直埋热力管道的强度设计计算
直埋热水管道和直埋蒸汽管道设计理论浅析
管道 由内压和持续外 载产生的应力属于一次应
力 ，它 是 为 了满 足 静 力 平 衡 条 件 而 产 生 的 。 当 应力 强度 达 到 甚 至 超 过屈 服 极 限 时 ， 由于 材 料 进 入 屈服 或静 力平 衡条 件 得 不 到 满 足 ，管 道 将
产 生过 大 变形 甚 至破 坏 。一 次 应 力 的特 点 是 变 形 为非 自限性 的 ，对 应 力 验 算 应 采 用 弹性 分 析
管道 直 埋 敷设 近 年来 也 得 到 了长 足 的 发 展 。经
过多年的探索 ，现 已出现理想 的预制直埋式 耐 高温复合保 温管，并探索 出一 整套 科学的 、实
用 的蒸 汽 管 道 直 埋 敷 设 设 计 方法 和节 点 处 理 技 术措 施 。直 埋热 水 管 道 和直 埋 蒸汽 管 道 在设 计 、
ｐｉｅ ｎ ｐ ｌ ｅ；ｓ ｒ ｓ ａｃ ｌ ｔｏ ｉ ｔｅ ｓｃ ｕ ａ ｉ ｎ；ｔ ｅ ｍａ ｎ ｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｌ ｈ ｒ ｌ ｉ ｓ ｌ ｔｏ ｔ ｔ ｒ ｕ
１ 慨
述
施工要 求上 均有很 大不 同 。本 文从 两种 管道 的应 力验算 、保 温结构 等方 面进 行分 析 和 比较 。
直埋 热水 管 道 和 直埋 蒸 汽 管 道 的应 力 验 算 均 采用 应 力 分类 法 … １。应 力 分 类 法 的 主要 特 点 是将 管 道上 的应 力 分 为 一 次 应 力 、二 次 应 力 和 峰值 应 力 三 类 ，并 采 用 相 应 的 应 力 验 算 条 件 。
和配套 ，并已有相应 的技 术规程做指导。蒸 汽
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冶 金 矿 山 设 计 与 建 设
１ ４
Ｍ ｅａ ｍｉ ｅｄ ｓｏ ｎ 翻 ‘ ｔｌ ｎ ｅＬｎ ａ ｄ Ｏ 皤由 ｌ
热力管道施工组织设计(直埋敷设管道)
目录一、工程概况及编制依据 (2)（一）、工程概况 (2)（二）、编制依据 (3)二、主要施工方法 (3)第一节直埋敷设管道土方工程 (3)（一）、开挖准备 (3)（二）、管沟开挖 (4)第二节管道安装 (5)（一）施工过程及工艺要求： (5)（二）采暖管道安装注意事项 (6)（三）管道水压试压 (7)(四)管线预热: (7)(五)系统冲洗 (7)第三节管道的防腐与保温 (8)（一）、管道的防腐 (8)（二）、管道的保温 (8)（一）.技术措施 (11)（二）、质量保证组织措施 (19)（一）、安全生产保证措施 (27)（二）、文明施工措施 (28)（三）、雨天施工措施 (29)一、工程概况及编制依据（一）、工程概况1.工程名称：2.建设单位：3.设计单位：4.工程地点：5.本工程主要特点：（1）主管线位于（2）该工程工期长,为17个月。
管道种类多包括φ820×10mm、φ630×8mm、φ478×7、φ377×7mm、φ273×6mm。
管道总长1.7万米，管道焊接要求质量高,直管段随机抽样探伤，探伤比例为20%，阀门管件100%探伤。
（3）管道管材采用螺旋焊接钢管预制保温管，主干管采用无补偿直埋敷设，支管采用有补偿直埋敷设。
（4）地区属多风、寒冷气候，施工时根据气候特点须采取必要的防护措施,冬季回填土前管道需进行70℃预热工艺。
夏季应注意防雨。
6.工程内容：（1）.本工程占新城中集中供热工程的1/4。
（2）.主要工程内容是沟槽开挖、沟槽铺砂、管道保温、管线的敷设与安装，砼支墩制作、管道预热、管周埋砂、管沟回填及余土外运。
（3）.系统参数：供热介质：130℃/70℃热水。
工作压力:1.6Mpa 试验压力:强度试验2.4Mpa，严密性试验2 .0Mpa。
（二）、编制依据本施工组织设计是根据建设单位提供施工图及有关施工说明，结合我方现场勘察进行编制。
(热能工程专业论文)直埋敷设供热管道应力分析与受力计算
哈尔滨Ｊ下程大学硕士学位论文
口＝１．２ｘ１０～ｍ／ｍ－℃，供水温度疋＝１３０℃，回水温度瓦＝８０℃，管道安装温度瓦＝５℃，管内介质工作压力Ｐ＝１．６ＭＰａ．外径见＝７２０ｍｍ，内径见＝７００ｍｍ。
１．管道内压应力
分析管道内压力产生的应力时，假设管道的内压作用在管道内没有压力损失，即管道内的内压力作用是定值。
数值分析时的模型可以简化为平面圆环的应力分析问题。
又因为管道是轴对称的，为了方便分析不同管径的内压应力可以取管道的１／４作为几何模型（见图２．６），单元模型采用结构实体单元ｐｌａｎｅ４２，网格为Ｑｕａｄ４ｎｏｄｅ。
图２－６管道的几何模型图
ＡＮＳＹＳ分析命令流如下：
，ＰＲＥＰ７
ＥＴ，ｌ，ＰＩ，ＡＮＥ４２
ｈｄｍＭＰ，１．０
ＭＰＤＡＴＡ，ＥＸ，ｌ，，２ｅ１１
ＭＰＤＡＴＡ，ＰＲＸＹ，ｌ一０３
ＣＹＬ４，０，０，０．３５，０，０．３６，９０
图２－７内压应力等效变形图
图２－８内压应力等效应力图
应力分析结果：见图２．７内压应力等效变形图，图２．８内压应力等效应
图２－９径向应力分布图
图２－１１周向应力分布图。
直埋热力管道计算表-2020
L=
20.00
20.00
△L'= △Lp= △L=
26.86 2.01 26.86
MPa ℃ ℃ ℃ m m N
MPa
合格 L≤
m N N m
m m mm mm mm
环向应力 管道屈服温差
温差取值,当t1-t0>△ Ty时，取t1-t0=△Ty 过渡段最大长度 过渡段最小长度 锚固段的轴向力
内压、热胀应力的当 量应力变化范围
结果一: (lc1=lc2=lcm)
N=
805376.92
N
结果二: (lc1≠lc2)
n1=77
m
U=
3.72
Q=
63264.52
B=
2827987.48
N1=
774265.48
N
N2=
747970.82
N
σbt+σpt≤3[σ] 水平转角管段的计算 臂长 平均计算臂长 弯头两侧等臂长时轴 向力
不等臂长lc1侧轴向力 不等臂长lc2侧轴向力
90.07
两过渡段管线总长 左侧活动端的伸缩阻 力右侧活动端的伸缩阻 力 驻点左侧过渡段长度
设计布置的管段长度 管段长度取值 弹性状态管段热伸长 量过渡段塑性压缩变形 量 管段热伸长量
结果:
强度满足要求
5.水平转角管段弯头的升温轴向力
lc1=
70.00
m
lc2=
9.00
m
lcm=
39.50
m
lc1≠lc2时,N值取结果二:N1、N2
2.直管道的轴向力
σt= △Ty= t1-t0=
29.43 116.76 115.00 115.00
Lmax= Lmin= Na=
大管径热力管道直埋敷设设计分析
大管径热力管道直埋敷设设计分析摘要：自改革开放以来，我国的社会经济和社会科技的发展速度惊人，促进了我国各个行业领域的发展脚步。
如今，供热管道的敷设在市场上得到了广泛的应用，并且理论性的知识已经逐步成熟。
但是在实际的工作中，由于缺乏专业的管理，导致在施工过程中受到一定的限制，出现各种各样的问题。
为此，施工单位应该重视工程的管理，加强做好工程的管理工作，满足施工要求。
本文主要针对供热管道工程在实际工作中的管理展开详细的分析。
关键词：热力管道；直埋敷设；设计探讨0前言在开展工程施工之前，相关人员应该先对施工现场进行实地考察，并根据实际情况做好工程的设计方案，这样才能保证施工工作的顺利进行。
现阶段，供热管道理论在市场上逐渐成熟，一般情况下，大部分的理论都是借鉴弹性理论知识，管道的管径热力一般都是控制在DN500左右。
由于管道的热力会对承轴的压力有一定的应力效果，甚至会影响着管道的硬度和强度，从而难以控制管道的稳定性。
但是近几年来，随着我国社会科技的不断发展，促进了我国管道的敷设技术的发展。
1 我国直埋管网设计存在的问题在直埋管网设计过程中，由于各种因素的影响，设计上还是存在一些问题，结合工作实际，总结出来当下我国直埋管网设计存在的一些问题，具体如下：（1）如今，由于我国的施工环境比较恶劣，再加上施工条件受到限制，大管径的热力管道直埋敷设工程受到了一定的影响。
在管道直埋敷设施工过程中，有一部分的施工工程需要高空工作，因此需要支架进行架空作业。
但是现阶段，大管径的管道直埋敷设的架空工作的施工技术在市场上尚未成熟，也没有丰富的社会阅历和社会经验，更加没有相关的建设法律依据，从而使得大管径的管道直埋敷设建设在施工过程中无法可依，其相关权益不能得到良好的保障，关于此类问题，需要相关的施工单位噬待解决。
（2）大管径的直径比较大，所以其管顶的覆土深度就越深，从而也将会缩短管道的整体敷设长度，在此工程作业中，其各个工作程序的工作量和工作难度都会有所增加，所需要的工程零件或者构件也随之增多。
浅谈城市直埋供热管道固定墩推力计算方法
是直管段强度验算的重点。A1A1 面管道施加给固定墩的轴向
力 P1=Na1=[αE(t1-t0)-νσt]A×106=17483kN
（3）
1.4 A2A2 面管道施加给固定墩的受力 P2
L2 段处的固定墩处于完全锚固段，其受到的主动力包括
热膨胀力和泊松力，因此，段的热膨胀被完全压缩。此时，
直埋供热管道的轴向内力等于主动力减去内压不平衡力。L2 段处的固定墩处于锚固段，合成推力时，此侧推力乘以 0.9
的安全系数。
P2=0.9Na2-Fn
=[αE(t1-t0)-νσt]A×106-PnA0=15634kN 1.5 主动土压力 Pa 和被动土压力 Pp
（4）
在施工时，虽然要对固定墩的土壤夯实，但是，土壤也
不是理想的刚性体，所以在热力管道实际运行时，固定墩存
在实际微量位移。在热力管道的运行过程中，随着温度的升
（1）
为计算固定墩处于锚固段还是过渡段，需要计算过渡段
最大长度：
( ) Lmax =
α E (t1 − t0 ) −νσ t
Fmin
Aax=586m，可知 L1 ＞ L2 ＞ Lmax。因此，固定墩
处于锚固段，管道热伸长完全受阻，热膨胀力完全转化为管
道内力。此时，是管道中内力、轴向应力最大的直线管段，
图 1 直埋管道固定墩受力模型 1.2 固定墩受力分析
固定墩宽、厚、高分别为 b、d、h，固定墩墩顶覆土高 度为 h1，在供热管道运行过程中，随着管内水温的升高，固 定墩在管道热膨胀力作用下，产生微量轴向位移，管道运行 时，固定墩受力如图 2 所示。
直埋供热管道的轴向力有主动轴向力和被动轴向力，主 动轴向力包括热膨胀力和泊松力，被动轴向力有土壤摩擦力、 补偿器位移阻力、主动土压力和被动土压力。固定墩在管道 运行过程中受力俯视图如图 3 所示。
直埋热力管道保温材料及热损失计算分析
直埋热力管道保温材料及热损失计算分析《江西能源》肖平华1999年第01期32页摘要本文介绍了目前国内外直埋保温管道预制保温管的技术性能；并通过计算分析得出采用此类保温材料要比采用地沟敷设的常规保温材料热损失减少40%左右，而且节约投资并缩短施工周期，建议有条件的供热工程应采用预制保温管直埋敷设。
关健词直埋技术预制保温管热损失热阻前言国内外直埋技术的发展，已经有60余年的历史，早在30年代，原苏联最初采用泥作保温材料，40年代又改用浇灌泡沫混凝土作直埋管道的保温材料。
实践证明，这些保温材料吸水率大，直埋管道腐蚀严重。
50年代初的美国、丹麦和加拿大等国的各大公司研制了预制保温管，即“管中管”技术，从而使管道直埋技术发展到了一个新水平。
国内在50年代曾采用过浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷设方式，70年代开始研究沥青珍珠岩保温材料的直埋热力管，取得了很大成绩，80年代我国出现了两种新型预制保温管：一类是天津大学根据国外经研制的保温结构为“氰聚塑”型式的预制保温管；另一种是引进国外生产线的“管中管”型式的预制保温管。
目前这种型式的预制保温管已先后在天津、北京、郑州等地进行大批量生产并广泛用于城市热力管网。
2直埋预制保温管技术性能国内外部份厂家生产的预制保温技术性能(见表1)表1国内外部分厂家生产的预制保温管技术性能氰聚塑直埋保温管是用硬质聚氨脂泡沫塑料作保温材料，外部用玻璃钢作防护外壳，钢管外壁刷一层“氰凝”作防腐层。
通用型适用于120℃以下介质的热力管网。
高温型适用于250℃以下介质的热力管网，其保温材料为硅酸镁发泡聚氨脂复合保温材料，保护外壳为玻璃钢。
第二种类型是“管中管”预制保温管，其保温材料为聚氨脂硬质泡沫塑料，保护外壳为高密度聚乙烯外套管，适用于120℃以下部介质的热力管网。
3保温层厚度及热损失计算保温层厚度应根据热损失法或经济厚度计算后并经综合经济效益比较后确定。
直埋管道的设计结构如图1所示。
图1直埋保温管结构示意图1热力管2主保温层3保温层4土壤5地面直埋管道的保温计算其原理与一般保温管道相同，但一般热力管的表面散热由外界空气吸收，而直埋管道由周围土壤来吸收，一般管道属于无限空间放热，直埋管道放热与管道埋设深度有关。
《供热工程》供热管道的应力计算与作用力计算
安定性分析方法
该理论进行应力分类，温度应力的强度条件为不出现循环塑 性变形的安定性条件
反映了钢材塑性变形和破坏的关系，充分利用了钢材的潜力 对于运行温度在85～150oC 的直埋管道，直管段一般可不设 置补偿器，也不预热
当固定支座设置在两个不同管径间的不平衡轴向力：
Pch PF1 F2
N
当固定支座设置计 对在波算有纹截管面堵补积板偿，的器对端，于头F套为筒、波补或纹偿有管器补弯，偿F器为的以有套效筒面补积偿，
管以及阀门的管器 近段外 似，套 以管 波内的 纹压内 半产径 波生为 高的直 为径 直轴计 径向算 计力的算：圆出面的积圆Pn面积PF
管道中因温度变化产生热胀变形，热胀变形不能完全释放， 产生了较大的轴向力和轴向应力，属于二次应力 如果二次应力超过了极限状态，管道只会产生有限的塑性交 形，但会造成钢管内部结构一定程度的损伤；循环往复的塑 性变形会使管道发生破损
15.3.2 直埋热水管道的荷载
土壤轴向摩擦力
轴向摩擦力的计算
F 管道g单位土H长土壤度壤密轴摩度D2向擦管，k 摩系顶kDg擦数覆／k力，土管m，与深道3N管度保/道，m护N保m层/护的m层外材径质，和m回填土类型有关
15.3.2 直埋热水管道的荷载
温度
管道工作循环最高温度(T1)取用室外供暖计算温度下的热网 计算供水温度
管道工作循环最低温度(T2)，对于全年运行的管网取30oC ； 对于只在供暖期运行的管网，取10 oC
计算安装温度(T0)，对于冷安装取安装时当地可能出现的最 低温度；对于预热安装取预热温度
L
L1
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直埋热力管道的强度设计计算
【摘要】本论文以管道直埋技能的概述为分析对象，并对直埋供热管道的效果及应力特色进行了阐述，结合该实际情况，对直埋热力管道的强度设计计算进行了探讨。
【关键词】直埋，热力管道，强度设计
一、前言
随着当今施工水平的不断提高，生产和生活中对施工过程以及施工质量的要求也日益渐高。
因此，积极采用科学的方法，不断完善直埋热力管道的强度设计计算就成为管道施工中十分紧迫的问题。
二、管道直埋技能的概述
管道直埋技能通常优于有沟埋敷，当前已运用于供热、输油等工程范畴。
关于这类疑问，经过数值办法处置，过于杂乱。
实践运用中假定保温层外表面温度均匀散布，这样就简化为单层域复连通疑问，该疑问已有解析解。
事实上，保温层外表面温度是不均匀散布的。
这些年在研讨保温层准静态热力损害以及管道强度和安稳性，剖析埋设区土壤的冻融状况和土壤的热物性改变等许多技能疑问都需求对直埋管道保温层及其土壤邻域的温度场和热流密度进行较精确的剖析，前述简化办法必定致使温度场核算欠精确，以致不能满意后继演算的需求。
三、直埋供热管道的效果及应力特色
所有使管道发生内力及应力的要素都称为效果(又称荷载)。
不一样类型的效果，使管道发生不一样性质的应力，进一步能够致使不一样办法的损坏。
温度和压力是热力管道上最主要的两种效果。
关于直埋管道，还有轴向位移发生的土壤轴向摩擦力和侧向位移发生的土壤侧向紧缩反力。
别的，在管道有些布局不连续处会发生应力会集，对应的应力称为峰值应力。
峰值应力不会致使明显的变形．但循环改变的峰值应力，也会构成钢管内部布局的损害，致使管道疲惫损坏。
因为土壤的均匀支撑，管道的自重没有发生自重弯曲应力，故通常忽略不计。
可是关于热网中常用的管道，其公称壁厚要远远大于该压力所需的规划壁厚，内压发生的实践应力也就远远小于管材的屈服应力。
相反，因为管道中热胀变形不能彻底开释，使管道发生了较大的轴向压力和压应力，其间轴向压应力能够与屈服应力处于同一数量级上。
因而，在直埋敷设热力管道中，内压的影响较小，管道发生爆裂的能够性很小，而温度的影响则较大，管道强度规划中应主要思考温度改变发生的循环塑性变形和疲惫损坏。
四、直埋热力管道的强度设计计算
1、直埋供热管道热力核算
直埋供热管道的敷设通常有两种办法:无抵偿办法及有抵偿办法。
无抵偿直埋供热管道敷设规划的理论基础是安定性剖析理论和弹塑性剖析理论。
实践证明，关于DN500mm以下，运用温度在150℃下的供热管道能够选用无抵偿敷设办法。
有抵偿直埋供热管道敷设分为有固定点和无固定点两种办法。
无固定点办法直埋管道敷设需求直管段长度小于两倍的两抵偿器间的最大距。
（一）、最大设备长度核算
直埋管道受热胀大伸长，因为外壳管与沙层之间的摩擦力束缚，因而在管道断面上发生了轴向应力。
在固定端处的轴向应力最大，在自在端处轴向应力为零。
（二）、管道纵向安稳最小埋设深度
直埋供热管道在运行时处于轴向紧缩状况，其安稳是靠上部的覆土来坚持。
因而，在直埋管道的上部要坚持必定的覆土深度。
因为其轴向力核算较为杂乱，通常工程上选用查表的办法。
2、直埋供热管道的规划关键
关于车间内直埋管道敷设，因为上面有地坪，覆土深度可适当削减。
别的，当直埋供热管道敷设已有不小于0.003的坡度，当其中止运行时，能够使管网凝结水(或冷凝水)经过自流扫除的情况下，覆土深度可在冻土深度以上。
关于北方酷寒区域，因为冻土深度较厚，假如供热管道直埋在冻土深度以下，开挖的土方量是很大的，规划时采纳以上办法可节约出资。
在车间内敷设时热抵偿器宜安置在地沟(弹性穴)内，上面设置活动盖板便于检修；在厂区敷设时热抵偿器宜安置在检查井内，但假如选用寿数次数大的直埋型波纹管抵偿器且选用焊接时，可直埋敷设。
直埋管道的最高点设放气阀，最低点设放水阀。
关于直埋蒸汽管道的敷设应每隔必定间隔设一个疏水设备。
放水阀和疏水设备安置于弹性穴或检查井内。
一起，弹性穴或检查井内应设有集水坑。
3、直埋供热管道保温布局
（一）、管中管预制保温管
保温资料选用硬质聚氨酯泡沫塑料，耐温性在120℃以下。
外套管是高密度聚乙烯管，适用温度规模是-60～120℃。
聚乙烯管具有较好的防水性，寿数较长。
导线，又称报警线，与报警显示器衔接，用于自动检测直埋供热管道是不是泄漏。
管中管预制保温管的标准为DN25～800mm，烟草行业通常用DN25～300mm的供热管道。
（二）、预制保温管
预制保温管由无缝钢管、导线、保温层、保护层4有些构成。
预制保温管保温层是硬质聚氨酯泡沫塑料，是一种热固性泡沫塑料，经过化学反应下构成很多
气孔，体积胀大几十倍。
（三）、复合保温管布局复合保温管布局保温层有内层岩棉成品或超细玻璃棉(或其他耐高温的保温资料)和外层的硬质聚氨酯泡沫塑料(或橡塑绝热资料)构成。
依据直埋供热管道运送的介质最高温度，可先选定外层预制定型标准的硬质聚氨酯泡沫塑料管壳，再核算出内层保温资料的厚度，取25～35mm厚即可。
保护层通常选用玻璃钢，因为此种保温布局能够现场制造，价格比预制保温布局低，适用规模广，可依据需求选用耐高温的保温资料。
4、直埋供热管道的安置和敷设
（一）、管材的挑选
埋地热力管道内压通常都很低，由内压致使的整体一次薄膜应力缺乏答应值的50％。
发生直接爆破损坏的能够性很小，损坏的最大能够是由温度应力致使的塑性疲惫损坏。
因而，在挑选管材时，应主要从抗疲惫功能来思考。
轴向温度应力与管壁横截面积的大小无关，添加壁厚并不能下降管壁内的轴向应力。
相反，它能够添加对固定墩的推力和过渡段的热伸长量。
因而，管壁应尽能够挑选较薄的标准。
在实践工程中有时因为供货条件的原因，同一直径的管子能够有两种以上的标准。
此刻，应留意避免不一样标准的管子混合运用。
（二）、管道的安置
直埋供热管道的安置应符合国家现行标准《城市热力网规划规范》的有关规则。
直埋供热管道穿越河底的覆土深度应依据水流冲刷条件和管道安稳性条件断定。
直埋供热管道上的阀门应能接受管道的轴向荷载，宜选用钢制阀门及焊接衔接。
直埋供热管道变径处(大小头)或壁厚改变处，应设抵偿器或固定墩，固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。
直埋供热管道的抵偿器，变径管等管件应选用焊接衔接。
（三）、管道的敷设
直埋供热管道的高处宜设放气阀，低处宜设放水阀。
管道应利用转角天然抵偿，可是10—60的弯头不宜用做天然抵偿。
从干管直接引出分支管时，在分支管上应设固定墩或轴向抵偿器或弯管抵偿器，并应符合下列规则：分支点至支线上固定墩的间隔不宜大干5m，分支点至轴向抵偿器或弯管的间隔不宜大于20m，分支点有干线轴向位移时，轴向位移量不宜大于50mm。
三通、弯头等应力对比会集的部位，应进行验算，验算不经过期可采纳设固定墩或抵偿器等保护办法。
当需求削减管道轴向力时，可采纳设置抵偿器或对管道进行预处置等办法。
当地基软硬不共同时，应对地基做过渡处置轴向抵偿器和管道轴线应共同，距抵偿器12m规模内管段不该有变坡和转角。
五、结束语
从实践出发对当前直埋热力管道施工中所遇到的问题以及措施等相关知识，进行了粗略的分析和研究。
综上分析，强度设计计算工作的主要任务是科学的方法，促进设计工作的开展。
参考文献
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[2]王乐；直埋敷设供热管道受力计算及计算软件开发研究[D]；长安大学；2008
[3]赵临东；集中供热工程中的直埋管道[J]；山西建筑；2003。