三通补偿井在直埋供热管道的应用优势

三通补偿井在直埋供热管道的应用优势

郑光明

中冶西北工程技术有限公司

摘要：目前，在城市直埋供热管线中，由于常规的三通布置方式在实际操作中存在诸多不便，因此一些情况下可采用三通补偿井的方式替代。通过布置形式、应力分析和投资对比等方面对常规的三通布置方式和三通补偿井的布置方式进行对比，说明三通补偿井在实际应用中的优势。

关键词：直埋供热管道；三通布置；三通补偿井

近些年，城市供热工程趋于向大温差大口径发展，这使得直埋供热管道具有较大的轴向应力，尤其大口径直管段会产生轴向循环塑性变形，对管道以及管附件，如三通、弯头造成破坏，也是许多管道爆管的主要原因。因此直埋供热管道应力问题逐渐突出并成为供热工程中的技术重点，尤其直埋三通处是供热管线的应力集中点也是薄弱点。

目前，常规的三通做法三通应力十分集中，且在实际操作中有诸多不便，而采用三通补偿井的方法，能很好的解决一些三通处的应力问题，同时还能为工程带来许多便利之处。因此，三通补偿井非常值得推广。

一、现状存在的问题

目前，三通处的常规布置一般是在三通附近设置固定墩和套筒补偿器，并且抽出的支线还需设置Z型弯及支线阀门井。

图1为某城市供热工程中的一个路口处三通布置图，此为很典型的三通常规布置方式。

图1 三通的常规布置示意图

此方式在实际操作中存在诸多不便：

1 通过应力计算，采用此布置方法时三通应力通常在许用应力的70-100%，甚至在一些情况下会更高而超过许用应力，成为爆管的隐患。

2需要设置两个补偿器井，一个支线阀门井和一个固定支墩，工程投资较高。

3三通通常设置在城市道路路口处，设置固定墩和套筒补偿器，再加上支线的Z型弯和阀门井，需要很大的占地空间和施工工作面，施工难度高周期长。从而对城市交通造成巨大压力和施工成本的增加。

4 此布置方式受管线布置，交通环境和地下管线等条件的影响较大。条件变化时，需根据新条件进行重新布置并应力计算。

二、三通补偿井的布置

为解决管道轴向应力集中于三通以及传统补偿方式占地面积大、布置难度大、适用性差等诸多缺点，在一些情况下可以采用三通补偿井。

一般情况下，三通补偿井井室内由一对T型三通、三对90°弯头、一对支线阀门构成。其特征是：井内供回水管分别由3个90°弯头构成一个U型管道，将主管道的轴向位移转化为支管段U型管的横向位移，从而实现补偿功能以保护三通。U型管段设置支线阀门，因此无需另外设置支线阀门井。支管抽出井后仍设置Z型弯来吸收支线的位移。

一般情况下，三通补偿量井内90°弯头曲率半径R=1.5D即可，若通过应力计算不能满足补偿时可以增加弯头倍率或调整U型管段的长度以增加补偿量。其典型构造方式如图2.

图2 三通补偿井构造图

图中：1—90°弯头 R=1.5D。

2—T型三通。

3—支线阀门。

此外，根据管线布置的实际情况，三通补偿井还可以采用下抽左出、下抽右出、上抽左出、上抽右出等抽头型式。以上的型式完全可以适应各种三通的抽头需求。

利用三通补偿井的方法，图1中的情况可改为三通补偿井布置，如图3所示。

图3 三通补偿井布置示意图

三、两种三通布置方式的对比

以某工程为例，参数如下：供水最高温度130℃，安装温度10℃，管道覆土1.5m，设计压力为1.6MPa，主管管径为DN1000支线管径为DN150。

1 应力分析对比

对两种三通布置方式用SISkmr应力分析软件进行建模并应力计算。

通过计算，采用常规三通布置方式时，三通与固定支墩的距离对三通的应力影响较大，经过调整此距离应控制在5m以内，否则三通应力超标。三通与固定支墩的距离为5m时，三通应力计算结果为许用应力的96%。

采用三通补偿井布置方式时，在保证井室内的U型管可以布置下即可。此时三通应力计算结果为许用应力的3%。

可以看出采用三通补偿井时，三通应力显著降低，三通由于热应力遭破坏的几率大大下降。

2 工程投资对比

以主管管径为DN1000支线管径为DN150为例（价格按常规估计，非实际市场价）。

采用常规三通布置方式时，固定投资如下表：

采用常规三通补偿井布置方式时，固定投资如下表：

可以看出采用三通补偿井时，节省了两个补偿器、一个固定支墩及一个支线阀门井，可以明显降低工程投资。

3 施工进度对比

由两种三通的布置方式可以看出，常规三通布置方式需在路口占用较大的路面用于施工两个补偿器井和一个固定支墩。三通补偿井布置方式则只需占用大约三分之一的路面。

因此，常规三通布置方式的施工周期是三通补偿井布置方式约3倍。而通常交通部门会尽量减少路口交通封闭的时间。这样看来，三通补偿井布置方式的优势十分明显。

4 其他对比

常规三通布置方式占用面积较大，且补偿器、固定支墩和三通的布置距离会受应力计算的限制，不易随意调整。当遇到地下管线、交通限制、施工周期等条件影响时，调整较困难，通常需要通过应力计算重新计算调整。

采用三通补偿井布置方式时调整十分灵活，可以适应通常的调整需求。

5 适用性对比

常规三通布置方式适用于全部的三通抽头。

三通补偿井布置方式需要在井室内设置U型管段和3对90°弯头，当支线管径较大（大于DN350）时，井内需要的空间过大且U型管段的补偿效果变低，因此支线管径较大时适用性较差。根据实际经验，三通补偿井宜用在支线管道不大于DN350的情况。

四、结论

综上所述，三通补偿井在支线管径较小时具有很大的应用优势，其具有如下优点：

1. 井室内弯头是热膨胀的自然补偿器，可使三通应力明显下降，消除了爆管的隐患；

2. 三通补偿井使用一个井的空间就能完成应力补偿，使占用空间降低，工程投资减低；

3. 三通补偿井占用空间少施工周期短，可有效缓解交通，施工等压力；

4. 三通补偿井基本不受外界环境条件的制约，抽头方式灵活。

此外，三通补偿井布置方式已在实际工程中得到验证，设计、施工等各方面的技术非常成熟可靠。

因此，三通补偿井是一种非常值得推广的技术。