直埋式聚氨酯保溫管道的熱補(bǔ)償和設(shè)計(jì)

1前言

　　直埋式預(yù)制保溫管道，特別是各式各樣的保溫結(jié)構(gòu)型式的城鎮(zhèn)集中供熱或“熱、電、冷”三聯(lián)供的蒸汽管道正在外應(yīng)用，方興未艾。直埋管道的熱補(bǔ)償是zui重要的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于設(shè)計(jì)、制作、施工或生產(chǎn)操作上的多種原因，曾發(fā)生多起嚴(yán)重事故，造成不應(yīng)有的人身傷亡和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)多年、工程實(shí)踐和文獻(xiàn)資料，就直埋式預(yù)制高溫保溫管道的熱補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)和存在問(wèn)題，做一專題分析。

2　熱補(bǔ)償方式
在外直埋式預(yù)制高溫保溫管道應(yīng)用中，為克服因溫差（使用溫度和安裝溫度之差）造成的熱力管道脹縮和位移變化，設(shè)計(jì)上多采用以下4種方式進(jìn)行補(bǔ)償。
（1）管道（管件）的預(yù)熱（預(yù)拉伸）：一些大公司通常在直徑小于500 mm的管道中采用，但不廣泛；
（2）自然補(bǔ)償：設(shè)計(jì)柔性管件如彎頭、L型或之型彎管進(jìn)行熱補(bǔ)償，這是外采用較多的方式之一；
（3）一次性補(bǔ)償：設(shè)一次性補(bǔ)償器，在安裝試運(yùn)行后，焊死，此法外都有采用；
（4）設(shè)補(bǔ)償器：隨介質(zhì)溫度變化，管道脹縮、補(bǔ)償器對(duì)應(yīng)縮伸、吸收應(yīng)力和位移進(jìn)行熱補(bǔ)償。
補(bǔ)償器近年發(fā)展快，在直埋式管道中應(yīng)用也，型式有波紋式（內(nèi)壓、外壓、單雙向、變推力的平衡式、半平衡式及鉸鏈?zhǔn)剑?、套筒式（加注單封、雙密封、彈簧壓封及無(wú)推力式）以及老式∏型（方型）等。
由于波紋補(bǔ)償器設(shè)計(jì)采用zui多，暴露出的問(wèn)題也較充分，很需要我們、認(rèn)識(shí)和改進(jìn)。
本文僅就自然補(bǔ)償和補(bǔ)償器補(bǔ)償2種方式進(jìn)行討論。

3　熱伸長(zhǎng)量的計(jì)算和補(bǔ)償設(shè)計(jì)
為使直埋熱力管道在熱狀態(tài)下穩(wěn)定和安全操作，減小管道熱脹冷縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，防止管道*破壞和位移變化破壞保溫結(jié)構(gòu)，增大熱損失，必須進(jìn)行熱力管道熱伸長(zhǎng)量的計(jì)算及補(bǔ)償設(shè)計(jì)。
3.1　熱力管道熱伸長(zhǎng)量的計(jì)算
△L=α（t1-t2）L
式中　△L－管道熱伸長(zhǎng)量（m）；
α－管道在相應(yīng)溫度范圍內(nèi)的線脹系數(shù)［m／（m.℃）］；
L－計(jì)算管道長(zhǎng)度（m）；
t1－管道安裝溫度（℃）；
t1－管道設(shè)計(jì)使用（介質(zhì)）溫度（℃）
3.2　補(bǔ)償設(shè)計(jì)
（1）管道熱應(yīng)力、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)、計(jì)算；
（2）補(bǔ)償單元的設(shè)計(jì)、選擇（包括自然補(bǔ)償件或補(bǔ)償器）；
（3）保溫結(jié)構(gòu)的綜合分析和設(shè)計(jì)；
（4）引安全運(yùn)行壽命，特別是震動(dòng)下的疲勞壽命問(wèn)題。
除（1）、（2）外，（3）、（4）2點(diǎn)對(duì)高溫蒸氣預(yù)制直埋管道尤為重要，不單要考慮熱損失、能耗問(wèn)題，對(duì)于剛性的內(nèi)外管結(jié)構(gòu)，還要考慮應(yīng)力和強(qiáng)度的影響。

4　自然補(bǔ)償
所謂自然補(bǔ)償，就是管道中發(fā)柔性彎曲管段0口彎頭，L型、Z型彎管）吸收管道熱伸長(zhǎng)變形。
此方式優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠；缺點(diǎn)：產(chǎn)生橫向位移，不單是在彎頭處，在直線段也發(fā)生相應(yīng)位移，其保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)做充分考慮、設(shè)計(jì)。
近年來(lái)的深入表明，直埋管道由于保溫結(jié)構(gòu)型不同，已不能*套用架空或地溝敷設(shè)管道自然補(bǔ)償力算，因?qū)嵺`表明若套用將出現(xiàn)大的偏差，已造成多處破壞、泄漏事故發(fā)生。
4.1　設(shè)計(jì)原則
（1）轉(zhuǎn)角不小于70°，否則將出現(xiàn)應(yīng)力急劇上升，易發(fā)生問(wèn)題；
（2）轉(zhuǎn)角大于150°，不起自然補(bǔ)償作用；
（3）L型長(zhǎng)臂不宜大于20～25 m。
（4）彎曲許用應(yīng)力σ（Q235材質(zhì)）不大于78.5 MPa。
4.2　彎管長(zhǎng)度計(jì)算
（1）L型（見(jiàn)圖1a）
l＝1.1×（△LD／300）1/2
式中　l－彎管長(zhǎng)度（m）；
△L－長(zhǎng)臂L的伸長(zhǎng)量（mm）；
D－管道外徑（mm）。
（2）Z型（見(jiàn)圖1b）

式中　l－彎管長(zhǎng)度（m）；}
E－管道材料彈性模量（MPa）；
D－管道外徑（mm）；
〔σbw〕－管道彎曲許用應(yīng)力（MPa）；
k－L1/L2；
△t－設(shè)計(jì)計(jì)算的管道介質(zhì)溫度與安裝溫度差（℃）。