預制直埋鋼套鋼保溫管分析

預制直埋鋼套鋼保溫管分析

隨著科技的進步、暖通行業(yè)的發(fā)展、人們對舒適家居的要求越來越高，應運而生了多種采暖方法，熱水供暖、蒸汽供暖、電力供暖等多種采暖方式同時盛行，近幾年，蒸汽供暖系統(tǒng)逐漸走進人們的生活由于它靠蒸汽本身的壓力輸送，采暖效率高，散熱器傳熱系數(shù)也高等優(yōu)點被人們接受，今天我們將對比一下蒸汽供暖和水熱供暖的區(qū)別以及注意事項。蒸汽供熱系統(tǒng)是指城市集中供熱系統(tǒng)中用水為供熱介質(zhì)，以蒸汽為熱媒，從熱源攜帶熱量，靠蒸汽本身的壓力輸送，經(jīng)蒸汽管道進入散熱器，放熱后，凝結水經(jīng)疏水器由凝結水管流入凝結水箱，然后由凝結水泵送入鍋爐重新加熱產(chǎn)生蒸汽。每公里壓降約為0.1兆帕，因此，低壓蒸汽供暖系統(tǒng)都是工作半徑小。熱水供暖系統(tǒng)以熱水作為熱媒，目前廣泛使用的一種供暖系統(tǒng),由鍋爐、輸熱管道、水泵、散熱器和膨脹水箱等組成。工作原理是水在鍋爐內(nèi)被加熱后，密度減小，同時受從散熱器流回來的密度較大的回水驅(qū)動，沿著供水管路流入散熱器，如此循環(huán)流動。因為水泵可以產(chǎn)生很大的壓力，所以這種供暖系統(tǒng)的供暖范圍可以很大。①蒸汽供暖系統(tǒng)與熱水供暖系統(tǒng)相比，管道造價低，初期投資少；散熱設備小，散熱器內(nèi)熱媒的溫度等于或高于100攝氏度，因此，散熱器傳熱系數(shù)也高，散熱器的片數(shù)更少。 ②熱水供暖系統(tǒng)散熱器表面溫度低，從衛(wèi)生角度考慮采用熱水供暖為佳。而低壓蒸汽供暖系統(tǒng)的散熱器溫度始終在100攝氏度左右，對衛(wèi)生很不利。③由于蒸汽供暖系統(tǒng)間歇工作，管道內(nèi)時而充滿蒸汽，時而充滿空氣，管道內(nèi)壁的氧化腐蝕要比熱水供暖系統(tǒng)快，所以蒸汽供暖系統(tǒng)的使用年限更短，特別是凝結水管，更易損壞。 ④一般的蒸汽供暖系統(tǒng)不能調(diào)節(jié)蒸汽溫度，所以當室外溫度高于供暖室外設計溫度時，蒸汽供暖系統(tǒng)必須運行一段時間停止一段時間，間歇調(diào)節(jié)會使房間溫度上下波動。 ⑤蒸汽供暖系統(tǒng)的熱惰性差，即系統(tǒng)的加熱和冷卻過程都很快。對于人數(shù)驟多驟少或要求迅速加熱的建筑物如車間等是比較適合的。 所以，熱水供暖作為歷史最為悠久的采暖方法，憑借舒適安全的采暖體驗、低廉的價格依舊是許多家庭的，特別深受北方家庭的熱愛。在一般的住宅的供暖中，都是在采用機械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)。蒸汽供暖適合工業(yè)生產(chǎn)中，系統(tǒng)的加熱和冷卻都非常迅速，非常適合生產(chǎn)使用。

   預制保溫管制造及直埋敷設技術，20世紀60年代末在北歐率先應用和發(fā)展。于20世紀80年初傳入我國，設計單位亦相繼采用了北歐的彈性變形分析方法進行直埋熱水管道工程設計。彈性變形分析方法，就是要保證熱水管道始終處于彈性變形的范圍之內(nèi)，處于彈性狀態(tài)。管道直管段通常采用熱補償裝置，采用預熱、一次性補償器的安裝方式。經(jīng)過20多年的發(fā)展，此項技術取得了長足的進步。進入20世紀90年，北歐熱力工程技術人員經(jīng)過多年的直埋熱水管道系統(tǒng)設計、安裝、運行，通過這方面的工程實踐，認識到直埋熱水管道的溫度應力，采用彈性分析方法過于保守，提出了應力分類法進行直埋熱水管道的強度計算。并總結了多年的直埋熱水管道系統(tǒng)設計、安裝、運行經(jīng)驗，于1994年頒布了直埋無補償技術相應的歐洲標準和解釋標準的區(qū)域供熱手冊，明確規(guī)定采用應力分類法進行直埋熱水管道統(tǒng)設計。 
        熱水管道直埋無補償技術其理論基礎為第三強度理論，即：將應力分為一次應力：工作壓力在直管中產(chǎn)生的應力，內(nèi)壓環(huán)向應力；二次應力（溫度應力）：熱漲冷縮不能自由釋放，在直管中產(chǎn)生的應力，如溫度升高產(chǎn)生的軸向應力；三次應力（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(chǎn)生的應力。

 



預制直埋鋼套鋼保溫管分析

在我國電力系統(tǒng)汽水管道設計采用了應力分類法進行強度計算，而在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)始終采用彈性應力分析法進行管道的強度計算。20世紀80、90年代我國引進了歐洲先進的預制保溫管生產(chǎn)線，先后在哈爾濱、天津、北京、大連投產(chǎn)，預制保溫管開始大量地應用在國內(nèi)直埋熱網(wǎng)工程中。我國參照歐洲標準，編制了預制保溫管生產(chǎn)的行業(yè)標準《高密度聚乙烯外護管聚氨酯薄膜泡沫塑料預制直埋保溫管》（GJ/T3002-92）；編制了《城鎮(zhèn)直埋供熱管道技術規(guī)程》（CJJ/T81-98），為促進和推廣我國城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)應用直埋無補償敷設技術，為設計、施工、驗收制定了行業(yè)規(guī)程，該規(guī)程借鑒歐洲標準，直埋熱水管道亦采用了應力分類法進行強度計算，使我國直埋熱水管道計算理論和國際先進水平接軌。 
1.2 直埋無補償技術應用概況 
        熱水管道直埋敷設在我國開始于20世紀80年代初，經(jīng)過20多年的應用和發(fā)展，熱水管道直埋敷設從設計、制造、安裝、驗收等方面皆有了長足進步，并開始被廣大熱力設計工作者所普遍認同，并成為我國城市熱水管網(wǎng)工程敷設的主要敷設方式之一。雖然體現(xiàn)直埋無補償敷設新技術的歐洲標準保溫管-EN253、保溫管件EN448、保溫閥門EN488、保溫接頭EN489等早在1994頒布，我國參照歐洲標準制定的行業(yè)規(guī)程《城鎮(zhèn)直埋供熱管道技術規(guī)程》（CJJ/T81-98）也于1999年6月1日起執(zhí)行。然而，時至今日，熱水管道直埋無補償敷設技術，在我國城市供熱項目中（管徑大于DN500；保溫管、保溫管件、保溫閥門、保溫接頭執(zhí)行歐洲標準；基本不設檢查井和補償器）采用的鮮有工程實例，應用熱水管道直埋無補償敷設技術的比例太少，熱水管道直埋敷設還是有補償敷設的天下。 
        國內(nèi)僅有少數(shù)設計院較掌握、應用此項技術，多數(shù)設計院、熱力設計人員及建設單位對直埋無補償技術缺乏了解；《城鎮(zhèn)直埋供熱管道技術規(guī)程》（CJJ/T81-98）的應用范圍僅為小于、等于DN500的熱水管道，北方城市集中供熱一次主干網(wǎng)管徑往往大于DN500；熱水管道直埋無補償敷設技術又鮮有相關手冊、規(guī)范。這些原因阻礙了熱水管道直埋無補償敷設技術的應用和推廣。編制相關手冊和制定相關標準、規(guī)范等技術基礎工作的任務迫在眉睫，直埋無補償技術研究、應用及推廣的工作任重道遠。 




1.3 中國一汽集團公司供熱系統(tǒng)改造項目簡述 
        中國汽車集團公司廠區(qū)及生活區(qū)供熱，隨著近50年的不斷發(fā)展，供熱面積由開始的幾十萬平方米發(fā)展到2002年的700多萬平方米。而供熱方式仍采用建廠時的一次網(wǎng)直接供熱和部分區(qū)域間接供熱，供熱半徑達7.5km。直供這么大的供熱半徑和供熱面積，在國內(nèi)、國外，皆頗為鮮見。由于供熱系統(tǒng)缺乏長遠規(guī)劃，只是被動地去滿足熱負荷日益增長的需要，存在諸多亟待解決的技術難題。原設計供回水溫度110℃/70℃，質(zhì)調(diào)節(jié)運行。實際運行參數(shù)供、回水（指-23℃情況下）溫度95℃/65℃，溫差30℃，此溫度曲線運行管網(wǎng)流量偏大，總循環(huán)水量為19700t/h左右。熱網(wǎng)失水率高：總失水量2001年為450t/h，失水率高達2.28%左右，冬季搶修頻頻，供熱質(zhì)量下降。水力工況嚴重惡化，熱源運行溫度低，溫差小，管網(wǎng)流量偏大，壓降大。各用戶及熱力站無流量自動控制設備，造成管網(wǎng)近遠端由于壓差不同，流量分配不均。在末端供熱不足的同時，管網(wǎng)前端用戶往往超過設計循環(huán)流量，存在過熱現(xiàn)像。生活熱水與暖氣系統(tǒng)直接并聯(lián)，缺乏控制，造成大量外網(wǎng)熱水短路回流（約30%）。熱網(wǎng)總長278km，熱水管道基本上采用直埋（有補償）敷設。管道保溫脫落、腐蝕嚴重，檢查井積水、閥門附件漏水；管網(wǎng)維修量大、使用壽命短，跑、冒、滴、漏嚴重等現(xiàn)象。熱網(wǎng)缺乏有效監(jiān)控手段，供分析和計算的基本數(shù)據(jù)采集困難，直供和間供混合無法提溫運行。整個熱水管網(wǎng)失水量和溫降皆超過有關規(guī)定。熱損失嚴重，熱網(wǎng)平衡率低。對此病網(wǎng)制定一個科學、合理、改造方案勢在必行。