四、研究目的和意义
1、研究目的
由于我国的“无补偿直埋”小管径管道的应用较为普遍，相关的研究也较
多，我国也相应推出了我国的国家行业标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》 （CJJ/T81－98），也是较为成熟的技术，但是对于“无补偿直埋”大管径管 道的研究较少，也没有相应的法律法规，但是在一些工程上有些设计、施工单 位也尝试着采用“无补偿直埋”大管径管道，经济效益是显著的，但是同时也 存在很多的问题，结合我区现有的已经实施的和即将实施的“无补偿直埋”大 管径管道工程进行总结，根据实际运行情况及已发生的情况，加以总结，来填 补这一领域的空白。
三、无补偿直埋技术的发展
(1) 上世纪70年代应力分类法在国外及国内压力容器和汽水管道设计标准中应用。 (2) 1974年开始热水管道直埋敷设的试验研究，发现按传统的强度设计理论，固定支 架、补偿器比管沟敷设多一倍，不能发挥直埋的优势。 (3) 1976年五家单位合作在热力管道无补偿直埋敷设试验研究中应用应力分类法和安 定性分析进行无补偿的理论研究和现场实测，证实了采用应力分类法理论计算结果的正 确性。 (4) 1980年五家单位合作完成的《热力管道无补偿直埋敷设试验研究》课题通过鉴定， 1981年获得北京市科技成果二等奖。 (5) 80年代按照无补偿冷安装方法设计、采用沥青珍珠岩预制整体保温管敷设的几十 项直埋热水管道工程投入运行。 (6) 80年代中期我国从北欧引进生产的预制高密度聚乙烯外护聚氨酯保温管开始工程 中应用，采用预热安装方式。 (7) 90年代《欧洲区域供热手册》推荐直埋敷设热水管道优先采用无补偿冷安装方式。 (8) 1993年ABB公司的供热手册中介绍的直埋敷设热水管网冷安装方式，可不进行预 应力和补偿，而应在运行温度130～140℃的直埋热管上，其轴向应力已超出了弹性分析 的范畴。[57] (9) 2019年版欧洲标准《区域供热整体式是预制保温管的设计、计算和安装》，2019 年出版的《集中供热手册》中则明确提出了应力分类法。 (10) 2019年建设部发布实施行业标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T8198，规程规定采用应力分类法进行管道强度验算，适用于热水管道无补偿冷安装直埋敷 设。
2、研究意义
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根据我国“无补偿直埋”大管径管道的实际情况并结合我区相应得实际工程， 总结“无补偿直埋”大管径管道在实际工程中的应用价值，并在大范围内推广 “无补偿直埋”大管径管道工程的技术方面给与一定的支持和辅助，最后通过总 结、归纳，实现理论提升，使提出的“无补偿直埋”供热大管径管道工程对自治 区，乃至全国的发展具有指导意义。 无补偿预热直埋是一种可靠性高、造价低的敷设方式，目前在工程应用中预 热普遍以水作为介质，由于受水的热物理性质的限制，在预热中尤其对于大口径 供热管道产生了诸如预热时间过长、水的自重影响热膨胀等缺点，这些缺点在一 定程度上也制约了此种敷设方式在工程中的应用，而采用空气作为预热介质不仅 可以较好的解决以上问题，而且对于宝贵的水资源也是一个极大的节约。在其他 省市地区这种方式应用较为理想。倡导并论证“无补偿直埋保温管的热风预热技 术”等一些先进技术在内蒙古自治区的实际应用的可行性是十分必要。
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五、敷设分类 ：
5.1 有补偿直埋敷设 有补偿直埋敷设管线最大的特点就是安装了补偿器用来吸收热胀变力分析的强度条件。 5.1.1 设计方法 有补偿直埋敷设热水供热管线的设计方法比较简单，对管道的应力验算采用了弹性分析理论， 只计算作用在管道上所受应力的合应力，分析管线受综合应力的影响。同时弹性分析理论有自身 的弊端，荷载会引起一定的应力、应变，将应力、应变控制在一定范围内，再加上足够的安全余 量作为限定值。[64]只要管道任一载面上的应力小于此限定值即钢材的许用应力即可安装敷设， 但这种方式并未充分发挥管道自身的负荷能力，造成了多余的浪费。 5.1.2 补偿器的原理及作用 补偿器是一种具有很强伸缩性能的挠性元件或管子的特殊构造。由于弹性分析理论在管道分析设 计中的不尽完美，使得补偿器在直埋敷设热水供热管道中成为必然，例如波纹补偿器利用自身的 伸缩性能来吸收管子的热位移或承受管道内压缩产生的强大推力从而降低了管段的应力将其控制 在应力计算所允许的极限范围内。除了补偿设备以外还有一些管道的特殊构造也能起到补偿作用， 例如几字弯头和三通，当管道受热或遇冷时会受到强大的温度应力，而这些弯曲部位则可以通过 自由变形吸收热位移来减少管段的应力。通过这两种方式，管道都可得以处于过渡段，受热或遇 冷时自由伸长或缩短。 5.1.3 施工难度及运行原理 根据有补偿直埋敷设的设计理念，管道是靠补偿器的伸缩来降低温度应力的，而相邻两补偿器的 距离不宜过长，所以需设置较多的补偿器和固定支座，因此施工安装很复杂。而且大量的固定支 座的使用使保温层的断点增多，断点处的保温层很容易被破坏，长时间埋在地下钢管会很容易被 腐蚀，导致整个热水管网瘫痪，影响供热系统的运行，增加了维修费用。
定性要求，从而确保供热管道系统处于安全状态。 供热管网直埋无补偿技术目前在技术上成熟，近几年在许多大型的新建集中供 热工程中都得到了广泛的应用，在长春一汽的一次高温水网、乌鲁木齐集中供热的一
次高温水网、辽宁营口热力公司集中供热网管及黑龙江宝清集中供热管网中都得到了
良好的应用。 在内蒙古地区“无补偿直埋”供热大管径管道工程的应用也逐渐发展起来，例 如乌海的集中供热一期工程、呼和浩特集中供热三期工程、鄂尔多斯集中供热工程等 在运行过程中都有较好的效果。虽然在某市某区发生了“无补偿直埋”供热管道工程 隆起、屈曲并皱裂事故，但是也得到了较好的解决。
一、引言
供热管网直埋无补偿技术――即直埋热水管道无补偿敷设技术。我国城市供 热管道直埋无补偿技术起源于火力发电厂汽水管道上的应力分类法。早在上个世 纪70年代，我国就已经开始采用通过对管道温度应力的安定性分析对直埋热水 管道进行研究。在80年代，随着我国开始从北欧引进预制保温管，在直埋管网 的设计中也相应地采用了北欧的弹性分析法进行直埋管网设计。在弹性理论下， 直埋管道的直管段通常采用设置补偿器、固定支墩的管道安装方式。进入90年 代以后，随着城市集中供热的发展及多年直埋热水管网运行经验的积累，我国的 一些设计人员开始认识到弹性分析理论指导下的直埋热水管道设计过于保守，设 计人员开始采用应力分析法进行直埋管道的强度设计。北欧供热行业也意识到了 这一点，2019年版欧洲标准《区域供热整体式预制保温管的设计、计算和安 装》，2019年出版的《集中供热手册》中则明确地提出了应力分类法。 在唐山市热力公司、北京煤气热力工程设计院、哈尔滨建筑大学、沈阳热力 工程设计研究院、中建二局安装公司、鸡西热力公司哈尔滨热力公司及中国矿业 大学多家单位的努力下，历经六年，于2019年制定出了我国的国家行业标准 《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81－98），此标准明确规定了采 用应力分类法进行直埋热力管道的强度设计，2019年1月正式颁布，2019年6 月1日正式起施行。此标准的颁布标志着我国直埋管道设计理论进入了国际先进 水平。
二、工程背景
由于弹性分析理论的沿袭，有补偿设计及安装仍在供热管网占有较大比重，致 使直埋无补偿技术至今没有得到全面推广和普及。2019年建设部218号公告中将直 埋热水管道无补偿敷设技术确定为推广技术项目。明确了直埋供热管道工程的设计原
则是使预制保温管系统中的管道、管件在设计条件下均能满足相应标准强度条件和稳