直埋热力管道设计理论浅析

摘要：根据直埋热水管道和直埋蒸汽管道的不同特性，介绍了两种管道的
应力验算及强度计算，并对两种直埋热力管道的敷设方式和保温结构进行
了分析比较。
关键词：直埋热水管道；直埋蒸汽管道；应力计算；保温结构

、概述

国内外热力管道直埋技术的发展已经有

60 多年的历史。随着高分子有机材

料的发展，

世纪

50 年代初，国外开始研制预制保温管，采用聚氨酯泡沫塑

料作保温材料，以高密度聚乙烯作为保温管的外壳。由于这种保温管具有较好的

防水性，因而

可用于地下水位高、土壤潮湿的地区。国内在

世纪

50 年代曾

经采用浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷设方式，

世纪

70 年代采用沥青珍珠岩

保温的热力管道直埋敷设技术。

1977 年对用沥青珍珠岩保温的直埋热力管道进

行了无补偿直埋敷设实验。

世纪

80 年代出现了两种新型的预制保温管：一

种是保温结构为氰聚塑形式的预制保温管，一种是管中管形式的预制保温管。目

前这两种形式的预制保温管已大量生产，并广泛应用于城市供热管网及工矿企

业。近年来采用复合保温管结构的直埋热力管道也得到越来越广泛的应用

。

随着我国

“热电联产”的迅速发展，热力管道敷设方式有了重大变革，目前

对

150

℃ 以下的热水管道，几乎全部实现直埋敷设，经过多年的研究开发和实

际应用，技术已比较成熟和配套，并已有相应的技术规程做指导。蒸汽管道直埋
敷设近年来也得到了长足的发展。经过多年的探索，现已出现理想的预制直埋式
耐高温复合保温管，并探索出一整套科学的、实用的蒸汽管道直埋敷设设计方法
和节点处理技术措施。直埋热水管道和直埋蒸汽管道在设计、施工要求上均有很
大不同。本文从两种管道的应力验算、保温结构等方面进行分析和比较。

2、应力验算

直埋热水管道和直埋蒸汽管道的应力验算均采用应力分类法［

1］。应力分

类法的主要特点是将管道上的应力分为一次应力、二次应力和峰值应力三类，
并采用相应的应力验算条件。管道由内压和持续外载产生的应力属于一次应力，
它是为了满足静力平衡条件而产生的。当应力强度达到甚至超过屈服极限时，
由于材料进入屈服或静力平衡条件得不到满足，管道将产生过大变形甚至破坏。
一次应力的特点是变形为非自限性的，对应力验算应采用弹性分析或极限分析。
管道由于热胀、冷缩等变形受约束而产生的应力属于二次应力，它是为了满足
结构各部份之间的变形协调而引起的应力。当部分材料超过屈服极限时，由于
产生小量的塑性变形，变形协调得到满足，变形就不再继续发展。它具有自限
的特点。对二次应力采用安定性分析。所谓安定性是指结构不发生塑性变形的连
续循环，管道在有限量塑性变形之后，在留有残余应力的状态下，仍能安定在
弹性状态。安定性分析允许的最大弹性应力变化范围是屈服极限的两倍。峰值应