摘要：隨著城市規(guī)劃的要求，城鎮(zhèn)供熱的蒸汽流量計(jì)使用越來越多，在各個(gè)直埋蒸汽流量計(jì)項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)、監(jiān)理等項(xiàng)目質(zhì)量控制單位把注意力主要放在鋼管、保溫層、補(bǔ)償器等主要原材料上，經(jīng)常忽略了工程中的一些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和工藝要求，例如，焊接、支架等。本文重點(diǎn)分析了蒸汽蒸汽流量計(jì)內(nèi)固定支架的常見問題，并提供了一些解決辦法。
隨著城市規(guī)劃的要求，城鎮(zhèn)供熱的蒸汽流量計(jì)使用越來越多，在各個(gè)直埋蒸汽流量計(jì)項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)、監(jiān)理等項(xiàng)目質(zhì)量控制單位把注意力主要放在鋼管、保溫層、補(bǔ)償器等主要原材料上，經(jīng)常忽略了工程中的一些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和工藝要求，例如，焊接、支架等。這里重點(diǎn)分析蒸汽蒸汽流量計(jì)內(nèi)固定支架的常見問題，希望引起業(yè)內(nèi)的重視，筆者并提供了一些解決辦法。當(dāng)前蒸汽蒸汽流量計(jì)行業(yè)的鋼套管通常多數(shù)使用鋼制管道，特別是華南地區(qū)。這種保溫管的固定支架通常都是內(nèi)固定支架，固定結(jié)構(gòu)位于工作管外壁和鋼套管內(nèi)壁之間。固定支架是直埋蒸汽流量計(jì)道分段熱補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)點(diǎn)和受力點(diǎn)，同時(shí)，固定支架對(duì)三通、支線、閥門等不適合產(chǎn)生熱位移的部位進(jìn)行保護(hù)，是整個(gè)管道系統(tǒng)穩(wěn)定性的保障。
內(nèi)固定支架的shou要作用是承受因熱補(bǔ)償產(chǎn)生的推力。蒸汽流量計(jì)#常用的補(bǔ)償方式是軸向波紋補(bǔ)償器，特別是長(zhǎng)距離連續(xù)埋地敷設(shè)的蒸汽流量計(jì)。少部分使用管道自然補(bǔ)償或由架空管的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)補(bǔ)償。無論熱力管道是自然補(bǔ)償還是機(jī)械補(bǔ)償，工作管都需要固定支架作為受力點(diǎn)。
有波紋補(bǔ)償器的管段，在管線熱運(yùn)行時(shí)，固定支架承受的主要作用力有工作管熱位移時(shí)克服摩擦力時(shí)產(chǎn)生的反推力、波紋補(bǔ)償器的彈力、工作管及保溫層的重力介質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)壓推力。固定支架設(shè)計(jì)時(shí)，shou先要計(jì)算其能否承受這里力之和（矢量和）。但是不能僅以此作為固定支架受力計(jì)算的依據(jù)。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算，水壓試驗(yàn)時(shí)，介質(zhì)因內(nèi)壓力產(chǎn)生的軸向推力要比正常運(yùn)行時(shí)大得多。水壓試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)整個(gè)管道系統(tǒng)的強(qiáng)度，管道水壓試驗(yàn)時(shí)，介謘hou饔糜詮ぷ鞴艿難骨亢橢嵯蜃蓯芰γ婊急裙艿勒Ｔ誦惺幣�。�?某 直 埋 蒸 汽 管 項(xiàng) 目 DN600 管 道 為 例， 工 作 管規(guī) 格 為 Φ630×10， 鋼 套 管 為 Φ1120×12， 設(shè) 計(jì) 壓 力P=1.5MPa，使用的是外壓軸向式波紋補(bǔ)償器，補(bǔ)償器的有效面積 A=4766CM²，根據(jù)管道施工規(guī)范，管道水壓試驗(yàn) 的 強(qiáng) 度 為 1.5P.F=1.5PA=1072350N。 補(bǔ) 償 器 波 紋 剛 度K X0 =423N/mm, 補(bǔ)償量為 X O =190mm，則補(bǔ)償器產(chǎn)生的彈力為F2=1/2X O K XO =40185，方向和內(nèi)壓推力相反；可知介謘hou饔糜詮ぷ鞴艿哪諮雇屏?F 合 =F-F 2 =1032165N。即作用于固定支架的#大軸向推力為 F 合 ，相當(dāng)于超過 100 噸重物的重量。波紋補(bǔ)償器處的固定支架必須有足夠的強(qiáng)度來承受推力，此處的固定支架的受力計(jì)算必須嚴(yán)格謹(jǐn)慎，不然可能會(huì)造成嚴(yán)重的工程事故。根據(jù)蒸汽流量計(jì)結(jié)構(gòu)形式可知，通常每條管線有很多個(gè)固定支架，而管線兩端都會(huì)有內(nèi)壓產(chǎn)生的推力。在水壓試驗(yàn)時(shí)只有管線#末端的固定支架或一端不受內(nèi)壓推力的固定支架的軸向受力等于上文的F 合 ，這種固定支架通常稱為主固定支架。其余的固定支架因?yàn)閮蛇叢y補(bǔ)償器作用力抵消的原因，受力會(huì)遠(yuǎn)小于主固定支架，管線變更或改造也會(huì)出現(xiàn)類似情況。因此，可以根據(jù)實(shí)際情況增加主固定支架的強(qiáng)度 , 承受介質(zhì)內(nèi)壓推力的固定支架必須做嚴(yán)格的受力分析。但是，當(dāng)主固定支架如果破壞失效，相鄰的一個(gè)固定支架就會(huì)承受元主固定支架承受的所有軸向推力，或者管線變更也可能出現(xiàn)這種情況。因此，在重要或者安全要求較高的項(xiàng)目，每個(gè)固定支架都要能夠承受整條管線所產(chǎn)生的#大內(nèi)壓推力，并且要有足夠的安全系數(shù)。
自然補(bǔ)償時(shí)，固定支架承受的工作管的熱位移時(shí)克服摩擦力的反推力和工作管彎曲產(chǎn)生的彈力。工作管在自然補(bǔ)償時(shí)微量變形，產(chǎn)生的推力較小，通常遠(yuǎn)小于固定支架的承載力。但是，自然補(bǔ)償時(shí)固定支架處的主要受力除了沿軸向的反推力外，還會(huì)受到工作管側(cè)向的作用力，而且當(dāng)補(bǔ)償臂較短時(shí)，作用力會(huì)較大，因此，也應(yīng)在設(shè)計(jì)階段做應(yīng)力分析。自然補(bǔ)償作用力的大小在各個(gè)相關(guān)規(guī)范及實(shí)用手冊(cè)中均有詳細(xì)描述，此處不再贅述。
固定支架通常是蒸汽流量計(jì)在工廠預(yù)制在蒸汽流量計(jì)中，含有固定節(jié)支架的預(yù)制蒸汽流量計(jì)段通常比較短，這段蒸汽流量計(jì)一般被稱為固定節(jié)。固定節(jié)的做法有很多種，目前#常用的是圓周型，圓周型固定節(jié)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受力均勻；（2）每?jī)蓚�(gè)固定節(jié)之間的保溫空間可以被隔離開，便于檢修。如圖 1。
這種固定支架看上去結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大小頭與工作管和鋼套管整圈滿焊，工作管周向受力均勻，#大程度地降低了應(yīng)力集中。大小頭在工作管受熱膨脹后可產(chǎn)生一定的彈性變形，減小固定結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生的二次應(yīng)力。整圈滿焊形成保溫空間的隔斷，如果工作管某點(diǎn)泄漏，蒸汽就會(huì)在相應(yīng)補(bǔ)償段的排潮管排出，既可以不影響其他補(bǔ)償段的保溫層，而且檢漏的范圍就在這個(gè)補(bǔ)償段上，不用在整條管線上盲目查找。直埋內(nèi)固定節(jié)的表面溫度控制一直是熱力管道預(yù)制的一大難題。鋼的導(dǎo)熱率通常是普通保溫材料的上百倍甚至上千倍。內(nèi)固定節(jié)中的鋼制固定結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)會(huì)使鋼套管處的溫度過高，導(dǎo)致固定節(jié)處鋼套管防腐層破壞，如圖 1 的 C 處。并且高溫會(huì)影響周圍的土壤結(jié)構(gòu)和植被。直埋蒸汽流量計(jì)道檢修，開挖后，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)固定支架處的鋼套管處腐蝕破壞。按照現(xiàn)行#新規(guī)范，蒸汽流量計(jì)運(yùn)行時(shí)鋼套管外表面#高溫度不能超過 50℃。由于土壤層有保溫作用的原因，很多實(shí)際運(yùn)行的蒸汽流量計(jì)道表面溫度都會(huì)接近或超過 50℃，固定支架處的溫度會(huì)更高，而且固定支架會(huì)影響旁邊管道的溫度。這樣一方面不符合行業(yè)規(guī)范，另一方面剛套管溫度過高會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生影響，包括土壤層、地下水、植被、周圍的地下管道等。普通的固定節(jié)就存在上述問題。
固定節(jié)處的溫度控制對(duì)蒸汽流量計(jì)來說非常重要。多數(shù)蒸汽流量計(jì)預(yù)制廠家在預(yù)制時(shí)，都未對(duì)固定節(jié)做隔熱處理。但是固定節(jié)要達(dá)到足夠的承載強(qiáng)度和每個(gè)補(bǔ)償段保溫空間的嚴(yán)密隔斷，工作過就得與鋼套管和工作管均沿圓周滿焊，這樣就必然造成鋼套管與固定結(jié)構(gòu)焊接處溫度過高。目前，多數(shù)直埋保溫管預(yù)制廠家在固定節(jié)制作時(shí)都未能有效解決固定節(jié)外套管處溫度會(huì)過高的問題。
筆者此處介紹一種解決固定節(jié)處鋼套管溫度過高的辦法。固定節(jié)制作時(shí)，在鋼套管、固定結(jié)構(gòu)、工作管焊接完畢后，以鋼套管和固定結(jié)構(gòu)的焊接點(diǎn)為中心再增加一層外護(hù)管，兩層鋼套管直接添加保溫層，之后在按要求做防腐處理。固定結(jié)構(gòu)同樣參照?qǐng)D一結(jié)構(gòu)，鋼套管外以 C 處為中心再增加外護(hù)管，如圖 2。
如此一來，C 處的熱量由外護(hù)大小頭（件 3）和外護(hù)管（件4）分散，解決了固定節(jié)外表面局部溫度過高的問題。從宏觀角度看，這個(gè)措施實(shí)際上是增加了固定結(jié)構(gòu)外層的總熱阻。在其他層熱阻不變的情況下，其表面溫度自然會(huì)比原來降低。由以上可知，固定支架是直埋蒸汽保溫管整個(gè)管網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一，再制作時(shí)不能僅考慮其“固定”功能，還需要考慮其受力強(qiáng)度、密封性能、表面溫度、內(nèi)部應(yīng)力等方面因素，才能保證固定支架的安全、性能和壽命。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、預(yù)制、施工的各個(gè)階段，都必須重視。
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