供熱直埋管道的最大允許溫差和最大安裝長(zhǎng)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(bǔ)償敷設(shè)和無補(bǔ)償敷設(shè)。即通過應(yīng)力驗(yàn)算可以確定某種材質(zhì)的管道在一定的溫差范圍內(nèi)，長(zhǎng)直管線不需要設(shè)置補(bǔ)償器即采用無補(bǔ)償直埋敷設(shè)。當(dāng)最高運(yùn)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(bǔ)償敷設(shè)，并需要控制長(zhǎng)直管段的最大允許安裝長(zhǎng)度。

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

　　直埋敷設(shè)管道如被嵌固時(shí)，管道的熱伸長(zhǎng)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(jì)），如圖15-5所示。進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算取決于所采用的應(yīng)力分析方法和強(qiáng)度理論。有兩種不同的對(duì)直埋敷設(shè)管道進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算的方法，即：

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

　　2、按彈塑性分析法進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算，采用安定性分析原理，按第三強(qiáng)度理論—最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算。按此方法計(jì)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(yùn)行。這是北京市煤氣熱力工程設(shè)計(jì)院等單位的研究成果，并通過多年的實(shí)踐和修正作為我國(guó)《直埋規(guī)程》規(guī)定的應(yīng)力驗(yàn)算方法。有一些北歐國(guó)家也開始使用這種應(yīng)力驗(yàn)算和設(shè)計(jì)方法。

一、最大允許溫差

　　如前所述，應(yīng)力分類法認(rèn)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(rèn)為材料進(jìn)入屈服和產(chǎn)生微小變形時(shí)，變形協(xié)調(diào)即得到滿足，變形不會(huì)繼續(xù)發(fā)展。安定性分析原理認(rèn)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(huì)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(yàn)算的條件為：
 

　　二、最大允許安裝長(zhǎng)度

　　當(dāng)不能滿足式強(qiáng)度條件時(shí)，長(zhǎng)直管道中不應(yīng)有錨固段存在。此時(shí)，管道允許布置的過渡段最大長(zhǎng)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(qiáng)度條件時(shí)，長(zhǎng)直管道不應(yīng)進(jìn)入錨固段，應(yīng)在一定的長(zhǎng)度上安裝補(bǔ)償器，使補(bǔ)償器至固定點(diǎn)管段的最大應(yīng)力滿足強(qiáng)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(dòng)外力計(jì)算，即管道和回填土的摩擦力以及補(bǔ)償器的位移阻力。注意到被動(dòng)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(bǔ)償器位移阻力忽略不計(jì)，所以可以改寫為：

　　整理得：

　　由實(shí)驗(yàn)結(jié)果，摩擦力是隨管道溫度循環(huán)變化的。實(shí)際升溫過程產(chǎn)生的管長(zhǎng)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(zhǎng)最大摩擦力的80%時(shí)，管道即進(jìn)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(jì)布置的過渡段長(zhǎng)度以節(jié)約投資。故改寫為：