直埋热力供热管网工程设计计算方法问题分析

    随着我国城市化进程的加快，城市规模不断扩大，作为城市基础设施的集中供热工程，也逐渐从锅炉房集中供热向热电厂区域供热型式转变，由此带来一次网规模不断扩大，主干线管径也从最初的DN450~500增长到了DN800~DN1000，甚至达到DN1200。

与此同时，供热管网的敷设方式也架空、地沟方式逐渐转向预制直埋敷设。直埋供热管道分为无补偿直埋敷设和有补偿直埋敷设。无补偿直埋敷设又可分为冷安装无补偿、预应力无补偿。预应力无补偿有分为机械拉伸、敞槽预热、一次补偿等多种形式。预热方式又分为热水、热风和电热等。

在直埋供热管网设计过程中，选择有补偿还是无补偿是经常被讨论的事情。如何确定和取舍对整个工程的经济性影响较大。

目前，国内设计单位有两种意见，一种基于弹性理论分析，不认可管网可以发生任何塑性变形，并基于此进行直管段的补偿计算；另一种是欧洲上世纪70年代出现的基于弹塑性理论分析，允许管网发生有限塑性变形，并按应力分类进行安定性条件判定，并基于此进行补偿计算。

上述两种方法简单来说就是，基于弹性理论分析方法，对于供水温度大于80℃的长直管道段，均不允许出现锚固段，也即要求管网设计必须考虑补偿装置，补偿器间距随管径变化，约为100~200米一处；基于安定条件分析方法，对于供水温度大于140℃的长直管道，才不允许出现锚固段，这对于一般的供热管网来说，已经足够。也就是说，按照弹塑性分析方法，进行供热系统设计，可以按无补偿设计（一般一次网供水温度130以下，二次网则更低）。

本文以下部分在阐述上述两种基本方法的基础上，从工程设计角度对其不同点进行对比分析，并提出在设计过程中应注意的问题及解决办法。

直埋管的应力验算

2.1 稳定性分析

（1）整体稳定性分析：直埋管最小覆土深度应满足垂直稳定性要求，一般而言，大于DN700的直管道不必从垂直稳定性考虑限制其埋深。

（2）局部稳定性分析：公称直径不大于DN800、工作温差小于85℃时，不会出现局部失稳；当供水温度大于130℃、公称直径大于DN800时，采用标准壁厚的钢管，在锚固段可能会出现局部皱结。

2.2 强度验算

无补偿管段强度验算有两种强度验算理论：