地下直埋供暖管道的膨胀和补偿

2018-10-20

管道的热膨胀 室外供暖管道通常分为一次供暖管道和二次供暖管道。一次供暖 管道压力不大于1.6MPa,热水温度不超过150℃。二次供暖管道压力 不大于1.2MPa,热水温度不超过100℃。管道从冷状态到工作状态其 温度变化很大,从而引起管道的热膨胀,通常室外供暖

管道的热膨胀
地下直埋供暖管道
    室外供暖管道通常分为一次供暖管道和二次供暖管道。一次供暖管道压力不大于1.6MPa,热水温度不超过150℃。二次供暖管道压力不大于1.2MPa,热水温度不超过100℃。管道从冷状态到工作状态其温度变化很大,从而引起管道的热膨胀,通常室外供暖管道的管线很长,热伸长值会达到很大。
    管线的热伸长值计算公式:
    △L=λ.L.△t毫米
    λ——管材的线性膨胀系数,毫米/米. ℃
    L——管段的长度,米
    △t——温度差,即管道输送介质的工作温度与当时环境温度之差,℃
    如果管段两端固定,那么由于膨胀,将在管壁内产生巨大的应力,其应力值计算公式:
    σ=E. △L/L兆帕
    式中σ——由于热膨胀产生的应力,兆帕
    E——管材的弹性模数,兆帕
    △L/L——管道的膨胀量与原长度之比。
    由于管道的热膨胀,对管段两端的固定点将产生推力,此推力计算公式:
    F=σ. A,兆牛
    式中A——管道的截面积,m2
    将σ代入上式,则得:
    F= Eλ△t. A
    我们取钢管的弹性模数E = 0 . 2 1 × 1 0 6MP a , 线膨胀系数λ=12×10-6米/米℃,将此两数值代入公式则得:F≈25. A.△t
    以某钢厂地下直埋供暖管道安装为例:管子外径为219mm内径为207mm其温差为105℃,那么对固定点所形成的推力为:
    F≈25. A.△t≈25. π/4(21.92 -20.72). 105≈10.5兆牛
    由此可见,由于热膨胀所产生的推力是很大的。
管道热膨胀的补偿
    管道热膨胀的补偿指的是管道吸收热膨胀,减小热应力的能力。管道热膨胀的补偿方法很多,有的采用管道本身的自然变形进行补偿;有的采用各种形式的热膨胀补偿器。根据地下直埋供暖管道的工作参数特点,且管线较长,如只依靠管道本身的自然变形将无法实现完全补偿,故必须采用附加的热膨胀补偿器。
    以某钢厂地下直埋供暖管道安装为例:管线长度4750米,螺旋钢管φ219mm×6mm,采用供、回水管相邻地下直埋布置。原设计为每隔150米安装一套方形补偿器。由于方形补偿器占地面积较大,涉及大量征用土地。不知何故业主在没有实现土地的临时占用的情况下,决定取消方形补偿器,改用管道安装的坡向及折角进行管道本身补偿。据此施工完毕后,进行供暖管道试运行时,不断发生管道渗漏。时值冬季,土方开挖十分困难,经常是为寻找一处渗漏点就发生了大量的人工和机械费用,且顾此失彼。经漏点位置分析,均在管道折弯处的焊口热影响区附近,且大部为管子本身撕裂。这样就造成了此供暖管道在当年取暖期没能运行的严重后果。由此可见对于管线较长的供暖管道只依靠管道本身的自然变形是无法实现完全补偿的,故必须采用附加的热膨胀补偿器。
    次年进行此管线返工改造,决定增设直埋式补偿器。经计算每150米管道热伸长量为189mm。故设计每隔150米安装一套直埋式补偿器。补偿器公称直径DN200,压力等级1.6MPa,轴向补偿量300mm。此补偿器由6个波纹管串联在一起,波纹管外有可使波纹管轴向移动的外套筒,即是保护装置,又保持了它的稳定性。直埋补偿器主要适用于轴向补偿,同时具有超强抗弯能力,所以不用考虑管道下沉的影响。另外,此补偿器具有安装简单,占地面积小的特点。
直埋式管道补偿器安装要点
1. 为使直埋式波纹补偿器起到补偿作用,被补偿管道两端必须设固定装置,防止管道受内压推力影响外移拉伸。
2. 补偿器的固定端必须要靠近固定装置,用补偿器的自由端补偿管道的热伸长量。
3. 根据补偿量设定两个固定装置的距离,补偿量一般不大于管径。
4. 试压过程中以补偿器不得出现拉伸现象为合格。
结 论
    经次年的管道返工改造后,在管道试运行时达到了一次合格,没有任何渗漏,保证了管道的安全经济运行。由此可见,地下直埋供暖管道由于热伸长所产生的推力是相当大的,故规范布置补偿器成为管道安装的必然,同时正确安装补偿器也是保证供暖管道安全运行的关键环节。