暖通中供热管道分析

【摘要】供热管道随着所输送的热媒温度升高，将出现热伸长现象，如果这个热伸长不能得到补偿，将会使供热管道承受巨大的应力，甚至使管道变形、破裂，为了使管道不会由于温度变化所引起的应力而受破坏，必须在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长量及减弱或消除因热膨胀而产生的应力。这对管道系统的安全运行起到重要作用。

【关键词】暖通，供热管

1、供热管道固定支座（架）的跨距及其受力分析

1.1供热管道上设置固定支座（架），其目的是限制管道轴向位移，将管道分为若干管段，分别进行热补偿，从而保证各个补偿器的正常工作固定支座（架）是供热管道中主要的受力构件，为了节约投资，应尽可能加大固定支座（架）的间距，减少数目，但其间距必须满足下列条件：1）管段的热伸长量不得超过补偿器所允许的补偿量；2）管段因膨胀和其它作用而产生的推力，不得超过固定支座（架）所能承受的允许推力；3）不应使管道产生纵向弯曲；

1.2根据这些条件并结合设计和运行经验，固定支座（架）的最大间距，是有下列几方面产生的：

1）由于活动支座上的摩擦力而产生的水平推力；

2）由于弯管补偿器或波纹管补偿器的弹性力Pt，或由于套筒补偿器摩擦力Pm而产生的水平推力；

3）由于不平衡内压力而产生的水平推力。如在固定支座（架）两端管段设置套筒或波纹管补偿器，但其管径不同；或在固定支座（架）两端管段之一端设置阀门、堵板、弯管，而在另一管段设置套筒或者波纹管补偿器；当管道水压试验和运行时，将出现管道的不平衡轴向力；

1.3固定支架在两个方向的水平推力作用下，确定其计算水平推力公式时，考虑了下列几个原则：1）对管道由于温度变化产生的水平推力（如管道摩擦力，补偿器弹力），从安全角度出发，不按理论合成的水平推力值作为计算水平推力。2）对由内压力产生的水平推力，作用在固定支座两侧的数值，应如实地计算其不平衡力，而不作任何折扣计算。3）在固定支座（架）两侧配置阀门和套筒补偿器地情况，需要按可能出现的最不利情况进行计算。

2、供热管道的热伸长及其补偿

供热管道安装投运后，由于管道被热媒加热引起管道受热伸长。在供热管网中设置固定支架，并在固定支架之间设置各种形式的补偿器，如自然补偿器、套管式、波纹管、方形或球形补偿器等，其目的在于补偿该管段的热伸长，从而减弱或消除因热胀冷缩力所产生的应力，下面就几种补偿器进行分析。

2.1方形补偿器。方形补偿器是应用很普遍的供热管道补偿器。进行管道的强度计算时，通常需要确定：1）方形补偿器所补偿的伸长量；2）选择方形补偿器的形式和几何尺寸；3）根据方形补偿器的几何尺寸和热伸长量，进行应力验算。

根据《技术规定》，管道由热胀、冷缩和其它位移受约束而产生的热胀二次应力，不得大于按下式计算的许用应力值，验算补偿器应力时，采用较高的许用应力值，是基于热膨胀应力属于二次应力范畴。利用上述应力分类法，充分考虑发挥结构的承载能力.

2.2自然补偿管段。常见的自然补偿管段的形式有：L型，Z型和直角弯的自然补偿管段。在自然补偿管段受热变形时，与方形补偿器的不同点，在于直管段都分有横向位移，因而作用在固定支点上有两个方向的弹性力。采用自然补偿管段补偿热伸长时，其各臂长度不宜采用过大数值，其自由臂长不宜大30m.同时，短臂过短（或长臂与短臂之比过大），短臂固定支座的应力会超过许用应力值.通常在设计手册中，常给出限定短臂的最短长度。

2.3套筒（管）式补偿器。套筒补偿器应设置在直线管段上，以补偿两个固定支座之间管道的热伸长套筒补偿器的最大补偿量，套筒补偿器伸缩过程中的摩擦力，理论上应分别按拉紧螺栓产生的摩擦力或由内压力产生的摩擦力两种情况进行计算。算出其数值后取较大值，但往往缺乏基础数据，工程实际中摩擦力由产品样本提供。

2.4波纹管补偿器。波纹管补偿器按补偿方式区分，有轴向、横向及铰接等型式。在供热管道上轴向补偿器应用最广，用以补偿直线管段的热伸长量。为使轴向波纹管补偿器严格按管线轴线热胀或冷缩，补偿器应靠近一个固定支座（架）设置，并设置导向支座，导向支座宜采用整体箍住管子的型式，以控制横向位移和防止管子纵向变形。

3、供热管道的防腐

3.1涂漆防腐

（1）手工涂刷：手工涂刷是将油漆稀释调合到适当稠度后，用刷子分层涂刷。手工涂刷应自上而下、从左至右、先里后外、纵横交错地进行，漆层厚度应均匀一致，无漏刷和挂流处。

（2）空气喷涂：空气喷涂是利用压缩空气通过喷枪时产生的高速气流，将贮漆罐内漆液引射混合成雾状，喷涂于物体的表面。为提高一次喷膜厚度，可采用热喷涂施工，热喷涂施工就是将漆加热到70℃左右，使油漆的粘度降低，增加被引射的漆量。

（3）高压喷涂：高压喷涂是将加压的涂料由高压喷枪喷出，剧烈膨胀并雾化成极细的漆粒喷涂到构件上。由于漆膜内没有混入压缩空气而带进水分和杂质，漆膜质量较空气喷涂高，同时由于涂料是扩容喷涂，提高了涂料粘度，雾粒散失少，减少了溶剂用量。

（4）静电喷涂：静电喷涂是使喷枪喷出的油漆雾粒细化，在静电发生器产生的高压电场中带电，带电涂料微粒在静电力的作用下被吸引贴覆在异性带电荷的构件上。

3.2埋地管道的防腐。埋地管道腐蚀的强弱主要取决于土壤的性质。根据土壤腐蚀性质的不同，可将防腐层结构分为普通防腐层、加强防腐层和特加强防腐层三种类型，普通防腐层适用于腐蚀性轻微的土壤，加强防腐层适用于腐蚀性较剧烈的土壤，特加强防腐层适用于腐蚀性极为剧烈的土壤。

为了增强沥青涂料与钢管表面的粘结力，在涂刷沥青玛脂之前一般要在管道或设备表面先涂刷冷底子油。沥青玛脂温度应保持在160～180℃时进行涂刷作业，涂刷时冷底子油层应保持干燥清洁，涂层应光滑均匀。沥青涂层中间所夹的加强包扎层可采用玻璃丝布、石棉油毡、麻袋布等材料，其作用是为了提高沥青涂层的机械强度和热稳定性。

施工时包扎料最好用长条带呈螺旋状包缠，圈与圈之间的接头搭接长度应为30～50mm，并用沥青粘合紧密，不得形成空气泡和折皱。防腐层外面的保护层多采用塑料布或玻璃丝布包缠而成，其施工方法和要求与加强包扎层相同，保护层可提高整个防腐层的防腐性能和耐久性。

埋设在一般土壤内管道可采用普通防腐方法；埋地管道在穿越铁路、公路、河流、山洞等地段及腐蚀性土壤时，可采用加强防腐方法；穿越电车轨道和电气铁路下的土壤时，可采用特加强防腐方法。