【论文精选】大管径长输热网特殊节点处理及保温管道设计

原创 崔燕，等 煤气与热力杂志

煤气与热力杂志

微信号 GAS-HEAT1978

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作 者： 崔燕，王磊，刘磊， 聂克，李明强

第一作者单位： 泰安市泰山城区热力有限公司

摘自《煤气与热力》2021年1月刊

参考文献示例

崔燕 ，王磊 ，刘磊 ，等 .   大管径长输热网特殊节点处理及保温管道设计 ［J］.    煤气与热力， 202 1 ，4 1 （1） ：A11-A13.

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1

热力管道

2

聚氨酯

1    概述

泰安市城区外主热源至主城区长输热网项目的主干线长度约 17.5 km ，其中 DN 1 200 mm 主干线长度约 12.5 km ， DN 900 mm 主干线长度约 5 km 。设计压力为 2.0 MPa ，设计供水温度为 120 ℃，设计回水温度为 60 ℃。 供热管道 主要敷设于非机动车道、农田以下，全部采用直埋敷设方式。自 2019 年 3 月 15 日开始方案设计， 2019 年 11 月 15 日全线投入运行。本文结合该项目，对长输热网特殊节点（主要为穿越城市道路、铁路、河流节点）处理及保温管道设计进行探讨。

 

2    特殊节点处理

①穿越城市道路

 

主干线与城市道路交叉 6 处。在供热管道穿越城市道路时，主要采用人工顶管施工。与机械顶管施工相比，人工顶管施工成本低，能适应大卵石地层，噪声小。施工过程开挖小，对周围造成的影响比较小。

 

过路供热管道采取供、回水管道分设钢质外护套管方式， DN 1 200 mm 管道选用 D1820 × 20 钢套管， DN 900 mm 管道选用 D1520 × 18 钢套管。

 

②穿越铁路

 

DN 900 mm 主干线与京沪高铁泰安段交叉 1 处。经铁路部门审批，利用现状铁路预留箱涵（为可通行箱涵）穿越 供热管道 。采取供、回水管道分设钢质外护套管方式，采用 D1520 × 22 的螺旋焊缝钢管作为外护套管，钢材为 L360 ，管外壁采用 3PE 加强级外防腐，管内壁采取喷锌处理，外护套管焊缝接头处采用辐射交联聚乙烯热收缩套防护。设置牺牲阳极的阴极保护措施，以保证外护套管的使用寿命。穿越完成后，采用 C30 混凝土将外护套管与箱涵间的空隙填满，彻底封堵箱涵。

 

③穿越河流

 

主干线与泮河、梳洗河各交叉 1 处。过河供热管道采用 C30 钢筋混凝土箱涵穿越，箱涵顶位于河道冲刷深度以下 2 m 。这种穿越河流方式不遮挡河道行洪断面，对河道泄洪无影响。

 

泮河河道软弱，在进行箱涵地基处理时，虽然进行了降水操作，但仍然无法通过常规方式完成混凝土支模浇筑。因此，穿越泮河项目采用抛石挤淤技术进行地基处理，选用直径均大于 300 mm 的石头，从高侧坡脚向低侧坡脚填筑，当石头露出河底淤泥后，采用小石块处理平整，随后进行基础处理。

 

3    保温管道设计  

3.1   工作管

 

①钢材

 

对于城镇供热直埋热水管道， DN 200 mm 及以下常采用无缝钢管，选用 20 钢。 DN 250 mm 及以上采用螺旋焊缝钢管，常用的钢材有 Q235B 、 L290 、 Q355B 。

 

从化学成分角度分析， Q355B 、 L290 各项指标控制比 Q235B 更为严格。从力学性能角度分析， Q355B 在屈服极限、抗拉强度上明显优于 L290 、 Q235B 。从物理特性角度分析，对于城镇供热直埋热水管道（供水温度不超过 150 ℃）， Q355B 的受热伸长量最小，从变形协调角度更适用。

 

Q235B 钢材：屈服极限 235 MPa ，许用应力 125 MPa ，线膨胀系数 12.2 × 10 ^-6  K ^-1 。 L290 钢材：屈服极限 290 MPa ，许用应力 138 MPa ，线膨胀系数 11.1 × 10 ^-6 K ^-1 。 Q355B ：屈服极限 355 MPa ，许用应力 156 MPa ，线膨胀系数 9.1 × 10 ^-6  K ^-1 。

 

②钢管壁厚

 

直埋热水管道的管壁厚度计算、热伸长量计算及应力验算应按 CJJ/T 81 — 2013 《城镇供热直埋热水管道技术规程》的第 5 章规定执行。管道的壁厚有多种限制因素：一次应力验算、安定性分析、局部稳定性验算、径向稳定性验算、整体稳定性验算，并综合考虑大管径管道抵抗局部屈曲、管道腐蚀、磨损。安装方式选取无补偿冷安装，安装温度取 10 ℃。

 

3 种钢材工作管计算壁厚见表 1 。对于该项目，当工作管采用 Q235B 时， DN 1 200 mm 供、回水管的取用壁厚分别选取 16 、 14 mm ， DN 900 mm 供、回水管的取用壁厚均选取 12 mm 。当工作管采用 L290 时， DN 1 200 mm 供、回水管的取用壁厚分别选取 14 、 12 mm ， DN 900 mm 供、回水管的取用壁厚均选取 10 mm 。当工作管采用 Q355B 时， DN 1 200 mm 供回水管的取用壁厚分别选取 14 、 12 mm ， DN 900 mm 供回水管的取用壁厚均选取 10 mm 。

 

表 1   3 种钢材工作管计算壁厚

 

③工作管购置费

 

根据钢材价格，设计压力 2.0 MPa 条件下，采用 Q235B 的工作管购置费为 5 830 × 10 ⁴ 元。与工作管钢材采用 Q235B 相比，当采用 L290 、 Q355B 时，由于工作管壁厚减薄，工作管购置费反而出现下降。

 

综合考虑技术经济性后，工作管钢材选用 Q355B 。

 

3.2   外护层、保温层生产工艺

 

保温层（硬质 聚氨酯 泡沫塑料）厚度按 CJJ/T 81 — 2013 《城镇供热直埋热水管道技术规程》第 3.2 节给出的方法计算（忽略外护层） ^{［ 1 ］} 。除控制保温层外表面温度不超过 50 ℃外，还根据 GB 50264 — 2013 《工业设备及管道绝热工程设计规范》附录 B 的规定，要求最大允许热损失小于等于 104 W/m ² 。计算时，土壤热导率取 1.5 W/ （ m · K ）， DN 1 200 mm 供回水管道水平中心距取 1.72 m ， DN 900 mm 供回水管道水平中心距取 1.45 m ，管顶覆土深度取 1.5 m ，聚氨酯保温材料热导率取 0.033 W/ （ m · K ）。符合设计要求的保温层厚度见表 2 。

 

表 2    符合设计要求的保温层厚度

 

在保温层厚度一致的前提下，外护层（高密度聚乙烯）、保温层的传统管中管工艺成本、喷涂缠绕工艺成本分别见表 3 、 4 。表中的单价指包含外护层、保温层在内的单位长度造价。

 

表 3    传统管中管工艺成本

表 4    喷涂缠绕工艺成本

 

由表 3 、 4 可知，对于该工程，传统管中管工艺成本、喷涂缠绕工艺总成本分别为 10 094.75 × 10 ⁴ 、 8 034.25 × 10 ⁴ 元。与传统管中管工艺成本相比，喷涂缠绕工艺成本低 20.4% 。

 

喷涂缠绕工艺不仅成本低，而且避免了传统管中管工艺存在的外护管开裂问题，为大管径直埋供热管道的安全运行提供了保障 ^{［ 2 ］} 。因此，外护层、保温层的生产采用喷涂缠绕工艺。保温层、外护层的相关技术指标应符合 GB/T 29047 — 2012 《高密度聚乙烯外护管硬质 聚氨酯 泡沫塑料预制直埋保温管及管件》、 GB/T 34611 — 2017 《硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管》。

参考文献：

［ 1 ］杨良仲，张连钢，曹宝军，等 .  大管径热水直埋供热管道保温层厚度的计算［ J ］ .  煤气与热力， 2007 （ 2 ）： 70-72.

 

［ 2 ］周曰从 .  喷涂缠绕保温管聚乙烯外护层壁厚减薄成因［ J ］ .  煤气与热力， 2017 （ 3 ）： A43-A48.

 

（本文责任编辑：贺明健）

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