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直埋保溫管道直埋無補償敷設技術(二)

發布時間:2020/07/27

2 直埋熱水管網系統 

2.1 熱水管道直埋無補償敷設系統設計 

2.1.1 建立熱水管道直埋無補償敷設系統設計理念 

        中國一汽集團公司供熱系統改造項目,熱水管道直埋無補償敷設系統設計,是應用直埋無補償敷設技術的成功范例。在工程立項論證、可行性研究分析、施工圖設計、制造、安裝、運行調試全過程,始終貫徹熱水管道直埋無補償敷設系統設計理念,應用歐洲標準。 

        熱水管道直埋無補償敷設系統設計理念,包括保溫直管、保溫管件、保溫接頭、保溫閥門的設計、制造、安裝皆要符合歐洲標準。 

        我國目前尚未制定保溫管件、保溫接頭、保溫閥門的相關設計、制造、安裝標準。制造廠家產品質量參差不齊,安裝施工質量難以保證,這方面標準的制定刻不容緩,已經較大制約了直埋無補償敷設技術的應用和發展。 

        完善管件和閥門的強度計算模型,合理地設計管道及管件的結構,充分利用管道的自身承載能力,大限度地減少補償器的設置。補償器是供熱管網的薄弱環節,補償器的設置增加了管網的事故概率。閥門法蘭連接處是跑、冒、滴、漏頻發的地方,是造成熱損失的一大頑疾。采用直埋保溫焊接閥門,大限度地減少檢查井的設置,簡化熱水管道系統的構成,應是熱水管道直埋系統設計的研究與發展方向。 

2.1.2 熱水管道直埋無補償敷設系統設計方法 

2.1.2.1 熱水管網直管強度設計 

        熱水管網直管一次應力(工作壓力在直管中產生的應力)須保證小于屈服,以防止管道出現塑性流動,考慮到安荃系數,分析的強度條件為小于基本許用應力。二次應力亦稱溫度應力(熱漲冷縮不能自由釋放,在直管中產生的應力,如溫度升高產生的軸向應力),二次應力的有限塑性變形不會引起破壞,但為了保證熱水管網運行期間處于安定狀態,須保證一次應力和二次應力的變化范圍小于2倍,考慮到安荃系數,分析的強度條件為小于3倍的基本許用應力。三次應力亦稱峰值應力(承受一次應力和二次應力直管向管件釋放變形,在該管件上產生的應力)僅出現在有限的局部區域,其引起的塑性變形對熱水管道內部的金屬結構造成的損傷小,可以允許一定次數的循環塑性變形的出現,允許的循環次數與應力變化的范圍有關。為保證熱水管網,要根據運行參數的變化控制一次應力、二次應力、三次應力的變化范圍,考慮到安荃系數,其疲勞分析的強度條件為小于6倍的基本許用應力。 

        熱水管網直埋敷設中,直管段在一定的工況條件下,可能出現循環塑性變形、整體失穩、局部失穩等破壞現象。整體失穩、局部失穩取決于溫度變化的軸向應力,可以采用設置補償裝置以釋放熱漲變形的有補償方法,或者采用預熱、設置一次性補償裝置而減少熱漲變形的預應力方法。循環塑性變形取決于溫度應力變化的范圍,為降低溫度應力變化的范圍,只能采用設置補償裝置的有補償方法。 

2.1.2.2 熱水管網管件的強度設計 

        直埋熱水管網管件,如:彎頭、大小頭、三通、閥門等,可以產生疲勞破壞。管件的破壞取決于其本身結構和所連直管的熱脹變形向該管件的轉移。設計中可以采用如下方案解決: 

管件的結構要采用強度特性好的結構、尺寸,以降低應力;設置必要的固定墩,阻止熱脹變形向管件的轉移;局部設置有補償方法,吸收熱脹變形,減少熱脹變形向管件的轉移。 

因此,在目前我國無相關標準的情況下,宜選用符合歐洲標準制造的管件和直埋焊接閥門。 

2.1.2.3 熱水管網系統的強度設計 

        熱水管網系統補償器或補償彎管的設置,不僅由直管的強度和穩定條件確定,還取決于連接直管的管件及閥門的強度。 

        直管可以采用無補償冷安裝時,并不能保證熱水管網系統皆可以采用無補償冷安裝。為使熱水管網系統管件及閥門處于安荃狀態,須根據管件及閥門的強度來決定是否設置補償裝置。熱水管網系統不同的管段選擇不同的安裝方式是熱水管道直埋無補償敷設設計的重要環節。 

2.1.2.4 熱水管網系統的控制與報警設計 

        中國一汽集團公司供熱系統改造項目,熱力站采用組合式換熱機組,熱力站采用就地、遠程檢測和控制,按無人值守標準設計,運行參數異常可在控制監控,并設置聲光報警裝置。幾年運行的實踐,效果良好。 

        直埋熱水管網系統出現泄漏,早期發現、查找、檢修較為困難,多為某個區域參數出現較大異常和冒水直地面時才被發現,已造成較大損失。近年來,滲漏檢測報警系統已較為普遍地應用在熱水管網系統,然而,時至今日,滲漏檢測報警沒有體現在相應的行業規程之中,國內大型熱網鮮有完整的報警系統的運行、使用。《城鎮直埋供熱管道技術規程》(CJJ/T81-98)中又無相關內容要求,因此,應盡快修改、補充相關內容,適應技術發展的需要。 

2.2 預制保溫管制造 

        汽車集團公司供熱系統改造項目,其目標為20世紀末國際先進水平。直埋無補償技術在大型城市集中供熱系統中應用,其本身是一個系統工程,而我國又缺乏相關的標準、規范、規定、手冊、資料等。 

        項目之初,首先將擬執行的標準系統化。即:預制保溫管須執行我國行業標準《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》CJ/T114-2000,同時須滿足歐洲標準《地下敷設熱水管網的整體式預制保溫管系統-由工作鋼管、聚氨酯保護溫層和高密度聚乙烯外套管組成的保溫管》的相關要求。管件執行EN253-1994、《地下敷設熱水管網的整體式預制保溫管系統-由工作鋼管、聚氨酯保護溫層和高密度聚乙烯外套管組成的保溫管件》EN448-1994歐洲標準;閥門執行《地下敷設熱水管網的整體式預制保溫管系統-由工作鋼管、聚氨酯保護溫層和高密度聚乙烯外套管組成的保溫閥門》EN488-1994歐洲標準;保溫接頭執行《地下敷設熱水管網的整體式預制保溫管系統-由工作鋼管、聚氨酯保護溫層和高密度聚乙烯外套管組成的保溫接頭》EN489-1994歐洲標準的要求。 

        因此,對制造商提出較高要求,從國內眾多預制保溫管生產廠家,篩選符合上述要求的備選供應商,以招標形式確定供應商,選定好的供應商,生產出高質量的保溫管及保溫管件,是保證工程質量的重要基礎,也是實現設計目標的可靠保證。實踐證明:中國一汽集團公司供熱系統改造項目供應商的擇選和招標是成功的,工程投資概算:14918萬元;工程投資決算:13000萬元。單位供熱面積造價十分經濟,成為行業的樣板工程。 

        由于預制保溫管企業具有較高的回報率,全國有數百家預制保溫管生產廠,其生產規模和產品質量差異較大。部分預制保溫管生產廠不嚴格執行《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》CJ/T114-2000行業標準。鋼管不經過拋丸處理;套管內表面不進行電熨處理、密度、強度、厚度、機械性能、斷裂伸長率等不符合要求;聚氨酯泡沫塑料閉口率、吸水率密度、強度、厚度等不符合要求。劣質的高密度聚乙烯外殼起不到整體防水作用,保溫層粘結力低、鋼管不經過拋丸處理、套管內表面不進行電熨處理,無法形成三位一體的結構。 

熱水管網系統的管件、閥門數量所占比例不大,但對系統起到十分重要的作用,目前我國還沒有適合熱水管道無補償輻射的管件標準、閥門標準。管件、閥門質量對熱水管網系統的整體密閉性影響大。使用質量差的管件、閥門,相當于埋下跑、冒、滴、漏等事故隱患的禍根。因此,編制、頒布我國適合熱水管道無補償敷設的管件標準、閥門標準的工作刻不容緩。可以這樣講,采用符合標準的預制保溫管、管件、閥門是直埋無補償設計和熱水管網系統工程成功的重要基礎。 

2.3 直埋熱水管網系統的安裝 

        中國一汽集團公司供熱系統改造項目設計、制造、安裝皆采用相關的歐洲標準,工程目標為30年免維護,運行5年來,未出現任何事故,一次主干網未出現跑、冒、滴、漏現象,運行實踐初步證明,工程可以達到30年免維護的目標。 

        管道的連接采用焊接,須保證焊接質量,鑒于目前國內管道安裝隊伍水平參差不齊,須有好的安裝隊伍、監理隊伍,一次網管道焊縫要執行GB50236-98《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》焊縫驗收,要進行100%射線探傷,以確保焊縫質量。 

        管道接頭、管件接頭的質量好壞亦至關重要,在目前國內尚無相關設計、制造、驗收標準的情況下,更顯得尤為重要。直埋熱水管道接頭質量不好,土壤中的水分會滲入,導致鋼管的腐蝕破壞和保溫效果降低,使熱網達不到使用壽命和熱損失大。中國一汽集團公司供熱系統改造項目管道接頭采用了熱收縮式套袖搭接接頭,即:由專用熱收縮帶通過火焰加熱收縮,將管道外殼和接頭套袖搭接處嚴密柔性連接,可保證接頭的密封防水,并消除接頭處的軸向熱應變。 

管道周圍須嚴格按照設計添沙,以提高管道的摩擦力,避免高密度聚乙烯外殼的破壞。在彎頭和三通附近宜加設墊片和加寬溝槽,以保證管道能夠產生一定的側向位移。 

另外,現場實際地面標高和設計標高出現差異,引起熱水管道埋深加大時,監理和施工單位應及時與設計溝通,是否修改設計,以便采取措施保證管道能夠產生側向位移,防止保溫層的損壞。 

2.4 直埋熱水管網系統的運行 

        熱力工作者皆知道,相同的供熱管網,是連續運行,還是間歇運行,兩者的情況是不同的。溫度變化頻繁,將加大鋼管材料的損傷,可能出現疲勞破壞。同樣的彎頭,溫度高的一次網未出現問題,溫度較低的二次網卻出現了問題,這種工程運行問題已經被許多熱網所證明。采用直埋無補償技術敷設的熱水管網系統運行,其供熱調節時應避免水溫的頻繁變化。 


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