【摘要】：随着社会的快速发展，供热管道的直埋敷设具有施工周期短、维护量小、节约投资、寿命长、占地少的优点，已成为我国供热管网推荐的一种敷设方式。本文就发电厂直埋供热管道的设计与施工来进行探讨，以供大家共同学习之用。
【关键词】：直埋供热管道,发电厂,设计,施工
1、前言
随着《城镇直埋供热管道工程技术规程》的发布，标志着直埋供热管道敷设方式的技术已经很成熟，实际运用也越来越广泛。人们的生活是离不开热能的，热能要从热源输送到用户，是要通过管网系统的，热网是是城市供热的重要命脉，其连接着热源和热用户。直埋敷设以工程造价低、工期短、占地面积小等优点在供热工程中得到广泛运用，在热网设计中占据重要的地位。
2、直埋供热管的结构形式
目前, 供热管管道直埋敷设通常采用两种形式：玻璃钢外套管内滑动外固定式和钢套管外滑动内固定式两种形式。
2、1 玻璃钢外套管内滑动外固定式直埋结构
当温度在200 度以下, 地下水位比较低时, ,蒸汽直埋管道一般选用玻璃钢，是为了节省工程投资。外套管内滑动外固定式结构型式是指工作钢管与保温结构脱开设置, 工作钢管受热要膨胀, 此时钢管运动, 发生位移, 而保温结构与外套管构成一个整体结构, 不产生运动。工作钢管外表面应有约(4～7) mm 厚的润滑层, 保温结构内层用耐高温硅酸镁作隔热层, 外层采用聚氨脂发泡做为保温层, 外保护层则采用玻璃钢外护管。该种类型形式的直埋供热管道,一般采用钢筋混凝土结构的固定墩, 将工作钢管固定, 不需要导向支架
2、2 钢套管外滑动内固定式直埋结构
保温材料和工作钢管紧密结合就是外滑动, 将其构成成一个整体, 保温结构和工作钢管在管道热膨胀时同时运动。外套管与保温结构层之间有间隙, 此间隙起到加强保温和排潮的作用,。工作钢管与外套管之间每隔一段距离采用一组隔热导向环, 用来减少管道位移时的摩擦力。为防止热桥效应，一般内固定式结构是将工作钢管通过固定支架固定在外套管上, 隔热保温措施应设置在固定支架上。
3、直埋供热管道的设计方法
因为土壤受力是均匀的，一般忽略直埋管道的自重。供热管道的压力一般在(0.6—2.5)MPa，对于常用的管道，其壁厚要大于该压力所需的设计壁厚，内压产生的实际应力也就小于管材的屈服应力。但是如果管道中热胀变形不完全释放出来，就会使管道产生了较大的轴向应力和压应力。因此，在直埋敷设敷设管道中，内压的影响较小，管道产生爆裂的可能性是很小的，但是温度的影响则较大。管道应力计算中应考虑循环塑性变形和疲劳破坏。另外，由于承受轴向压力和压应力的作用，失稳问题在管道中还是存在着的。在运行工况下直埋管道的轴向压力最大，管线的整体失稳可能会由于压杆效应产生，尤其是温升较高的无补偿冷安装方式，温升作用全部转化为很高的轴向压力，整体失稳极易出现;当管道埋的较浅时，就会产生整体纵向失稳，整体水平失稳在管线附近平行开沟时，又很容易产生。所以，在直埋管道设计中，应防止管道的整体失稳出现。
4、防止直管破坏的设计方法
在直埋供热管道设计中应对管道的安全状态进行分析, 考虑管道可能出现的失效变形。直埋供热管道的失效包括强度失效与稳定失效两个方面。
4、1 强度失效
强度失效又分为：无限制塑性流动;循环塑性变形;疲劳破坏三种形式。(1)无限制塑性流动是内压在管壁中产生环向应力, 如果环向应力过大, 管壁就会出现无限制的塑性流动, 使管道爆裂或断裂。对于塑性流动，应对环向应力进行分析。由于内压环向应力为一次薄膜应力, 则应控制内环向应力小于基本许用应力。但是由于内压环向应力远小于其极限值, 故在城市供热管网中一般不会出现这种破坏方式。(2)循环塑性变形。,温度应力在直埋供热管道中起决定作用。当温度变化很大并且热胀变形又不能全部释放时, 升温过程会使管壁因轴向压应力而产生轴向压缩塑性变形, 当温度降低时则会使管壁因轴向拉应力产生轴向拉伸塑性变形。(3)通常在弯头、大小头及三通等管件处易产生应力集中容易出现疲劳破坏的现象。在温度和压力变化过程中, 应力集中引起的峰值应力只在很小的局部范围内产生循环塑性变形。首先是由于该区域是被弹性区域所覆盖的，爆裂或者断裂是不会发生的，峰值应力变化的越快，疲劳破坏所需要的周期就会越短。
4、2 稳定失效
稳定失效又分为整体失稳和局部失稳两种。(1)整体失稳。从整个管线看, 当不能完全释放热胀变形时, 轴向压力在运行工况下最大, 管线由于压杆效应极容易引起的整体失稳: 对于整体失稳, 应按杆件受压失稳模型进行稳定分析,(2)局部失稳。从管道局部看, 管道属于薄壳体。在轴向应力的作用下, 管道可能出现局部皱结, 引起局部失稳。对于运行温度交高且管径较大的热网, 应按受压薄壁壳体模型进行稳定性分析。
5、直埋供热管道的施工
直埋供热管道中热胀变形不能完全释放而产生应力。因此，通过不同安装方式的选择，可以让热胀变形的大小和变形的释放程度改变，进而改变管道的应力。零应力状态对应的温度决定热胀变形的大小，当提高零应力状态温度时，热胀变形的大小可降低。根据温度是否等于安装时的环境温度，管道可分为：冷安装和预应力安装。(1)零应力状态对应的温度等于安装时的环境温度就是冷安装。(2)零应力状态对应的温度等于预热温度就是预应力安装。补偿装置的设置影响着管道变形的释放程度，当设置补偿装置时，补偿装置吸收了附近管道的热胀变形，使附近一定范围内管道的热胀变形得到释放。根据热胀变形能否释放，管道又可分为：无补偿安装和有补偿安装。两固定墩之间或远离补偿装置而处于锚固状态的管道，其热胀变形不能被补偿装置所吸收就是无补偿安装。补偿装置附近处于滑动状态的管道，其热胀变形能被补偿装置所吸收就是有补偿安装。
6、直埋供热管道的布置和敷设
6、1 供热管材的选择
在选择管材时，应主要从抗疲劳性能来考虑，因为埋地热力管道内压一般都很低，发生直接爆破破坏的可能性很小，所以破坏的最大可能是由温度应力引起的塑性疲劳破坏。这就要求选择塑性比较好、易焊接的材质。管壁应尽可能选择较薄的规格，因为轴向温度应力与管壁横截面积的大小无关，壁厚增加并不能降低管壁内的轴向应力。在实际工程应注意避免不同规格的管子混合使用。
6、2 供热管道的布置
直埋供热管道的布置应符合国家现行的有关规定。应根据水流冲刷条件和管道稳定性条件确定直埋供热管道穿越河底的覆土深度。直埋供热管道变径处或壁厚变化处，应设补偿器。直埋供热管道的补偿器，变径管等管件应采用焊接连接。
6、3 供热管道的敷设
气阀应设置在直埋供热管道的高处，放水阀设置在低处。管道应利用转角自然补偿。分支管从干管直接引出时，在分支管上应设轴向补偿器或弯管补偿器。三通、弯头等应力比较集中的部位，应进行验算，验算不通过时可采取设补偿器等保护措施。当需要减少管道轴向力时，可采取设置补偿器的措施。当地基软硬不一致时，应对地基做过渡处理。直埋蒸汽管道的设计与计算, 应根据厂区的土质、地下水位和管道埋深等条件, 选择合适的直埋保温型式, 合理地选择补偿器类型, 保证管道运行的安全性和可靠性。其次, 还应该加强施工管理, 达到节约工期、降低工程造价、节能降耗、减少施工工作量的目的。
7 结尾
直埋供热管道的设计与施工, 首先要根据土质、地下水位和管道埋深等条件, 选择合适的合理地选择补偿器类型和管材及敷设方式，保证其运行的安全性和可靠性。其次, 要加强施工管理, 节约工期、降低工程造价的目的。供热管道采用直埋敷设方式, 可以减少建材用量和土建费用; 使得管道热损耗低, 可以很好的节约能源; 使用寿命长, 维护费用低。因此, 直埋敷设供热管道, 在我国城市供热事业已经得到了很好的应用, 同样在火力发电厂也具有很好的应用前景
【参考文献】
[1]《热能工程设计手册》汤惠芬等，机械工业出版社
[2] 《城市供热手册》范季贤等，天津科学技术出版社
[3] 《管道应力分析与计算》王致祥等，水利电力出版社
[4] 《土质学与土力学》洪毓康等，人民交通出版社
