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室外供熱管網支座、坡度對供暖系統穩定性的影響

來源:焱森高科裝備 日期:2016/9/26 瀏覽次數:1044

 


在供熱管網的施工、維修過程中,人們大多將閥件和管道的安裝、維修及輔助設備的安裝、維修作為重點來抓,忽視了在整個管網系統中起到支撐和約束各種閥件、附件及設備的支座的重要性。在很多供熱管網施工和維修中都可以看到支座設置不合理,松動、脫落等現象,給供暖系統穩定性帶來影響,甚至可能造成供暖事故。
供熱管道的支座是位于支撐結構和管子之間的主要構件,它支撐管道或限制管道產生形變和位移,它承受管道所產生的作用力,并將作用力傳到支撐結構上。管道支座對供熱管道的安全運行有著重要影響,如果支座的構造形式選擇不當或支座位置確定的不準確,都會產生嚴重后果,很多嚴重事故往往都是因此而造成的。

一、管道支座的類型及設置
管道支座類型有活動支座和固定支座兩類,活動支座是承受管道重力,并保證管道發生溫度變形時,能夠自由移動的構件;固定支座是將管道固定,使其不能產生軸向位移的構件,它與支撐結構組合成管道的固定支架。
  1.管道支座的間距
  管道支座與支撐結構構成管道支架,因此管道支座間距就是管道支架間距,管道支架間距的大小決定著整個管網支架數量,直接影響到管網的投資,因此在確保安全運行的前提下,盡可能地增大管道支架間距,減少支架數量,降低管網投資。而管道支架最大間距是由管道的允許跨距來決定的,《給排水設計手冊》中給出了活動支座和固定支座最大間距表,在實際運用中可進行選擇。
  2.固定支座設置原則
  固定支座的作用是把管路在若干個點上固定起來,分段控制管路的熱伸長量,以保證補償器正常工作。此外,還可防止作用力的一次疊加而傳遞到管路的附件和閥件上去。因此:
  (1)在管道不允許有軸向位移的節點處設置固定支座,如:在有支管分出的干管處,需要設置固定支座;
  (2)在熱源出口、熱力站和熱用戶的出入口均應設置固定支座,以消除外部管路作用于附件和閥件上的作用力;
  (3)在管路彎管的兩側應設置固定支座,以保證管道彎曲部位的彎曲應力不超過管子的許用應力范圍。
  但是固定支座的間距,不得超過其最大間距要求,而且兩個固定支座之間必須有一個補償器,兩個補償器之間有一個固定支座。
二、管道支座設置不正確對供暖系統穩定性的影響
1.管道支座設置間距過大。工程造價降低,但支座承載力過大,易發生支柱、基礎斷裂;因此,其間距必須滿足以下條件:
  (1)管段的熱伸長量不得超過補償器所允許的補償量;
  (2)管段因膨脹而產生的推理,不得超過固定支座所能承受的允許推力數值;
  (3)不應使管道產生縱向彎曲。
  2.管道支座設置間距過小。支座承載力得到加強,但工程造價過大。
  3.選擇管道支座類型不正確。在管道及閥件處支座設置混淆,固定支座和活動支座不分,很容易造成支座不起作用,或加大管道系統應力,致使系統無法正常工作;
  4.管道支座設置位置不正確。支座會失去應有作用。

三、支座發生脫落、變形及支柱、基礎松動、斷裂對供暖系統穩定性的影響 
在集中供熱系統中,供熱管道把熱源與用戶連接起來,將熱媒輸送到各個熱用戶。而其布置形式有環形和枝狀,我們一般的供熱管網多采用枝狀布置形式,枝狀管網供熱管道的直徑隨與熱源距離的增加而減小,建設投資小,運行管理比較簡單。
  對于枝狀管網的熱用戶來說,在整個供熱網絡系統中他們均為并聯管路,在并聯管段上,總壓降不變,總流量為各管段流量之和,即:
  說明管段并聯時,網路總阻力數的平方根倒數為各并聯管段阻力數的平方根倒數之和。因此得出以下結論:
  1.當并聯各管段的S值不變時,網路總流量在各管段中分配的比例也不變。因此,網路總流量增加或減少多少倍,各并聯管段的流量也相應增加或減少多少倍。
  2.在并聯管段中任何一個管段的S值發生變化時,網路總阻力數亦隨其變化,而且總流量在各管段中的分配比例也相應發生變化。
  當網路因某種原因引起流量變化時,網路各點的壓力以及各用戶處的作用壓力都將同時發生變化。
  我們以熱水網路為例說明在支座發生脫落、變形及支柱、基礎松動、斷裂對供暖系統穩定性的影響。
  1.當管網上A點伸縮器或B點閥門處的承受管道重力的活動支座發生變形脫落時,在管道附件本身重力和管道重力的作用下,使管道附件縱向線與管道中心線不一致,管道附件將受到向下的彎曲應力集中。
  在管徑D一定,各熱用戶流量G一定,各管段阻力數S一定的情況下,該管段阻力數S將發生增大變化,從而使管網總阻力數S總也增加,總流量G總將有所減少,供回水干管水壓線坡度較平緩,但在A點或B點急劇下降。此時,在A點或B點之前的熱用戶①其作用壓差和流量均增加,但比例不同;而A點或B點之后的用戶,因阻力數沒變,但作用壓差減少,流量將以相同的比例減少。
  而對于整個管網來說,用戶有的流量增加,有的減少,造成不一致水力失調。
  2.當管網上C點閥門處的承受管道重力的活動支座發生變形脫落時,該處管道附件將受到向下的彎曲應力集中。這時管網總阻力數將增加,總流量將減少,熱用戶②之前干管水壓線變得平緩,熱用戶②處作用壓差增大,其后干管水壓線坡度變陡。熱用戶②前的用戶作用壓差和流量均增加,但比例不同;熱用戶②后的用戶,其作用壓差與流量均按統一比例增加。
  對整個管網系統而言,是一致水力失調。
  3.當C點閥門處的管段固定支座變形脫落或支柱、基礎發生松動、坍塌時,該管段將產生軸向位移,C點將受到軸向熱應力和支管對干管的推力和干管對支管的彎曲應力所構成的合成應力作用,必然會導致該處管道損壞。
  4.當A點伸縮器處的管段固定支座變形脫落或支柱、基礎發生松動、坍塌時,該管段將產生軸向位移,A點將受到軸向熱應力,伸縮器將無法工作,會造成管道附件崩裂、損壞后果。
  因此,在發生上述問題時,會嚴重影響到供暖系統穩定性,使供暖工作無法正常進行。
四、管道坡度設置對供暖系統穩定性的影響
供暖管道坡度是指管道兩端高差與兩端之間長度的比值,以符號i表示,坡度的坡向符號用箭頭表示,箭頭指向為由高向低的方向。設置坡度的作用一是排氣,二是增加水的流動力,減少管網系統阻力,有利于管網系統保持較好的運行穩定性。
  管道的坡度,要根據管道所經過地區的地形狀況來確定,一般不小于0.002。當管道坡度設置過小或發生逆坡時,常會在管道的逆坡或彎曲方向上造成氣囊現象,使供暖系統不能正常運行;或由于管道阻力增大,流速降低,使管道內積有的雜物堵塞管道附件,造成供熱系統達不到預期效果。因此,在管道敷設過程中一定要保證管道坡度的正確,才能保證供暖系統穩定運行。
  總之,管道支座與坡度設置正確與否將直接影響供暖系統的穩定性。兩者是相互統一的,首先,在施工過程中要保證支座設置位置與標高,以便保證管道有合理的坡度形成,還要使支座支柱、基礎安裝牢固可靠,混凝土及砂漿強度符合設計要求,以避免管道支座發生變形脫落,支柱、基礎松動、斷裂,影響整個供暖系統穩定性;其次,在維護管理過程中也要把支座作為重點項目進行排查,要定期檢查管道支座情況,當大直徑管道的固定支座直接做在檢查井井壁上時,要特別注意井壁是否有開裂現象,發現問題及時進行維修處理,才能使供暖系統安全穩定的運行。

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