地暖 本文对热力供暖供热管道无补偿直埋的设计理论、安装方式结合华电能源股份有限公司佳木斯热电厂佳南热工程的工程实例作了分析和展望。
1概述
无补偿直埋技术于20世纪80年代传入我国，目前供热管道直埋无补偿设计方法有两种：
一种是北欧的计算方法：应用第四强度理论，形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素，无论什么应力状态，只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值，材料就要发生屈服破坏，也就是极限分析法，采用此方法时管道安装需要预热安装；
一种是北京煤气热力工程设计院的计算方法：应用第三强度理论，即采用应力分类：①一次应力，工作压力在管道中产生的内压环向应力、轴向应力等；②二次应力指热胀冷缩受到外力约束时，在直管中产生的应力，如升温产生的轴向压应力、降温产生的轴向拉应力；③三次应力指承受一次应力和二次应力的直管道向结构不连续的管件如三通、变径管、弯管等处释放的变形，在该管件的开口周围产生的应力。以上按应力分类的方法也叫安定性分析，采用此方法时管道冷安装即可。
2直埋供热管道管材分析
应用在供热管道上的管材多为低碳钢Q235。我们首先就要了解低碳钢Q235的材料特性。伸长率δ＜5%的材料为脆性材料，伸长率δ＞5%的材料为塑性材料。Q235塑性伸长率可达20%～30%（一般取26%），断面收缩率Ψ≈60%。由此可见Q235钢是一种塑性较好的一种材料，从Q235钢拉应力性能曲线上来分析它在不同应力阶段的变化情况。
2.1弹性阶段
OA为弹性变形阶段，σp为比例极限，拉应力与变形保持正比例关系，Q235钢的比例极限σp=200MPa，σe为弹性极限（AB段）δ与ε间的关系不再成正比，但变形仍是弹性的。A与B非常接近，在工程不对弹性极限和比例极限并不严格区分。
2.2屈服阶段
屈服：当应力超过B点到达C点后，应力σ呈现幅度不大的波动而变形却急剧地增长，这种现象称为屈服。C点为屈服高限，D1为屈服低限，通常将屈服低限称为屈服极限，Q235钢的屈服极限σs=235MPa。
2.3强化阶段
强化：经屈服后，材料又增强了抵抗变形的能力，这时要使材料继续变形，就需要增大拉力，这种现象称为强化。D1D段为强化阶段。Q235钢的强化极限σb=375MPa。
2.4局部变形阶段
从D开始，杆件某一局部横截面急剧收缩，出现颈缩现象，到E点时被拉断。
3直埋供热管道的失效
直埋供热管道可能出现的破坏方式包括强度破坏和丧失稳定破坏两个方面。
3.1强度破坏是指无补偿段因管道中各类应力的综合水平超出其允许的当量应力水平而产生的断裂或爆裂破坏。
引起强度破坏的原因有塑性流动、循环塑性变形、疲劳破坏等。
3.1.1塑性流动是指管段包括弯管在内应力当一次达到屈服极限σs时，管壁会产生塑性应变，并随着一次应力的持续作用而增大直到管道断裂。
3.1.2循环塑性变形是指钢材交替的发生拉伸和压缩的塑性变形，无补偿管段在升温的过程中出现压缩变形，在降温的过称中出现拉伸变形。当应力变化范围超过两倍的屈服极限时，就会产生循环塑性变形，最终导致管道缩短使用寿命，发生循环破坏。
3.1.3疲劳破坏是指管道局部地方由于应力集中引起的局部循环塑性变形导致的局部破坏。直埋供热管道的弯头、折角、变径及三通等管件处会产生应力集中。在温度和压力变化过程中，应力集中引起的峰值应力，将在很小的局部范围内产生循环塑性变形。疲劳破坏也与应力变化有关，峰值应力变化范围越大，疲劳破坏经历的时间就越短，表现为局部开裂、漏水。
3.2丧失稳定是指无补偿直埋管段在受压状态下发生挠曲而拱出地面。管道失稳有两种方式，整体失稳和局部失稳。
3.2.1从整个管线看，管道属于杠杆。在轴向压力作用下，由于压杆效应，可能会引起管道的整体失稳。
3.2.2从管道局部来看，管道属于薄壁贝壳。在轴向压力作用下，管壁可能出现局部皱结，引起局部失稳。
4供热管道无补偿直埋的应用与推广
热水管道直埋无补偿敷设技术，经过十多年的应用、发展，在欧洲相应的标准已日趋完善。虽然全面体现直埋无补偿新技术的欧洲标准保温管EN253、保温管件EN448、保温阀门EN488等早已颁布，但在我国管径大于500以上应用无补偿敷设的技术比例还是相对较少。且我国从设计、制造、安装、验收尚无国家标准。仅有的保温管制造工程设计的行业规程，差距较大，又很不完善，有许多需要增加、修改的内容。这些严重影响热水管道直埋无补偿敷设技术的应用和推广。尽快系统制定设计、制造、安装、验收标准的工作迫在眉睫。
华电能源股份有限公司佳木斯热电厂佳南热工程，热源为华电能源股份有限公司佳木斯热电厂2×300MW抽凝式机组，设计参数130℃/70℃，设计压力1.6MPa，建设规模750万平方米，建设换热站50余座，主管道DN1000，主管道11公里（管沟长度），为2010年佳木斯市政府的重点工程。佳木斯为历史悠久的城市，位于松花江畔，城市的地下水非常丰富，供热城区的地下市政设施可以追溯到日本侵华时期，且主干线穿越河道3次，穿越铁路4次，工程情况极为复杂，供热主管道在主城区大多采用了有补偿直埋的敷设方式，但在主管道DN1000J30-J32段情况特殊，
此时已是深秋10月，如果采用有补偿敷设方式，管道与管件连接的焊口多，不能保证佳南城区如期供热，为此就将J30-J32段调整为无补偿直埋的敷设方式。
此设计理念就采用北京煤气热力设计研究院的第三强度的分析方法，采用大弯曲半径的弯头来代替大折角，避免折角处因预应力集中而产生低循环疲劳破坏或局部失稳破坏。管道安装时采用冷安装的方式，冷安装与传统的预热安装方式相比更为方便、快捷易于应用和推广，大量的工程实践已经完全证明了冷安装方式的安全性。
5结束语
根据国家十二五规划的要求，节能减排作为发展重点，发展城市的集中供热是大势所趋。供热管道无补偿直埋敷设的方式和传统的有补偿敷设相比较，无补偿敷设大大地减少了固定支架和补偿器的数量，同时冷安装的施工方式也减短了施工周期，在运行中减少了管的漏点，在我国供热行业中具有十分重要的意义。
本文是笔者对直埋无补偿技术的拙见，由于学识水平有限，文中的提法和观点难免有不妥之处，恳请专家同行指正。
——黑龙江豪特热力设计有限公司梁秀哲隋赫
参考文献
［1］王飞，张建伟直埋供热管道工程设计，中国建筑出版社
［2］李善化，康惠实用集中供热手册，中国电力出版社
［3］王宗林热水管道直埋无补偿敷设技术研究及应用《区域供热》2008.4