522003年第1期大管径热力管道敷设设计实例分析马卫华☆魏明浩(河北唐山市热力工程设计院)[摘要]现在大型管道直埋敷设（管径大于DNS00)的设计理论还很不完普，而且设计经验也不丰富。通过介绍分析大型管道直埋敷设、直埋与架空相结合敷设的一些设计实例，介绍大管径管道敷设固定支架推力计算的方法，从而使大家对于大管径直埋敷设方式有一个更深的了解使大管径直埋敷设理论从经验上更加完普和丰富。[关键词]大管径管道直埋敷设架空敷设最大安装长度管道应力解决问题的方法，与大家共同探讨，希望能够起到一定的参1引言考作用。十几年前热力管网的直埋敷设方式还处于初级实验阶整个工程管网长2600m,管径为DN700,供热面积为162段，如今直埋管在供热领域的应用已经非常普遍，直埋理论万m2,供热介质为高温热水，管网供水温度110℃，回水温度在实际应用中也不断发展成熟，灵活运用直理理论到实际工0℃，设计压力1.6MPa,管网最大流量为2700h。由于该程中是每一个从事热力管网设计施工的单位部门的迫切愿县河流较多，而热网设计与桥梁设计不同步，固而管网过河望。本文涉及直埋敷设热力管道和架空敷设热力管道的理需要单设支架，架空过河。论，主要介绍实际设计中遇到的一些具体问题，比如直埋与(1)过河方式架空相结合敷设的情况，以及如何既合理又经济地计算大管管道直埋和架空衔接之处是这样处理的：管道上翻处做径供热管道的推力，如何实现设计的经济合理，如何减小施竖井，竖井上方加装防雨帽，竖井内管道弯头处加弯管托座，工的难度。管道最高处加放风，管道最低处加装泄水。管道直埋与架空衔接处采用固定支架固定，为减小固定支架推力，固定支架2直埋管网设计中的实际问题处加补偿器。做法参见图1：国内有关直埋管网设计理论大多采用弹性理论，直埋管道的管径控制在DNSO0以下，原因是直埋管道所受的轴向应力较大，管道甚至会发生塑性变形，管道强度及稳定性难以保证.但是近年随着供热事业的发展和国外先进供热经验技术的引进，目前唐山地区直埋管道最大管径已经做到DN1200,而且运行状况良好。(1)有关大管径（管径大于DN500)直埋敷设目前仍没有DN700直埋技术规程可采用，只是借鉴国外（比如芬兰）大管径管道热力管网直埋敷设的一些理论，一些经验，但是在实际设计过程中由于受到的施工条件和实际的施工环境的限制（比如供热管道需要过河敷设)，在直埋敷设过程中往往还遇到管道需要架空敷设的部分，直埋敷设与架空敷设如何衔接并没有现图1成的经验理论可以依据，架空管道部分如何处理才能节省工(2)过河管道的应力计算程造价一问题也成为一个迫在眉睫需要解决的实际问题。管网过河布置如图2，图3所示：(2)管径越大，管顶覆土深度越大，管道的最大安装长度就越短，固定支架个数就越多，补偿器个数就越多，管径越大，固定支架的推力就越大，相应的施工难度也就越大，工程造价也越大，施工过程中希望减少工程量，降低工程造价，这就需要加大安装长度，减少固定支架推力，从而减少固定支架和补偿器的个数实现降低工程造价的目的。(3)由于这样或那样的原因热力管道直埋敷设会遇到覆土深度不能满足热力管道设计规程要求的最小设计覆地深度的问题。3问题的解决图2这里就河北唐山地区某郊县的供热工程设计实例谈谈为节省工程造价，两侧立管上没有使用大拉杆横向波纹马卫华，女，170年生，工程师，唐山市热力工程设计院，063002002-0B-06建筑热能通风空调53补偿器，而是利用管道两侧弯头来吸收管道热伸长产生的横D一光管外径cm:向位移。这样设计时，管系必须严格进行应力验算。C一温度混合系数：一跨度m这里L=21m,C=0.22,D=72cm,K,根据/H=21/6=3.5,查计算表得飞=1060，，许用值取80Mpa.经计算，=1060×0.22×72/21×10-1=79.95Mpa<80Mpa所以管道强度验算可行。下面进行刚度验算：已知DN700架空管道滑动支架最大跨距为16m,而本设计中滑动支架跨距为8m,所以为保证管道的刚度，采用在重力荷载产生最大弯曲力矩作用处的管道上加焊肋板的图3方法增强管子纵断面的刚度。由于管道固定支架3,4处的自由臂长远远小于40倍的工程直径，所以不能按方形胀力进行应力验算，这种情况按本设计中在支架处管道的上方和支架间管道的下方加焊肋板，肋板用钢板切割制成。门形伸缩器计算其应力。用焊接肋板加强管道刚度的具体做法见图4，肋板沿管由热力管道计算手册知管道的弯曲应力为：道长度方向的尺寸见图3。计算方法如下：其中m一管道的弯曲应力Mpa:采用加两条并列肋板，管子在焊接肋板后组合断面的重K一管形系数：心位置Y,为：图4肋板总体积为0.054m3,密度为7.8/m其中Y,一管子和肋板组合断面的重心位置：肋板总重量为0.4212t<10%×12.8t.”D一管子外径cm:所以这样加肋可行。(3)有关直埋管道最大安装长度L的计算（指固定支架间的最长距离)，根据公式首先需要计算管道所受的摩擦力a一肋板高度Cm:大小。根据芬兰热力管网设计理论，每米管道摩擦力r的计a一肋板与管子中心线夹角（度）：算方法如下：经过多次试算得肋板尺寸a=40cm,8=3cm,a=21',此f=g H D (N/m)时组合断面对X:轴惯性矩和断面系数Is为式中一土壤与外壳管间的摩擦系数，（常用数值是0.25-Is =I+F(Ys-D/2)+2a &(D+a cosa/2-Ys)0.5)g一重力加速度9.81m/其中一原管子断面惯性矩cm4一管中心埋深(m)D一外壳管直径(m)W一原管子的断面抗弯矩am管道最大安装长度L的计算方法如下：W一组合断面对X:轴的断面抗弯矩cmL一原管道支架间距m式中[8]一许用应力MpaL一增加后的管道支架间距m下一管臂断面积c2这里1=140S07.9cm,W=3903c2L=16m,计算得：为使设计更合理，尽量增大固定支架间距，减少补偿器La=325927.2am4Ws=5066am3个数，则要求L的计算越准确越好，所以在计算摩擦力时要Ls=16×(5066/3903)/2=18.23m>18m精确一些，根据设计时可能的管道覆土深度分别计算管道的管道重量为0.608×21=12.8(t)。摩擦力。542003年第1期由于管径较大，设计压力高，所以管道的内压轴向力、波水，设计温度供水110℃，回水0℃，设计压力为1.4Ma.由纹弹性力很大，管径大摩擦力就大，这样管道固定支架所受原管径DN300改为DN800,管网的布置形式并不复杂，由于工推力就很大，固定支架尺寸很大，土建施工时就很困难，而且程是改造工程，5节点管道横穿2.2m×2.2m雨水方沟处的地又费事又费时，工程造价也高。根据热力管道供回水温度不势底，方沟早已形成不能变更，如果外径950mm的管道从方同，温差大的特点，设计时，采用供回水补偿器分别设计，供沟底下穿行，施工难度太大，走方沟上面时有20m长管道最小回水管道的推力分开计算，从而降低双管固定支架的推力。管道覆地土深度只有00m,为防止管道纵向失稳，采用混凝固定支架推力计算时，支架两侧推力抵消系数可以取大一土平台压在管道上方以保证管道的稳定性。混凝土平台的重些，当固定支架两侧均为补偿器时，计算补偿器的弹性力要量必须能够抵消管道受温度应力而产生的向上的力。具体做按补偿器实际运行的热伸长量计算。中间的固定支架处计法是在管道上方填250m厚中沙后，沿沟宽5m,沿沟长20m算支架两侧管管道推力时，千万不要忘记将管道整个区间的方向做1m长450mm厚的平台见图5。在这此处混凝土平台摩擦力计算在内，摩擦力要按要求实际埋深计算准确些，固用费旧的地沟盖板连在一起抹成一个整本增强管道的稳定定支架两侧的推力抵消系数也可选大一些。性。(4)推力计算：a.管道摩擦力：F,=「L,其中L为固定支架间的管道长土平台b.波补内压推力：Fp=APA为波纹有效截面积m2c.波纹补偿器的弹性力：FM=kx,其中k为波纹补偿器弹性系数，x为波纹补偿器的实际补偿量。图54结语固定支架两侧的安装波纹补偿器情况下固定支架推力通过计算分析，上述介绍的管径为DN700热力管网直埋计算：形如：和架空相结合的敷设方式不仅设计上合理，施工方面经济可行，而且经过一年的运行，不仅管道直埋部分运行效果良好，滑发生任何不良的情况，管道直埋与架空接口处没有发生异常情况。而且管道架空部分弹簧行程正常，架空和直埋支架也没有异常变形。DN800热力直埋管道敷设这一工程从98年投入运行以来管道运行状态良好，一切正常。中间固定支架处推力计算：如此可见只要设计合理，施工规范，大管径管道无论是直埋，还是直埋与架空相结合都是可行的。但是大管径管道直埋敷设管径最大放大到多大，管道直埋安装最大安装长度是否可以再加长等都有待于进一步研究探讨，大管径管道直埋理论还需要从事热力研究设计的工作者们的努力研究使之进需要说明的是，为安全起见，大管径管道的平面折角角一步完普。BEE度控制在1度范围内，垂直管道变坡控制在2%以内。另外下面以在唐山市区河西路至朝阳道支干线改造工程参考文献中遇到的直埋敷设有关埋深小的问谈谈解决方法。河西路至1赵廷元，岳学文，孙振安.热力管道设计手册.山西科学教育出版朝阳道支干线改造工程供热管网总长700m,热媒是高温热社，186.52汤惠芬，范季贤.城市供热设计手册.天津科学技术出版社，1922Explaination of designing big heating pipes laying under the groundAbstract The Designing of laying heating pipes whose diameter larger than five hundred millimeter is still aproject needs researching.By explaining the design sample about the big heating pipes system,We can get some ex-perience of design,get some laying methods of big heating pipes and calculation of push force of the braces.So wecan lay the heating pipes more completely,and make the theory of laying big heating pipes under the ground morecompletely.Keywords big heating pipes,laying under the ground,laying on the ground,largest installation length,stressof pipes,brace push force