直埋式聚氨酯保溫管道的熱補償和設計

1前言

　　直埋式預制保溫管道，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用，方興未艾。直埋管道的熱補償是zui重要的關鍵技術之一，由于設計、制作、施工或生產(chǎn)操作上的多種原因，曾發(fā)生多起嚴重事故，造成不應有的人身傷亡和嚴重經(jīng)濟損失。根據(jù)多年、工程實踐和文獻資料，就直埋式預制高溫保溫管道的熱補償?shù)脑O計和存在問題，做一專題分析。

2　熱補償方式
在外直埋式預制高溫保溫管道應用中，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，設計上多采用以下4種方式進行補償。
（1）管道（管件）的預熱（預拉伸）：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）自然補償：設計柔性管件如彎頭、L型或之型彎管進行熱補償，這是外采用較多的方式之一；
（3）一次性補償：設一次性補償器，在安裝試運行后，焊死，此法外都有采用；
（4）設補償器：隨介質(zhì)溫度變化，管道脹縮、補償器對應縮伸、吸收應力和位移進行熱補償。
補償器近年發(fā)展快，在直埋式管道中應用也，型式有波紋式（內(nèi)壓、外壓、單雙向、變推力的平衡式、半平衡式及鉸鏈式）、套筒式（加注單封、雙密封、彈簧壓封及無推力式）以及老式∏型（方型）等。
由于波紋補償器設計采用zui多，暴露出的問題也較充分，很需要我們、認識和改進。
本文僅就自然補償和補償器補償2種方式進行討論。

3　熱伸長量的計算和補償設計
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產(chǎn)生的應力，防止管道*破壞和位移變化破壞保溫結(jié)構(gòu)，增大熱損失，必須進行熱力管道熱伸長量的計算及補償設計。
3.1　熱力管道熱伸長量的計算
△L=α（t1-t2）L
式中　△L－管道熱伸長量（m）；
α－管道在相應溫度范圍內(nèi)的線脹系數(shù)［m／（m.℃）］；
L－計算管道長度（m）；
t1－管道安裝溫度（℃）；
t1－管道設計使用（介質(zhì)）溫度（℃）
3.2　補償設計
（1）管道熱應力、強度的設計、計算；
（2）補償單元的設計、選擇（包括自然補償件或補償器）；
（3）保溫結(jié)構(gòu)的綜合分析和設計；
（4）引安全運行壽命，特別是震動下的疲勞壽命問題。
除（1）、（2）外，（3）、（4）2點對高溫蒸氣預制直埋管道尤為重要，不單要考慮熱損失、能耗問題，對于剛性的內(nèi)外管結(jié)構(gòu)，還要考慮應力和強度的影響。

4　自然補償
所謂自然補償，就是管道中發(fā)柔性彎曲管段0口彎頭，L型、Z型彎管）吸收管道熱伸長變形。
此方式優(yōu)點：簡單、可靠；缺點：產(chǎn)生橫向位移，不單是在彎頭處，在直線段也發(fā)生相應位移，其保溫結(jié)構(gòu)應做充分考慮、設計。
近年來的深入表明，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管道自然補償力算，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　設計原則
（1）轉(zhuǎn)角不小于70°，否則將出現(xiàn)應力急劇上升，易發(fā)生問題；
（2）轉(zhuǎn)角大于150°，不起自然補償作用；
（3）L型長臂不宜大于20～25 m。
（4）彎曲許用應力σ（Q235材質(zhì)）不大于78.5 MPa。
4.2　彎管長度計算
（1）L型（見圖1a）
l＝1.1×（△LD／300）1/2
式中　l－彎管長度（m）；
△L－長臂L的伸長量（mm）；
D－管道外徑（mm）。
（2）Z型（見圖1b）

式中　l－彎管長度（m）；}
E－管道材料彈性模量（MPa）；
D－管道外徑（mm）；
〔σbw〕－管道彎曲許用應力（MPa）；
k－L1/L2；
△t－設計計算的管道介質(zhì)溫度與安裝溫度差（℃）。