CN112253876A - 一种热水供热管异径半值补偿器及其敷设方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热水供热管异径半值补偿器及其敷设方法，包括内套直管和外套直管，内套直管和外套直管相套设置，所述内套直管一端在外套直管内连接一个呈喇叭口的异径导流环，异径导流环的喇叭口大直径端贴合外套直管内壁，所述外套直管连接大直径管，内套直管连接小直径管，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，将内套直管和外套直管焊接连为一体。本发明替代普通变径管，省去了在变径管两侧设置补偿器或者固定墩进行保护，节约了投资，减少了故障源；安装时，长直管铺设后即可对管道上方进行回填，只预留补偿器施工空间，施工影响范围小。

Description

一种热水供热管异径半值补偿器及其敷设方法
技术领域
本发明涉及城镇供热直埋热水管道工程技术领域，具体涉及一种热水供热管异径半值补偿器及其敷设方法。
背景技术
直埋敷设的供热预制保温管中包含直径较大的主管、直径较小的支管和连接在二者之间的变径管。管道投入使用后，管内压力会增加到不大于2.5MPa，管内温度升高到不大于130摄氏度，管道受热后会很高的三向应力。由于变径管结构的变化即不连续性，变径管上的综合应力产生积累，在变径管小头和小管焊接处峰值应力高达直管当量应力的2倍之多，如果放任不管，造成变径管的小管侧直管段和变径段的连接处造成破裂漏水，工程实践变径管事故频频发生。为此目前采用的应对措施手段：一是在靠近变径管的大管径管道上设置固定墩，防止大直径管道热膨胀力通过变径管压向小直径管道导致变径管小头和小管焊接处破坏；；二是在大直径管管或小直径管道上设置补偿器，以吸收管道轴向形变。然而，设置的固定墩需要承受的推力小则几十吨，大则几百吨，固定墩体积很大，有时管线途径线路甚至不具备实施条件； 设置补偿器增加了管系的故障源，增加了附近分支的横向位移，引起管系热力与热伸长的再分配，增加了设计施工难度。
发明内容
本发明的目的是提出一种热水供热管异径半值补偿器及其敷设方法，用异径半值补偿器替代普通变径管，省去了在变径管两侧设置的补偿器或固定墩，节约了投资，减少了故障源，同时还可以消减管道应力。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种热水供热管异径半值补偿器，设置于供热直埋管线的大直径管和小直径管之间，其中，所述异径半值补偿器包括内套直管和外套直管，内套直管和外套直管相套设置，所述内套直管一端在外套直管内连接一个呈喇叭口的异径导流环，异径导流环的喇叭口大直径端与外套直管内壁滑动贴合，所述外套直管的一端连接供热直埋管线的大直径管，内套直管另一端从外套直管另一端伸出连接供热直埋管线的小直径管，外套直管的另一端套住异径导流环向前伸出，伸出的外套直管环绕内侧壁设置有支撑环，支撑环与内套直管之间留有滑动间隙，在伸出的外套直管段与内套直管之间设置有防漏水密封，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，内套直管通过支撑环与外套直管焊接固定连为一体，其中：在热水为未加温的低温时，所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和。
方案进一步是：所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离至少是热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和的1.2倍，外套直管的另一端至小直径管的距离不小于喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离。
方案进一步是：所述内套直管外侧壁紧贴异径导流环喇叭口小直径端固定设置有防拉脱档环，所述支撑环有两个，分别称为第一支撑环和第二支撑环，第一支撑环和第二支撑环间隔设置，所述第一支撑环位于防拉脱档环一侧，所述防漏水密封设置在第一支撑环和第二支撑环之间。
方案进一步是：所述防漏水密封是橡胶密封档圈或密封膨胀剂，当为密封膨胀剂时，在环绕第一支撑环和第二支撑环之间的外套直管侧壁上设置有物料填充孔，密封膨胀剂通过物料填充孔填充在第一支撑环和第二支撑环之间。
方案进一步是：在第一支撑环和第二支撑环之间环绕均匀间隔设置有第一加强筋板，在第二支撑环至外套直管另一端的端面之间环绕均匀间隔设置有第二加强筋板，第二加强筋板首先焊接在第二支撑环端面上，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，将第二加强筋板与内套直管焊接使内套直管和外套直管连为一体。
方案进一步是：所述外套直管的一端与供热直埋管线的大直径管通过焊接连接或者通过法兰盘连接，内套直管另一端与供热直埋管线的小直径管通过焊接连接或者通过法兰盘连接。
方案进一步是：所述支撑环与内套直管之间留有不大于1mm的滑动间隙。
一种异径半值补偿器敷设方法，其特征在于，异径半值补偿器包括内套直管和外套直管，内套直管和外套直管相套设置，所述内套直管一端在外套直管内连接一个呈喇叭口的异径导流环，异径导流环的喇叭口大直径端与外套直管内壁滑动贴合，所述内套直管外侧壁紧贴异径导流环喇叭口小直径端固定设置有防拉脱档环，外套直管套住防拉脱档环向前伸出，伸出的外套直管环绕内侧壁设置有支撑环，支撑环与内套直管之间留有滑动间隙，在伸出的外套直管段与内套直管之间设置有防漏水密封，所述敷设操作步骤包括：
第一步，将装配好的异径半值补偿器放置在铺设的供热直铺管线的大直径管和供热直铺管线的小直径管之间；
第二步，将内套直管和外套直管反方向拉紧使得异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和，外套直管的另一端至小直径管的距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和；
第三步，将内套直管与小直径管连接，将外套直管与大直径管连接；
第四步，在供热直埋管线的大直径管和小直径管中通入热水，当热水的温度达到循环中温时，观测内套直管和外套直管膨胀伸长状态，当膨胀伸长状态稳定后，内套直管通过支撑环与外套直管焊接连为一体，异径半值补偿器的敷设完成。
方案进一步是：所述支撑环有两个，分别称为第一支撑环和第二支撑环，第一支撑环和第二支撑环间隔设置，所述第一支撑环位于防拉脱档环一侧，所述防漏水密封设置在第一支撑环和第二支撑环之间，在第一支撑环和第二支撑环之间环绕均匀间隔设置有第一加强筋板，在第二支撑环至外套直管另一端的端面之间环绕均匀间隔设置有第二加强筋板，第二加强筋板在装配时首先焊接在第二支撑环端面上，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，将第二加强筋板与内套直管焊接使内套直管和外套直管连为一体。
方案进一步是：所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离至少是热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和的1.2倍，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离不小于喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离。
本发明的有益效果是：
1.本发明用异径补偿器替代普通变径管，省去了在变径管两侧设置补偿器或者固定墩进行保护，节约了投资，减少了故障源；
2.异径半值补偿器在中间应力温度下将内套管与外套管端盖焊接，焊接后的异径半值补偿器既不需要保护也不存在流体泄露，还可以把作用到变径管的应力值降低一半；
3.异径半值补偿器的应用加之采用上述的施工工艺，安装时，长直管铺设后即可对管道上方进行回填，只预留补偿器施工空间，施工影响范围小；
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
附图说明
图1是本发明热水在加热前低温状态收缩后结构示意图；
图2是本发明通热水在循环中温膨胀伸长后状态结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种热水供热管异径半值补偿器，如图1和图2所示，异径半值补偿器设置于供热直埋管线的大直径管1和小直径管2之间，其中，所述异径半值补偿器包括内套直管3和外套直管4，内套直管和外套直管相套设置，图中的箭头为水流方向，所述内套直管直径与小直径管直径相等，外套直管直径与大直径管直径相等。所述内套直管一端在外套直管内连接一个呈喇叭口的异径导流环5，异径导流环的喇叭口大直径端滑动贴合外套直管内壁，滑动间隙不大于1mm，所述内套直管外侧壁紧贴异径导流环喇叭口小直径端固定设置有防拉脱档环6，防拉脱档环用于打压的事故状态，起到对补偿器的保护。所述外套直管4的一端通过焊接或者通过法兰盘7连接供热直埋管线的大直径管1，内套直管另一端从外套直管另一端伸出通过焊接或者通过法兰盘8连接供热直埋管线的小直径管，外套直管4的另一端套住防拉脱档环向前伸出，伸出的外套直管4环绕内侧壁固定设置有支撑环，支撑环与内套直管之间留有滑动间隙，滑动间隙同样不大于1mm，在伸出的外套直管段与内套直管之间设置有防漏水密封，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使外套直管段与内套直管伸缩稳定时，内套直管通过支撑环与外套直管焊接固定连为一体，其中的循环中温即管道循环工作最高温度与管道循环最低温度之和的一半。例如：热力设计供水温度130摄氏度，管道循环最低温度根据规范取10摄氏度，管道循环中温等于70摄氏度。假定设计供水温度130摄氏度，异径半值补偿器在70摄氏度下自由伸缩，热水温度等于70摄氏度时焊接，焊接后在70摄氏度时热应力为零。热水从70升高到130摄氏度，异径管受到60摄氏度温差的压应力。从70摄氏度降低到10摄氏度，异径管受到60摄氏度温差的拉应力。这样变径管的应力就从120摄氏度温差的压应力减小为60摄氏度温差的压应力。
需要给伸缩留出充分的空间，即：在通过热水前或在热水为未加温的低温时，所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和。
一个优选实施例是：所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离至少是热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和的1.2倍，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离不小于喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离，至少要与喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离相等。
防漏水密封的设置有几种结构，一种是在支撑环内环端面设置槽口，槽口中设置橡胶密封环，在本实施例中采用的是如图1和图2所示，所述支撑环有两个，分别称为第一支撑环9和第二支撑环10，第一支撑环和第二支撑环间隔设置，其中：所述第一支撑环一位于防拉脱档环一侧，所述防漏水密封设置在第一支撑环和第二支撑环之间。所述防漏水密封是橡胶密封档圈或密封膨胀剂，如果是橡胶密封档圈，在装配时直接套入。当为密封膨胀剂时，在环绕第一支撑环和第二支撑环之间的外套直管侧壁上设置有物料填充孔401，密封膨胀剂通过物料填充孔填充，填充后用封堵螺丝402堵死。
为了增强强度，在第一支撑环9和第二支撑环10之间环绕均匀间隔设置有第一加强筋板11，在第二支撑环至外套直管另一端的端面之间环绕均匀间隔设置有第二加强筋板12，第二加强筋板首先焊接在第二支撑环端面上，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，将第二加强筋板与内套直管焊接13使内套直管和外套直管连为一体。
实施例2：
一种基于实施例1的异径半值补偿器铺设方法，异径半值补偿器包括内套直管和外套直管，内套直管和外套直管相套设置，所述内套直管一端在外套直管内连接一个呈喇叭口的异径导流环，异径导流环的喇叭口大直径端与外套直管内壁滑动贴合，所述内套直管外侧壁紧贴异径导流环喇叭口小直径端固定设置有防拉脱档环，外套直管套住防拉脱档环向前伸出，伸出的外套直管环绕内侧壁设置有支撑环，支撑环与内套直管之间留有滑动间隙，在伸出的外套直管段与内套直管之间设置有防漏水密封，所述敷设操作步骤包括：
第一步，将装配好的异径半值补偿器放置在铺设的供热直铺管线的大直径管和供热直铺管线的小直径管之间；
第二步，将内套直管和外套直管反方向拉紧使得异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和；
第三步，将内套直管与小直径管连接，将外套直管与大直径管连接；
第四步，在供热直埋管线的大直径管和小直径管中通入热水，当热水的温度达到循环中温时，观测内套直管和外套直管膨胀伸长状态，当膨胀伸长状态稳定后，内套直管通过支撑环与外套直管焊接连为一体，异径半值补偿器的敷设完成。
其中：异径半值补偿器中的所述支撑环有两个，分别称为第一支撑环和第二支撑环，第一支撑环和第二支撑环间隔设置，所述第一支撑环位于防拉脱档环一侧，所述防漏水密封设置在第一支撑环和第二支撑环之间，在第一支撑环和第二支撑环之间环绕均匀间隔设置有第一加强筋板，在第二支撑环至外套直管另一端的端面之间环绕均匀间隔设置有第二加强筋板，第二加强筋板在装配时首先焊接在第二支撑环端面上，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，将第二加强筋板与内套直管焊接使内套直管和外套直管连为一体。所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离至少是热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和的1.2倍，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离不小于喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离。
所述外套直管与供热直铺管线的大直径管通过焊接连接或者通过法兰盘连接，内套直管与供热直铺管线的小直径管通过焊接连接或者通过法兰盘连接。
上述实施例的异径半值补偿器代替异径管布置在热水供热直埋管道的锚固段时（锚固段管道热膨力完全转化为热应力），由于异径半值补偿器具有伸缩功能，使与异径半值补偿器相连的两侧的锚固直管管段由锚固状态转换为可以伸缩状态，即管段类型由锚固段变为过渡段，并形成2个自然锚固点，安装异径半值补偿器过程中，当管线投入运行后，观察运行温度，当运行温度达到循环中温时，把异径半值补偿器的内套直管和外套直管焊接为一个整体。温度继续升高或降低，异径半值补偿器不再伸缩，以后异径半值补偿器等同于普通变径管，但是，所承受的管道应力等于锚固段应力之半。如将其画出应力图来，其最小应力线对应于循环最低温度水温，最大应力线对应于最高供水温度，中间应力线对应于循环中温。因此，当达到循环中温度，异径半值补偿器内套直管和外套直管焊接为一体，此时在锚固段应力升至一半，焊接后的异径半值补偿器应力为零。当温度升高至最大，异径半值补偿器承受压应力最大值为锚固段应力之半；当温度降至循环最低温时，异径半值补偿器受到拉应力值也等于锚固段应力之半。因此，因此从降低变径管局部压应力值的技术角度对变径管实施了的保护。
理论和实践都可以证明（目前国内供水温度130摄氏度，循环最低温按10摄氏度，按照最大压力计算，循环中温在70摄氏度左右），温差小于70摄氏度的管道变径管是完全可以承受的。
需要特别说明的是，不管供热管道的敷设采用冷安装还是预热安装，总是可以在安装了异径半值补偿器的供热管路投入运行后、达到循环中温时把异径半值补偿器的内套直管和外套直管焊接连为一体。不需要专门采用任何预热安装的临时热源，不需要整个管线敞沟预热延误工期、也不像覆土预热那样分段安装许多一次性补偿器，在投入运行后，仅在靠近异径半值补偿器两侧局部管段，通过异径半值补偿器在中间应力温度下由柔性变为刚性，不需要其他任何投入，变径直管应力就减小一半的原理来达到了保护效果。异径半值补偿器和一次性补偿器的本质区别，是利用异径半值补偿器代替变径管，把锚固段的异径管两侧局部转变为具有伸缩功能的过渡段。在供热初始温度升温到循环中温下，局部过渡段的热膨胀量被异径半值补偿器吸收，而远离异径半值补偿器的管段仍然维持锚固段。在应力中间温度下，焊接异径半值补偿器此时相当于一个普通异径管，从而降低作用在异径半值补偿器的应力到原来大小的1/2，达到取消固定墩或取消补偿器对异径管的保护措施。传统的一次性补偿器需要覆土预热，不但需要临时热源，还需要每隔一定的距离（小于2倍的过渡段长度）布置一对补偿器，整个管线不允许进入锚固段，补偿器会很多。例如10公里的供热直埋DN1000的直管道，中间有一个变径管，如果采用异径半值补偿器替代变径管，那么10公里管长，只有一个异径半值补偿器，该补偿器在运行温度到达应力中间温度时被焊接。如果是采用一次性补偿器覆土预热安装，则需要每隔400m布置一对补偿器，共计250只一次性补尝器，因此，节约了投资，减少了故障源。

Claims (10)

1.一种热水供热管异径半值补偿器，设置于供热直埋管线的大直径管和小直径管之间，其特征在于，所述异径半值补偿器包括内套直管和外套直管，内套直管和外套直管相套设置，所述内套直管一端在外套直管内连接一个呈喇叭口的异径导流环，异径导流环的喇叭口大直径端与外套直管内壁滑动贴合，所述外套直管的一端连接供热直埋管线的大直径管，内套直管另一端从外套直管另一端伸出连接供热直埋管线的小直径管，外套直管的另一端套住异径导流环向前伸出，伸出的外套直管环绕内侧壁设置有支撑环，支撑环与内套直管之间留有滑动间隙，在伸出的外套直管段与内套直管之间设置有防漏水密封，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，内套直管通过支撑环与外套直管焊接固定连为一体，其中：在热水为未加温的低温时，所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和。
2.根据权利要求1所述的异径半值补偿器，其特征在于，所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离至少是热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和的1.2倍，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离不小于喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离。
3.根据权利要求1或2所述的异径半值补偿器，其特征在于，所述内套直管外侧壁紧贴异径导流环喇叭口小直径端固定设置有防拉脱档环，所述支撑环有两个，分别称为第一支撑环和第二支撑环，第一支撑环和第二支撑环间隔设置，所述第一支撑环位于防拉脱档环一侧，所述防漏水密封设置在第一支撑环和第二支撑环之间。
4.根据权利要求3所述的异径半值补偿器，其特征在于，所述防漏水密封是橡胶密封档圈或密封膨胀剂，当为密封膨胀剂时，在环绕第一支撑环和第二支撑环之间的外套直管侧壁上设置有物料填充孔，密封膨胀剂通过物料填充孔填充在第一支撑环和第二支撑环之间。
5.根据权利要求3所述的异径半值补偿器，其特征在于，在第一支撑环和第二支撑环之间环绕均匀间隔设置有第一加强筋板，在第二支撑环至外套直管另一端的端面之间环绕均匀间隔设置有第二加强筋板，第二加强筋板首先焊接在第二支撑环端面上，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，将第二加强筋板与内套直管焊接使内套直管和外套直管连为一体。
6.根据权利要求1所述的异径半值补偿器，其特征在于，所述外套直管的一端与供热直埋管线的大直径管通过焊接连接或者通过法兰盘连接，内套直管另一端与供热直埋管线的小直径管通过焊接连接或者通过法兰盘连接。
7.根据权利要求1所述的异径半值补偿器，其特征在于，所述支撑环与内套直管之间留有不大于1mm的滑动间隙。
8.一种异径半值补偿器敷设方法，其特征在于，异径半值补偿器包括内套直管和外套直管，内套直管和外套直管相套设置，所述内套直管一端在外套直管内连接一个呈喇叭口的异径导流环，异径导流环的喇叭口大直径端与外套直管内壁滑动贴合，所述内套直管外侧壁紧贴异径导流环喇叭口小直径端固定设置有防拉脱档环，外套直管套住防拉脱档环向前伸出，伸出的外套直管环绕内侧壁设置有支撑环，支撑环与内套直管之间留有滑动间隙，在伸出的外套直管段与内套直管之间设置有防漏水密封，所述敷设操作步骤包括：
第一步，将装配好的异径半值补偿器放置在铺设的供热直铺管线的大直径管和供热直铺管线的小直径管之间；
第二步，将内套直管和外套直管反方向拉紧使得异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和，外套直管的另一端至小直径管的距离大于热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和；
第三步，将内套直管与小直径管连接，将外套直管与大直径管连接；
第四步，在供热直埋管线的大直径管和小直径管中通入热水，当热水的温度达到循环中温时，观测内套直管和外套直管膨胀伸长状态，当膨胀伸长状态稳定后，内套直管通过支撑环与外套直管焊接连为一体，异径半值补偿器的敷设完成。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述支撑环有两个，分别称为第一支撑环和第二支撑环，第一支撑环和第二支撑环间隔设置，所述第一支撑环位于防拉脱档环一侧，所述防漏水密封设置在第一支撑环和第二支撑环之间，在第一支撑环和第二支撑环之间环绕均匀间隔设置有第一加强筋板，在第二支撑环至外套直管另一端的端面之间环绕均匀间隔设置有第二加强筋板，第二加强筋板在装配时首先焊接在第二支撑环端面上，在内套直管和外套直管通过的热水温度达到循环中温使其伸缩稳定时，将第二加强筋板与内套直管焊接使内套直管和外套直管连为一体。
10.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述异径导流环的喇叭口大直径端至大直径管的可滑动距离至少是热水温度达到循环中温时内套直管和外套直管膨胀伸长距离之和的1.2倍，外套直管的另一端至小直径管的可滑动距离不小于喇叭口大直径端至大直径管的距离。
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