大管径直埋供热管道的工作状态及安全性研究摘要：基于强度理论和弹性稳定理论，给出了不同压力等级、壁厚、公称管径为500～1400mm的直埋热水供热管道局部稳定控制循环温差、最大允许循环温差和屈服温差曲线，建立了管道工作状态分区图，对各区域管道的最大允许安装长度和弹、塑性工作状态进行了研究。提出了在防止大管径直埋供热管道产生局部屈曲的前提下，增大管道最大允许安装长度的措施。关键词：大管径直埋管道；局部屈曲；循环温差；安装长度ResearchonWorkingStateandSafetyofLarge-diameterDirectlyBuriedHeat-supplyPipelineSUNJinpengAbstract：Basedonthestrengththeoryandelasticitystabilitytheory，thecurvesoflocalstabilitycirculationtemperaturedifference，maximumcirculationtemperaturedifferenceandyieldtemperaturedifferencefordirectlyburiedhotwaterheat-supplypipelinewithdifferentpressuresandwallthicknessesandnominaldiameterof500to1400mmaregiven.Thezonediagramsforworkingstateofthepipelineareestablished，andthemaximumallowableinstallationlengthandtheelasticandplasticworkingstatesofthepipelinesectionsindifferentzouesareresearched.Measuresforincreasingthemaximumallowableinstallationlengthareproposedbasedonpreventinglocalbucklingoflarge-diameterdirectlyburiedheatsupplypipeline.Keywords：large-diameterdirectlyburiedpipeline；localbuckling；circulationtemperaturedifference；installationlength1概述随着我国经济和集中供热的发展，大管径(DN1400mm)、高温(150℃)、高压(2.5MPa)直埋热水预制保温管道日益普及，此类直埋管道可能出现的失效方式包括强度失效和稳定失效。强度失效包括内压和持续外荷载引起的一次应力产生的塑性变形，温度变化引起的二次应力产生的循环塑性变形，以及在温度变化过程中应力集中产生的疲劳破坏[1]。基于安定性分析理论，文献[2]、[3]分别针对DN500mm及DN1000mm以下管道的强度失效和设计方法进行了探讨。除强度失效外，直埋供热管道可能出现整体失稳或局部失稳。当公称直径大于500mm时，管道局部屈曲出现的概率将大大增加，管道局部将产生较大的变形，导致局部褶皱。其直接原因是温差作用下管道的轴向应变，取决于热胀变形的大小和热胀变形的释放程度。同时，局部屈曲出现的可能性与管径和壁厚紧密相关，随着壁厚的增加，产生局部失稳的可能性减小，而随着管径的增大则更易发生局部失稳。因此，如何将强度分析理论与局部稳定分析理论相结合，综合考虑压力、循环温差、管径、壁厚对管道工作状态和安全性的影响，成为大管径预制保温管直埋敷设研究中亟待解决的问题。23种控制温差曲线根据经典的弹性稳定理论，参考钢制压力容器的分析设计标准，直埋管道局部屈曲的许用轴向临界压应力计算公式为[4]：式中σcr——许用轴向临界压应力，MPaE——钢材的弹性模量，MPaδ——管道壁厚，MPaR——管道外半径，mm根据一次应力和二次应力共同作用下的安定性分析理论[3]，管道的应力变化不应超过其基本许用应力的3倍，因此可以得到局部稳定控制循环温差△tcr，见式(2)。式中△tcr——局部稳定控制循环温差，℃σall——直埋管道的基本许用应力，MPaυ一一管材的泊松数σt——内压作用在管壁上的环向应力，MPa，计算公式见式(3)α——钢材的线膨胀系数，K-1式中p——管道的工作压力，MPaD0——管道外直径，mmD1——管壁减薄后的内直径，mm，取值方法参见文献[3]设计压力为1.6MPa和2.5MPa时，不同管径和壁厚管道的局部稳定控制循环温差见图1、2。基于安定性分析理论，文献[3]给出了不同管径和设计压力下管道的最大允许循环温差△tmax与屈服温差△ty的计算方法，见式(4)、(5)。这两种温差也与管道壁厚密切相关。设计压力为1.6MPa，不同管径和壁厚管道的最大允许循环温差、屈服温差分别见图3、4。式中σs——管道的屈服极限，MPa3基于3种控制温差的管道工作状态分区以设计压力为1.6MPa、管径为DN1000mm的直埋管道为例，常见壁厚范围内的3种控制温差见图5。由图5可知3种控制温差的相对关系，管道的工作...
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