热力管道施工安全技术的研究

本文通过对某区域蒸气管网爆裂事故案例的分析，提出了热力管道施工过程中不容忽视的几个安全技术问题。针对这些问题，探讨了对管道补偿器划分段设计和管道支承件、补偿器、疏水器等每一步工序安装中应注意的事项，可为类似工程施工参考。

城市集中供热系统正逐步呈现传输距离长、管道口径更大，穿越地形环境复杂，蒸汽参数更高的趋势。为确保热力管网系统安全、可靠运行，管道施工中必须根据工程具体特点和现场实际情况，灵活地解决管道补偿段划分、管道支承件施工和补偿器安装等问题。

1工程案列

1.1某区域蒸汽管道事故情况及分析

1.1.1事故情况2006年3月23日凌晨，某区域集中供热系统运行中的蒸汽管道突然发生爆裂，蒸汽管道“跳出”管道支墩，掉到河滩上，管道从补偿器处上游9m左右处撕裂。（1）事故管道参数管道规格φ325*8，材质20＃钢，采用GB/T8163标准；工作介质过热蒸汽；工作压力1.6MPa；工作温度250℃。管道系统采用的旋转补偿器“п”型布置。

（2）事故现场破损情况管道从一组旋转补偿器处断分为两段掉在河床上，补偿器损坏；补偿器上游大约400多米管道掉在地上，下游大约有300m管道掉在地上，沿线多处管架倾斜（见图1）。在补偿器的上游9m处，管口被扭曲撕裂，只剩部分连着，断裂曲线无异常（见图2）。管道滑动支架异常偏移，滑动支架的支墩倾斜，支墩底部泥土有裂纹；管道滑动支架设置了导向，导向为单块钢板紧靠滑动支架与管道平行侧立，无与管道垂直方向加强；为减小摩擦在滑动支架与支墩间加了镀锌铁皮，镀锌铁皮焊在滑动支架底板上（见图3－图5）。固定支架无异常，固定支架间距140m，每段管道的最低点设置了疏水器，疏水器工作正常。

1.1.2事故分析（1）材料检验情况通过对管道材质的化学成分分析，并进行力学试验，各项指标符合要求，排除管道材质问题。根据管道撕裂口的形状，初步认定管道断裂不是事故的起因，这种断裂是在管道受到巨大扭曲疲劳后被撕裂的。对使用的其他旋转补偿器进行检查，质量合格。从对损坏的补偿器解体检查情况来看，旋转补偿器的受损应该是受到巨大的外力作用造成的。

（2）补偿器受损分析补偿器受到的推力何来？由于“п”型组合式旋转补偿器以沿着管道安装时的两个补偿器距离为直径的圆周运动，不仅在管道轴向产生位移，在两段管道之间的横向位移亦发生变化(见图6)。且距离固定支架越远（越靠近旋转补偿器位置）管道的轴向和横向两个方向的位移也越大。由于附近管道滑动支架的导向挡板严重制约两段管道间横向位移（见图5中挡板），此时就会产生两个结果：一是补偿器被两段管道的巨大推力损坏；二是滑动支架的导向被推倒，管道从支墩上摔下。前述事故产生即为管道滑动支架的滑托推到导向挡板，管道挣脱系统约束从支架上掉到地上后，补偿器受到巨大推力损坏所致。

（3）管道撕裂的成因在管道从补偿器处断开后，管道中的蒸汽并没有立即停止，1.6MPa的压力从DN300的管口直接对空排放，其反作用力可想而知，而对管道有约束的管道固定支架在离此60m～70m的地方，就像从消防员手中挣脱的水龙带乱蹦直至扭曲、撕裂到汽源切断才停止。

2热力管网施工过程中应注意的问题

2.1合理确定补偿段的划分

（1）较长直管补偿段的划分对于较长直管段管道补偿段的划分，首先应根据管道系统介质温度计算热伸长量，然后根据补偿器种类、补偿量、管道直径和设计要求确定每个补偿段的长度，再根据现场实际情况进行分段。但要注意从安全角度考虑，分成的各段长度应不要大于计算或设计长度10％，从运行经济方面考虑分成的各段长度应不要小于计算或设计长度的70％。

（2）充分利用自然补偿管道系统的补偿段划分还要根据地形情况，充分利用管道直角转弯、平行拐弯、翻高跨越等作为自然补偿器，尽量减少整个系统人工补偿器的使用数量和每个各补偿段的长度。

（3）曲线及不规则走向的管道补偿段划分图7曲线走向管道根据现场情况分解为若干个长度不尽相等直线段对于曲线及不规则的走向管道，应将管道分解成若干个直线段，每个补偿段的固定支架作为分解整段管道的折点（即管道的折点设置在固定支架附近）；每个直线段间的管道要保证直线度，以利管道热胀冷缩产生位移。但要保证管道系统离道路的最小距离h不小于原设计距离或建筑物、道路等的安全距离（见图7）。

2.2管道支承件施工

热力系统管道、支架在运行过程中是一个动态运动的系统，整个系统随介质温度、压力等参数的变化而不断地运动、调整，实现动态热补偿。管道支承件施工应注意以下问题。（1）管道支架的高度应在能使管道保温层离管道支墩表面净30mm～50mm左右，保证管道热胀冷缩相对支墩位移时不损坏保温层，且便于观察管道的热胀冷缩。同时要保证管道的坡度，以利排除管道中的凝结水。（2）计算出每个滑动支、吊架处管道的热膨胀量，安装时将支架向固定支架方向预偏移计算伸长量的1/2。

（3）导向支架安装：对于波纹补偿器、套筒补偿器等轴向补偿器，补偿时只允许轴向位移，不允许发生横向位移，导向支架就显得非常重要，它不仅要能限制管道横向位移，还要能限制管道的垂直上下位移，保证补偿器两边的管道精确对中；但又不能靠得太紧，妨碍管道的轴线位移（见图3，导向与滑动支架间隙中加了楔铁；见图5，单块钢板导向、镀锌铁皮垫），案例中的滑动支架做法就是系统安全运行的大隐患，此时应选用图8中约束型导向支架。而对于旋转补偿器（除Ω形布置外，补偿器附近的管道运行时不仅有轴向位移，还有横向位移，越靠近补偿器的管道横向位移越大。为防止管道多次热胀冷缩后跑偏，可以在旋转补偿器附近每间隔一个支架增设图8中的限制管道横向最大位移的“限制型导向支架”防止管道多次启停热胀冷缩发生位移后跑偏，确保系统安全运行。

2.3补偿器安装

（1）波纹补偿器波纹补偿器只允许轴向位移，不允许发生横向位移。波纹补偿器安装时要求精确对中，才能保证支架导向良好（采用约束型导向支架）。按计算位移预拉伸，拉伸量为补偿量的1/2。补偿器内衬套焊接固定端迎流向。波纹补偿器系统管道安装，首先要考虑的是补偿器对系统的盲板推力，每个补偿段的一组固定支架必须要有足够的强度。特别是管道进行强度试验时，波纹补偿器两侧必须设置临时约束装置，待试压完成后及时拆除。

（2）旋转补偿器由于旋转补偿器具有补偿能力大、不需严格对中、没有盲板推力、不需预偏装等优点，在热力管网工程中正逐渐取代其他形式的补偿器。旋转补偿器可采用多种组合形式，不仅在直管段、平行路径采用，还可在不断变化标高和改变走向时均可采用。旋转补偿器安装时必须根据现场实际情况结合厂家技术要求选用不同的组合形式。旋转补偿器系统管道中应根据计算管道的横向位移，采用限制型导向支架。

3结语

热力管网施工中除除严格按照设计、规范要求划分好管道补偿器段安装外，还要结合施工现场情况，再次做好管道补偿器划分段设计安装，并要严格把住管道支承件、补偿器、疏水器等每一步工序的安装质量，其中特别要重视管道焊接、吊装等工序施工质量，这样才能最大限度地保证热力管网安全、经济运行。

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