CN101482195B - 大口径供热管道无补偿冷安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了大口径供热管道无补偿冷安装方法，包括以下步骤：开挖沟槽，用来放置所述供热管道；向所述沟槽内填砂；将所述供热管道和相应的管道附件安装到所述沟槽内；进行沟槽回填；其中，所述供热管道的直埋净深度大于1.7m；所述管道附件包括大弯曲半径的弯头、折角、三通、异径管和阀门，其中所述折角为包括若干小于1度的小折角或采用半径大于5.0DN的弯头替换；并且通过对管道各节点的处理技术，使本发明提供的安装方法可适用于主管径大于DN1000的供热管道的敷设，并且安装简单，施工周期短，降低了维护费用，安全可靠。

Description

大口径供热管道无补偿冷安装方法

技术领域

本发明涉及供热管道的敷设方式，具体地涉及大口径供热管道无补偿冷安装方法。

背景技术

在二十世纪八十年代前后城市集中供热热网一般都采用管沟敷设方式，即热网沿砖或钢筋混凝土的管沟，管沟结构庞大、材料消耗多、施工周期长，是热网建设速度缓慢的主要矛盾所在。二十世纪八十年代，我国逐渐开始采用城市供热管网直埋技术；由于直埋技术具有其独特的优势，如能耗低、施工简单、节省投资、不会对周围环境造成破坏等，直埋技术在我国发展很快。

目前，国内在城市直埋供热管道的设计中普遍采用的安装方法主要是有补偿安装方式和无补偿冷安装方式。有补偿安装是指在供热管道上加装补偿器和固定支架，利用补偿器来吸收管道的热膨胀变形，从而使管道应力下降的模式。以前在井室内设置套筒或波纹补偿器，并配套设置套筒导向支座、管道固定支墩，因而造成了井室过大，这样施工周期长，增大了投资；后又发展为直埋式套筒补偿器及波纹补偿器，虽然降低了一些投资。但有些地方由于地下水中氯离子浓度较高对补偿器产生腐蚀，造成直埋补偿器破裂失效，不仅增加了检修及维护量，而且，增加了供热管道的安全运行隐患。

所谓无补偿冷安装技术是指直埋供热管道管段不设置补偿装置且不必预热，供热管道的整体焊接温度等于沟槽回填时的温度，即管线焊接和沟槽回填等安装过程都是在正常的环境温度下进行的。在冷态的环境温度下管道处于零应力状态，在运行工况下热应力增大，但应力变化范围始终控制在允许值之内。该设计方法在热水管道直埋敷设中可以发挥明显优势，利用温度应力具有自限性的特点，充分发挥管材的承载能力。无补偿冷安装直埋敷设，改变了以往利用补偿器来吸收管道的热膨胀变形从而使管道应力下降的模式，而是充分利用了钢材本身的强度应力特性，在降低应力水平的前提下实施的一种供热管道安装方法。对于无补偿冷安装方式，由于该方法技术难度高，对从设计、管道材料、保温、保护外壳以及施工等各个环节的要求非常高，所以采用无补偿冷安装的供热主管径一般都≤DN1000。

虽然无补偿冷安装具有很多优点，但是由于无补偿冷安装锚固段中管道轴向力较大，应力集中通常发生在管路附件处。在温度和压力变化过程中，应力集中引起的峰值应力，虽然将在很小的局部范围内产生循环塑性变形，仍然对这些管路附件要求强度较大。

目前，在国内≤DN1000管道的无补偿冷安装技术已经基本成熟，但是＞DN1000管道的无补偿冷安装技术在国内、乃至世界供热行业尚无先例，而随市场需求的变化开发大口径的无补偿冷安装技术就十分必要。

随着城市集中供热的区域越来越大，供热需求量也越来越高，对供热所要求的主管道也越来越粗，而且供热参数(主要是供水/回水温度)也越来越高，因此，对采用无补偿冷安装提出了更高要求，供热主管径≤DN1000的无补偿冷安装技术已经不能满足市场的实际需求，需要在主管径＞DN1000的无补偿冷安装技术进行探索。

发明内容

为克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种大口径供热管道无补偿冷安装方法，可适用于主管径大于DN1000的供热管道的敷设，并且安装简单，施工周期短，降低了维护费用，安全可靠。

为实现上述目的，本发明提供了大口径供热管道无补偿冷安装方法，本发明中所提及的“大口径”是指主管径大于DN1000的供热管道，该安装方法包括以下步骤：开挖沟槽，用来放置所述供热管道；向所述沟槽内填砂；将所述供热管道和相应的管道附件安装到所述沟槽内；进行沟槽回填；其中，所述供热管道的直埋净深度大于1.7m；所述管道附件包括大弯曲半径的弯头、折角、三通、异径管和阀门，其中所述折角为包括若干小于1度的小折角或采用半径大于5.0DN的弯头替换；所述阀门采用三偏心双向硬密封焊接碟阀，其压力等级为2.5～3.9MPa。

所述大弯曲半径的弯头的弯曲半径大于4.0DN，其壁厚比相同管径的直管管壁厚2～4mm。

所述三通的支管上设有Z型弯，所述Z型弯距主管的距离为10～15m。

在进行沟槽回填的步骤中，回填夯实系数大于94％。

所述供热管道包括由内到外依次紧密连接的钢管、聚氨脂泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外护管。

本发明的优点在于：

对于大于DN1000的供热管道，通过增加敷设净深度，例如大于1.7m，从而有效地防止了管系的纵向失稳。由于不需采用补偿器，而且管道的附件少，安装简单，施工周期短。另外，由于取消了固定墩，减少了检查井，占地少。管道的锚固段较长，管路附件少，维修管理工作量少，运行安全可靠。管网停运期间管道处于低应力状态，管道维修施工和分支安装不必采取特殊措施；减少了系统中危险点的数量，提高了管网安全性，维护费用低，节约了工程资金；投资少，无额外补偿装置所需要的费用；泄露点少，便于维修。

将大折角分解为若干小于1度的小折角或采用半径大于5.0DN的弯头替换可以将应力分散，从而避免了折角处由于预应力集中而产生低循环疲劳破坏或局部失稳破坏。

采用大弯曲半径的弯头，其弯曲半径大于4.0DN，壁厚比相同管径的直管管壁厚2～4mm，可以增加弯头的刚度，将应力分散，减少弯头的摩擦阻力，降低压降损失，同时使补偿能力最大化。

在三通的支管上采用Z型弯，并增大三通管壁厚，以提高三通总体强度并有效降低三通处的应力。

采用三偏心双向硬密封焊接碟阀，其压力等级为2.5～3.9MPa，来保证整个管道没有因阀门而产生的漏点。

采用工作钢管、聚氨脂泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外护管紧密地连接成一个“三位一体”的结构，保证当管道温度变化时，钢管的热胀冷缩变形可以通过保温层传到外护管，使外护管与周围回填土之间发生滑动，同时外护管上的土壤摩擦阻力又通过保温层限制钢管的热胀冷缩变形。

在沟槽内管道周围填砂，可以有效地提供对垂直荷载的支撑，和回填土相比，减少了预制保温管保温层的垂直受力，使管底坚实、稳定，管道沉降沿管长方向均匀一致。

沟槽回填夯实系数大于94％，可以提高土壤密度，为保温管提供结构支撑，将有效减小管道的环向挠曲及局部应力。

从近两个采暖期的供热效果以及供热温度已达120℃的实际情况来看，该管系没有发生过任何事故，可以说管道是非常安全的、可靠的、稳定的，完全证明了该安装方法的正确性。

附图说明

图1为根据本发明提供的安装方法安装的保温管及沟槽的横截面图。

具体实施方式

对于直径为DN1100的供热管道，总体可采用以下安装方法：

土方开挖前应先测量放线、测量高程→开挖沟槽，开槽-3.2米左右→平整并将杂物清除干净→组织监理、设计单位进行验槽→验槽合格后填砂(夯实)→将直埋预制保温管和管道附件放入沟槽，并对保温管进行校准对接并进行焊接→对焊接质量进行外观检查和无损探伤→合格后进行管道的强度试验和严密性试验→试验合格后对直埋预制保温管的接口进行保温补口→进行沟槽回填(夯实)。

特别地，要增加沟槽的深度，即对于DN1100直埋管道敷设净深度应大于1.7m。而且，优选地，管道4横断面的回填结构必须严格按照图1中的直埋管剖面图进行。管道周边及胸腔应回填不少于200mm的中砂1。中砂层上应回填不少于300mm的粉状回填土2后方可回填原土3。由于采用无补偿冷安装技术，所以要求施工方严格按照上述要求进行各个环节的施工，管线填砂部位一定要保证砂子的密实度，要求对所有回填部位进行检测，必须保证回填夯实系数大于94％。

管道附件包括大弯曲半径的弯头、折角、三通、异径管、阀门等，应力集中通常发生在管路附件处。在温度和压力变化过程中，应力集中引起的峰值应力，虽然将在很小的局部范围内产生循环塑性变形，仍然对这些管路附件要求强度较大，为防止管系的纵向失稳，管道需增加敷设深度和管道壁厚。

针对市区地下障碍物较多，地下敷设的管道易产生折角的现象，在管道布置中将大折角分解为几个小角度(≤1°)折角进行敷设。对于相距较近的折角，由于将其分解为小折角会很困难，则采用大弯曲半径的弯管(优选地，弯曲半径大于等于5.0DN)来代替大折角。

要使用大弯曲半径的弯头，要求所有直埋管道大口径弯头的弯曲半径大于等于4.0DN，而且，弯头的壁厚比相同管径的直管管壁厚2～4mm。

通过增大三通管壁厚，以提高三通总体强度。在三通支管上设置Z型弯来降低三通处的应力，Z型弯距主管的距离为10～15m。

采用高密度聚乙烯预制保温管及耐高温的聚氨酯保温材料。这种预制保温管是采用“两步法”在对高密度聚乙烯外护层进行了电晕处理、钢管外表面进行抛丸处理后，立即进入聚氨酯发泡工位，聚氨酯泡沫塑料与高密度聚乙烯外护管在很短时间内紧密地粘结在一起，保证了工作钢管、聚氨脂泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外护管紧密地连接成一个“三位一体”的结构，从而构成管材整体式预制保温结构供热管道。

由于应力集中通常也发生在分段阀门和支干线阀门上，为了提高阀门的强度，优选选用焊接阀门，并将阀门压力等级提高到2.5～3.9MPa，使用三偏心双向硬密封焊接碟阀来保证整个管道没有因阀门而产生的漏点。

通过本发明技术方案实施的供热管系的供热温度已达到120度，而且安全、稳定、运行可靠；大量节省了补偿器的使用、减少了钢筋混凝土人井和固定支架，大大减少了投资；同时也节省了运行维护费用。

采用无补偿冷安装技术，不仅减少了一次投资，又减少了管网出现事故的概率，从而减少了维护及检修工作，减少了因设备检修而引发的社会矛盾，间接的维护了社会的稳定，因此，不仅增加了企业的经济效益，同时，也增加了社会效益。

Claims (5)

1.大口径供热管道无补偿冷安装方法，包括以下步骤：

开挖沟槽，用来放置所述供热管道；

向所述沟槽内填砂；

将所述供热管道和相应的管道附件安装到所述沟槽内；

进行沟槽回填；

其特征在于：所述供热管道的直埋净深度大于1.7m；所述管道附件包括大弯曲半径的弯头、折角、三通、异径管和阀门，其中所述折角为包括若干小于1度的小折角或采用半径大于5.0DN的弯头替换；所述阀门采用三偏心双向硬密封焊接碟阀，其压力等级为2.5～3.9MPa。

2.如权利要求1所述的大口径供热管道无补偿冷安装方法，其特征在于，所述大弯曲半径的弯头的弯曲半径大于4.0DN，其壁厚比相同管径的直管管壁厚2～4mm。

3.如权利要求2所述的大口径供热管道无补偿冷安装方法，其特征在于，所述三通的支管上设有Z型弯，所述Z型弯距主管的距离为10～15m。

4.如权利要求1或3所述的大口径供热管道无补偿冷安装方法，其特征在于，在进行沟槽回填的步骤中，回填夯实系数大于94％。

5.如权利要求4所述的大口径供热管道无补偿冷安装方法，其特征在于，所述供热管道包括由内到外依次紧密连接的钢管、聚氨脂泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外护管。

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