預(yù)制直埋鋼套鋼保溫管分析

預(yù)制直埋鋼套鋼保溫管分析

隨著科技的進(jìn)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(yīng)運(yùn)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)入散熱器，放熱后，凝結(jié)水經(jīng)疏水器由凝結(jié)水管流入凝結(jié)水箱，然后由凝結(jié)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(shè)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(jié)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(dāng)室外溫度高于供暖室外設(shè)計溫度時，蒸汽供暖系統(tǒng)必須運(yùn)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(jī)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(yù)制保溫管制造及直埋敷設(shè)技術(shù)，20世紀(jì)60年代末在北歐率先應(yīng)用和發(fā)展。于20世紀(jì)80年初傳入我國，設(shè)計單位亦相繼采用了北歐的彈性變形分析方法進(jìn)行直埋熱水管道工程設(shè)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(bǔ)償裝置，采用預(yù)熱、一次性補(bǔ)償器的安裝方式。經(jīng)過20多年的發(fā)展，此項技術(shù)取得了長足的進(jìn)步。進(jìn)入20世紀(jì)90年，北歐熱力工程技術(shù)人員經(jīng)過多年的直埋熱水管道系統(tǒng)設(shè)計、安裝、運(yùn)行，通過這方面的工程實(shí)踐，認(rèn)識到直埋熱水管道的溫度應(yīng)力，采用彈性分析方法過于保守，提出了應(yīng)力分類法進(jìn)行直埋熱水管道的強(qiáng)度計算。并總結(jié)了多年的直埋熱水管道系統(tǒng)設(shè)計、安裝、運(yùn)行經(jīng)驗，于1994年頒布了直埋無補(bǔ)償技術(shù)相應(yīng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)和解釋標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域供熱手冊，明確規(guī)定采用應(yīng)力分類法進(jìn)行直埋熱水管道統(tǒng)設(shè)計。 
        熱水管道直埋無補(bǔ)償技術(shù)其理論基礎(chǔ)為第三強(qiáng)度理論，即：將應(yīng)力分為一次應(yīng)力：工作壓力在直管中產(chǎn)生的應(yīng)力，內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力；二次應(yīng)力（溫度應(yīng)力）：熱漲冷縮不能自由釋放，在直管中產(chǎn)生的應(yīng)力，如溫度升高產(chǎn)生的軸向應(yīng)力；三次應(yīng)力（峰值應(yīng)力）：承受一次應(yīng)力和二次應(yīng)力直管向管件釋放變形，在該管件上產(chǎn)生的應(yīng)力。

 



預(yù)制直埋鋼套鋼保溫管分析

在我國電力系統(tǒng)汽水管道設(shè)計采用了應(yīng)力分類法進(jìn)行強(qiáng)度計算，而在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)始終采用彈性應(yīng)力分析法進(jìn)行管道的強(qiáng)度計算。20世紀(jì)80、90年代我國引進(jìn)了歐洲先進(jìn)的預(yù)制保溫管生產(chǎn)線，先后在哈爾濱、天津、北京、大連投產(chǎn)，預(yù)制保溫管開始大量地應(yīng)用在國內(nèi)直埋熱網(wǎng)工程中。我國參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)，編制了預(yù)制保溫管生產(chǎn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高密度聚乙烯外護(hù)管聚氨酯薄膜泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管》（GJ/T3002-92）；編制了《城鎮(zhèn)直埋供熱管道技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T81-98），為促進(jìn)和推廣我國城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)應(yīng)用直埋無補(bǔ)償敷設(shè)技術(shù)，為設(shè)計、施工、驗收制定了行業(yè)規(guī)程，該規(guī)程借鑒歐洲標(biāo)準(zhǔn)，直埋熱水管道亦采用了應(yīng)力分類法進(jìn)行強(qiáng)度計算，使我國直埋熱水管道計算理論和國際先進(jìn)水平接軌。 
1.2 直埋無補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用概況 
        熱水管道直埋敷設(shè)在我國開始于20世紀(jì)80年代初，經(jīng)過20多年的應(yīng)用和發(fā)展，熱水管道直埋敷設(shè)從設(shè)計、制造、安裝、驗收等方面皆有了長足進(jìn)步，并開始被廣大熱力設(shè)計工作者所普遍認(rèn)同，并成為我國城市熱水管網(wǎng)工程敷設(shè)的主要敷設(shè)方式之一。雖然體現(xiàn)直埋無補(bǔ)償敷設(shè)新技術(shù)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)制定的行業(yè)規(guī)程《城鎮(zhèn)直埋供熱管道技術(shù)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(bǔ)償敷設(shè)技術(shù)，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(biāo)準(zhǔn)；基本不設(shè)檢查井和補(bǔ)償器）采用的鮮有工程實(shí)例，應(yīng)用熱水管道直埋無補(bǔ)償敷設(shè)技術(shù)的比例太少，熱水管道直埋敷設(shè)還是有補(bǔ)償敷設(shè)的天下。 
        國內(nèi)僅有少數(shù)設(shè)計院較掌握、應(yīng)用此項技術(shù)，多數(shù)設(shè)計院、熱力設(shè)計人員及建設(shè)單位對直埋無補(bǔ)償技術(shù)缺乏了解；《城鎮(zhèn)直埋供熱管道技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T81-98）的應(yīng)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(bǔ)償敷設(shè)技術(shù)又鮮有相關(guān)手冊、規(guī)范。這些原因阻礙了熱水管道直埋無補(bǔ)償敷設(shè)技術(shù)的應(yīng)用和推廣。編制相關(guān)手冊和制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等技術(shù)基礎(chǔ)工作的任務(wù)迫在眉睫，直埋無補(bǔ)償技術(shù)研究、應(yīng)用及推廣的工作任重道遠(yuǎn)。 




1.3 中國一汽集團(tuán)公司供熱系統(tǒng)改造項目簡述 
        中國汽車集團(tuán)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(dá)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(yuǎn)規(guī)劃，只是被動地去滿足熱負(fù)荷日益增長的需要，存在諸多亟待解決的技術(shù)難題。原設(shè)計供回水溫度110℃/70℃，質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)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(yùn)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(dá)2.28%左右，冬季搶修頻頻，供熱質(zhì)量下降。水力工況嚴(yán)重惡化，熱源運(yùn)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(shè)備，造成管網(wǎng)近遠(yuǎn)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(shè)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(bǔ)償）敷設(shè)。管道保溫脫落、腐蝕嚴(yán)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(yán)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(yùn)行。整個熱水管網(wǎng)失水量和溫降皆超過有關(guān)規(guī)定。熱損失嚴(yán)重，熱網(wǎng)平衡率低。對此病網(wǎng)制定一個科學(xué)、合理、改造方案勢在必行。