供熱直埋管道的最大允許溫差和最大安裝長度

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　　整體式保溫結(jié)構(gòu)的直埋敷設(shè)方式分為有補償敷設(shè)和無補償敷設(shè)。即通過應(yīng)力驗算可以確定某種材質(zhì)的管道在一定的溫差范圍內(nèi)，長直管線不需要設(shè)置補償器即采用無補償直埋敷設(shè)。當(dāng)最高運行溫度和循環(huán)最低終溫溫差超過最大允許溫差后，直埋管道應(yīng)采用有補償敷設(shè)，并需要控制長直管段的最大允許安裝長度。

　　因此在直埋管道工程中掌握應(yīng)力驗算方法以及最大允許溫差和最大安裝長度是一個非常重要的概念.

　　直埋敷設(shè)管道如被嵌固時，管道的熱伸長完全受阻，管壁的應(yīng)力增大。直埋敷設(shè)管道在受熱狀態(tài)下，管壁單元體上作用著由內(nèi)壓產(chǎn)生的環(huán)向拉應(yīng)力σt、軸向壓應(yīng)力σa和徑向應(yīng)力σr（其值很小，一般忽略不計），如圖15-5所示。進行應(yīng)力驗算取決于所采用的應(yīng)力分析方法和強度理論。有兩種不同的對直埋敷設(shè)管道進行應(yīng)力驗算的方法，即：

　　1、按彈性分析法，按第四強度理論—變形能強度理論進行應(yīng)力驗算。采用此分析方法，管道只容許在彈性狀態(tài)下運行。這是北歐國家曾經(jīng)普遍采用的一種方法。

　　2、按彈塑性分析法進行應(yīng)力驗算，采用安定性分析原理，按第三強度理論—最大剪應(yīng)力強度理論進行應(yīng)力驗算。按此方法計算，管道容許有限量的塑性變形，管道可在彈塑性狀態(tài)下運行。這是北京市煤氣熱力工程設(shè)計院等單位的研究成果，并通過多年的實踐和修正作為我國《直埋規(guī)程》規(guī)定的應(yīng)力驗算方法。有一些北歐國家也開始使用這種應(yīng)力驗算和設(shè)計方法。

一、最大允許溫差

　　如前所述，應(yīng)力分類法認為溫度差引起的應(yīng)力屬于二次應(yīng)力。管道在升溫?zé)崦涍^程中，可以允許有限量的塑性變形。認為材料進入屈服和產(chǎn)生微小變形時，變形協(xié)調(diào)即得到滿足，變形不會繼續(xù)發(fā)展。安定性分析原理認為，結(jié)構(gòu)某些部分的材料交替地發(fā)生拉、壓屈服，只要壓縮屈服（升溫）和拉伸屈服（冷卻）的總彈性應(yīng)力變化范圍在兩倍屈服極限之內(nèi)，則結(jié)構(gòu)不會發(fā)生破壞、仍能安定在彈性狀態(tài)下工作。

　　按照此原理，直埋管道應(yīng)力驗算的條件為：
 

　　二、最大允許安裝長度

　　當(dāng)不能滿足式強度條件時，長直管道中不應(yīng)有錨固段存在。此時，管道允許布置的過渡段最大長度應(yīng)加以控制。
 

　　從上式左側(cè)可以看出，式右側(cè)是軸向應(yīng)力變化范圍。當(dāng)不滿足強度條件時，長直管道不應(yīng)進入錨固段，應(yīng)在一定的長度上安裝補償器，使補償器至固定點管段的最大應(yīng)力滿足強度條件的要求。這種條件下，直埋供熱管道的軸向力應(yīng)該采用被動外力計算，即管道和回填土的摩擦力以及補償器的位移阻力。注意到被動外力產(chǎn)生的軸向應(yīng)力等于應(yīng)力變化范圍的一半，管道補償器位移阻力忽略不計，所以可以改寫為：

　　整理得：

　　由實驗結(jié)果，摩擦力是隨管道溫度循環(huán)變化的。實際升溫過程產(chǎn)生的管長平均摩擦力小于管道的最大摩擦力。《直埋規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)摩擦力平均下降到單長最大摩擦力的80%時，管道即進入安定狀態(tài)。所以，將分母2調(diào)整為1.6，適當(dāng)放大設(shè)計布置的過渡段長度以節(jié)約投資。故改寫為：