直埋式聚氨酯保温管道的热补偿和设计

直埋式聚氨酯保温管道的热补偿和设计

1前言

　　直埋式预制保温管道，特别是各式各样的保温结构型式的城镇集中供热或“热、电、冷”三联供的蒸汽管道正在外应用，方兴未艾。直埋管道的热补偿是zui重要的关键技术之一，由于设计、制作、施工或生产操作上的多种原因，曾发生多起严重事故，造成不应有的人身伤亡和严重经济损失。根据多年、工程实践和文献资料，就直埋式预制高温保温管道的热补偿的设计和存在问题，做一专题分析。

2　热补偿方式
在外直埋式预制高温保温管道应用中，为克服因温差（使用温度和安装温度之差）造成的热力管道胀缩和位移变化，设计上多采用以下4种方式进行补偿。
（1）管道（管件）的预热（预拉伸）：一些大公司通常在直径小于500 mm的管道中采用，但不广泛；
（2）自然补偿：设计柔性管件如弯头、L型或之型弯管进行热补偿，这是外采用较多的方式之一；
（3）一次性补偿：设一次性补偿器，在安装试运行后，焊死，此法外都有采用；
（4）设补偿器：随介质温度变化，管道胀缩、补偿器对应缩伸、吸收应力和位移进行热补偿。
补偿器近年发展快，在直埋式管道中应用也，型式有波纹式（内压、外压、单双向、变推力的平衡式、半平衡式及铰链式）、套筒式（加注单封、双密封、弹簧压封及无推力式）以及老式∏型（方型）等。
由于波纹补偿器设计采用zui多，暴露出的问题也较充分，很需要我们、认识和改进。
本文仅就自然补偿和补偿器补偿2种方式进行讨论。

3　热伸长量的计算和补偿设计
为使直埋热力管道在热状态下稳定和安全操作，减小管道热胀冷缩时产生的应力，防止管道*破坏和位移变化破坏保温结构，增大热损失，必须进行热力管道热伸长量的计算及补偿设计。
3.1　热力管道热伸长量的计算
△L=α（t1-t2）L
式中　△L－管道热伸长量（m）；
α－管道在相应温度范围内的线胀系数［m／（m.℃）］；
L－计算管道长度（m）；
t1－管道安装温度（℃）；
t1－管道设计使用（介质）温度（℃）
3.2　补偿设计
（1）管道热应力、强度的设计、计算；
（2）补偿单元的设计、选择（包括自然补偿件或补偿器）；
（3）保温结构的综合分析和设计；
（4）引安全运行寿命，特别是震动下的疲劳寿命问题。
除（1）、（2）外，（3）、（4）2点对高温蒸气预制直埋管道尤为重要，不单要考虑热损失、能耗问题，对于刚性的内外管结构，还要考虑应力和强度的影响。

4　自然补偿
所谓自然补偿，就是管道中发柔性弯曲管段0口弯头，L型、Z型弯管）吸收管道热伸长变形。
此方式优点：简单、可靠；缺点：产生横向位移，不单是在弯头处，在直线段也发生相应位移，其保温结构应做充分考虑、设计。
近年来的深入表明，直埋管道由于保温结构型不同，已不能*套用架空或地沟敷设管道自然补偿力算，因实践表明若套用将出现大的偏差，已造成多处破坏、泄漏事故发生。
4.1　设计原则
（1）转角不小于70°，否则将出现应力急剧上升，易发生问题；
（2）转角大于150°，不起自然补偿作用；
（3）L型长臂不宜大于20～25 m。
（4）弯曲许用应力σ（Q235材质）不大于78.5 MPa。
4.2　弯管长度计算
（1）L型（见图1a）
l＝1.1×（△LD／300）1/2
式中　l－弯管长度（m）；
△L－长臂L的伸长量（mm）；
D－管道外径（mm）。
（2）Z型（见图1b）

式中　l－弯管长度（m）；}
E－管道材料弹性模量（MPa）；
D－管道外径（mm）；
〔σbw〕－管道弯曲许用应力（MPa）；
k－L1/L2；
△t－设计计算的管道介质温度与安装温度差（℃）。