力作用,如图1所示。
升温时,大管的轴向力通过变径管传递,作用于小管。大管侧局部管段与其它锚固段相比有一定的热膨胀,小管侧局部管段将额外增加压缩变形[3] [4]。在安定性状态下,变径管产生有限量的位移。轴向压力的变化如图1所示。
图1 管道轴向力分布
Graph1 The Distribution of Pipeline Axial Force
,—分别为变径管两侧锚固段的轴向力;
,—分别为变径管两侧自由端位移阻力;
—变径管的盲板力;—大管侧自由端距变径管长; —小管侧自由端距变径管管长; —大管侧最大过渡段长度; —小管侧最大过渡段长度; —大管侧局部伸长段长度;—小管侧局部压缩段长度; —变径管小头的轴向力; —变径管受到的土壤压缩反力.。,—分别为变径管两侧管道截面积,; —直埋保温管介质钢管的线膨胀系数, ; ——直埋保温管介质钢管的弹性模量, ; ——管道工作循环最高温度, ; ——管道计算安装温度, .
2 变径管小头的轴向力
变径管两侧直管段的轴向力
直埋供热管道锚固段的轴向力按下式计算:
(1)
式中:当时,
——管道的屈服温差,;——直埋管单长最小摩擦力, ;——直埋管介质钢管的泊松系数