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          波紋管補償器在直埋熱力管線工程中

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          波紋管補償器在直埋熱力管線工程中的應用

          發布日期:2018-04-08 作者:揚州邁翔 點擊:

          為順應居住生活質量不斷提高的發展趨勢,滿足小區居民對能源消耗不斷增大的需要,在小區4臺35t/h供熱鍋爐房的基礎上增裝了2臺6MW的供熱式汽輪發電機組,以熱、電、冷、生活熱水四聯供的方式不熱電聯產,為小區居民提供高效、優質、低耗的生活熱源。從而在節約能源、保護環境、減輕大氣污染、降低城市噪聲以及提高勞動生產率等方面為城市的居民供熱及熱能消費模式上走出了一條新路。


          為實現小區居民優質冷熱源的全天候供應,小區內埋設了管徑為φ50一φ500,總長約30000m的直埋熱力管線。管線介質溫度分別為7/12℃(空調冷水),60/50℃(空調熱水),60℃(生產熱水),95/70℃(采暖熱水),120/80℃(高溫熱水)。


          直埋熱力管線介質溫度從夏季的7℃到冬季的60℃,由管線施工時的20℃到運行時的120℃,Z大溫差為100℃。直線管段長度由一般的30-200m,從而給直埋熱力管線中熱力補償器的選用、設置、施工增加了一定的難度。


          因此,正確地選用、安裝波紋補償器,吸收入補償管線熱脹冷縮產生的位移;減小管線因溫度變化而產生'的冷熱應力;避免因應力集中對管線造成破壞;防止事故發生是直埋熱力管線工程設計、施工中不可忽視的重要環節。


          2 以自然補償替代元件補償,減少補償器的設置
          在直埋熱力管線的設計、施工中均要求按施工及驗收規范回填一定要求的黃砂。當管線上部為非承壓地面時,且熱力管外保護殼為聚乙烯外殼時,熱力管與土壤或黃砂之間的摩擦系數明顯減小,這無疑為熱力管線在溫度變化時產生自由位移提供了有利條件,熱力管的摩擦長度由此得以相應延長。從而可相應減少或免除補償器的設置。


          當然,熱力管線在夏季施工時選定較高的氣溫下管(一般應高于20℃),使熱力管線的施工接近無補償直埋敷設工藝,也是減少或免除補償器設置約有效方法之一。


          值得注意的是當熱力管線采用玻璃鋼保護殼時,由于玻璃布和涂料的混合纏繞,造成保護殼外表面凹凸不平,使得摩擦阻力增大,導致管線的摩擦長度縮短。這時,不僅不能隨意減少補償器的設置,反而應當相應增加補償器的設置數量。


          利用熱力管線走向的各種折彎(如L型彎、Z型彎等)進行自然補償,由此減少補償器的設置數量。從而降低熱力管線的工程造價,減少事故隱患,提高熱力管線運行的可靠性,是熱力管線工程中解決應力補償的首選方案。


          3、直埋熱力管線摩擦長度的計算
          直埋熱力管線一般應按介質壓力進行強度計算,以確定管道的壁厚。強度計算是否應考慮外荷載應視工程的具體情況確定。
          管道直線段壁厚S的計算:
          S=(P·dy)/(2σtn)
          式中: P-- 管道的設計內壓,MPa;
          dy-- 鋼管的外徑,mm;
          σtn--鋼材的許用應力,MPa
          考慮溫度情況下軸向應力σat的計算:
          σat =-E·α(t2-t1)
          式中: E-- 彈性模量;
          t1--管道固定或回填土時的溫度,F;
          t2--Z高工作溫度,℃
          直埋熱力管外保護殼與土壤或砂層的單位長度摩擦力f的計算:
          f=μ·Pn·π·Dy
          式中: f--每m管長的摩擦力,N/m;
          μ--摩擦系數,μmax=0.6;μmin=0.2;
          Pn--土壤對外保護殼的壓力,N/m;
          Dy--外保護殼的直徑,mm
          軸向力與摩擦力相等時的關系式:
          F=f·Lf
          式中: F--軸向力,N;
          f--每m管長的摩擦力,N/m;
          Lf--摩擦長度,m
          摩擦長度:當直埋管線達到一定長度時,相應的管壁摩擦力與管線的軸向力相等,此時的管線長度即為摩擦長度。
          不同管徑的直埋熱力管,Z大允許摩擦長度和單位長度摩擦力的計算值如下表。
          表1 Z大摩擦長度和單位長度摩攘力的計算數值
          blob.png

          制表原始條件:
          管內壓力:1.6MPa;許用應力:130MPa;線膨脹系數:α=l2xIO-6/℃;彈性模量:
          E=2.08xlO5MPa;覆土深度'H=0·6m;摩擦系數 μ=0.4;土壤密度:ρ=1800kg/m3
          4、補償器的設置及管架
          一般來說,在兩個固定管架之間只設一個補償器。在補償器的一端設固定管架,另一端設導向管架。各管架的設置及距離大致如下:
          blob.png

          圖1補償器與各管架的相對位置
          補償器距固定管架的距離L1=4D,補償器距第一個導向管架的距離L2≤4D,距第二個導向管架的距離L3≌14D,D為管道外徑。
          立固定管架:承受管道推力作用的管架,一般設在管道的盲端、彎頭、變截面、閥門以及管線的分支處。


          次固定管架:設在補償器之間,起分割補償段作用的管架。次固定管架不承受推力作用,在管線正常工作時兩端受力相等,合力為零。
          導向管架:用來確保管線位移沿預定方向補償的管架。


          5、波紋管補償器的安裝
          波紋補償器是目前直埋熱力管線中普遍采用的熱力補償元件。


          在直埋熱力管線的常規設計和施工中,由于各類管架的施工難度較大,常受到小區地形條件的限制使得固定管架的基礎處理和施工難以進行。因此,在小區直埋熱力管線的施工中常常忽略各類管架的設置而采用其它方式加以解決,從而減輕了施工難度,縮短了施工周期,降低了工程造價。通過幾年的運行實踐證明,在具體施工中只要注意做到以下幾點,就可以在直埋熱力管線的施工中省略各類管架的設置。 5·1 注意做好緩沖墊的填放。


          利用正式的緩沖墊(一般為密度150kg/m3聚氨酷彈性體)或利用現場管道接頭發泡時產生的廢泡沫塊填放在彎頭,三通、大小頭及管線端頭的兩側,以預留出管線自由位移的空隙。


          5·2 避免熱力管線對波紋補償器產生彎矩作用。


          熱力管線在施工中由于不可避免地會出現不同程度的同心度偏差或敷設應力,從而使運行申的熱力管線嚴重偏離設計位置,因此導致波紋補償器在運行中受到不同程度的彎曲應力,影響波紋補償器的正常工作,甚至縮短波紋補償器的使用壽命,給熱力管線的安全運引留下了隱患。避免波紋補償器受到彎曲應力的破壞,是熱力管線施工中不可忽視的關鍵環節。


          分析波紋補償器受到彎矩作用的原因大致如下:
          5.2.1 管線對接時偏心較大。
          一般熱力管線在施工中特別是當質量監理不得力時,施工隊往往只求工程進度和經濟效益,造成焊口對接質量嚴重超標,出現較大的同,L-偏差。當同心偏差積累較大時,便使運行中的熱力管線對波紋補償器產生巨大的彎矩作用(如圖2)。


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          圖2 處于彎矩作用下的波紋補償器
          5·2·2 熱力管線在敷設時黃砂墊層不均勻或溝底不平吐導致管線偏心較大。


          當砂墊層不均勻或溝槽底不平時,即使管線對接同心度較好,在管線埋設之后,管線仍不在同一軸線上,甚至出現嚴重的波折現象。特別是當溝底的地耐力不一致或地面荷載差別較大時,又導致管線產生明顯的不均勻沉降。因此,當熱力管線投入運行后同樣會對波紋補償器產生彎矩作用。


          5.2.3管線在埋設時偏離管溝申心或受管溝側壁的作用,導致熱力管線對波紋補償器產生彎矩作用,由于管溝在開挖時受特定環境條件的限制,特別是受到上水、下水、煤氣、消防、電纜、通訊等各種管線的限制以及現場建筑土質的影響,常導致管溝的開挖無法滿足設計要求,有時竟出現管線屈服于管溝的現象。熱力管線受管溝的制約勢必產生極大的偏心,造成熱力管線運行時波紋補償器產生較大的彎矩作用。避免熱力管線對波紋補償器產生彎曲應力是確保波紋補償器安全工作,延長使用壽命,提高熱力管線運行可靠性的關鍵。


          6 結束語
          直埋熱力管線工程無論是設計還是施工,均應遵循技術先進、經濟合理、安全適用的原則,為提高熱力管線運行的安全性,對于應設置補償器的管段應依據計算進行設置。如果為了慎重起見而過多設置補償器,不僅增加工程造價,同時還由于補償器設置過多而削弱了熱力管線運行的安全性和可靠性。值得注意的是,對于必須設置補償器的管段,一定要選用技術優良、抗扭力強、質量可靠的優質產品。


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