【论文精选】CJJ\/T 81—2013与CJJ\/T 81—98标准对比及解读

作者：刘芃，王丹丹，邴守启，朱正，梁玉辉

第一作者单位：北京市煤气热力工程设计院有限公司

摘自《煤气与热力》2015年9月刊

1 概述

CJJ/T 81—2013《城镇供热直埋热水管道技术规程》（以下简称新规程）已于2014年2月1日实施，由此CJJ/T 81—98《城镇直埋供热管道工程技术规程》（以下简称原规程）完成了历史使命。

由于供热管道直埋敷设占地少、工期短、热损失小，近十几年广泛发展，且早已突破原规程规定的公称直径小于等于500 mm的适用范围。欧洲标准EN253:2003《用于区域供热热水管网—由工作钢管、聚氨酯保温层和高密度聚乙烯外护管组成的预制直埋保温管》、EN448:2003《用于区域供热热水管网—由工作钢管、聚氨酯保温层和高密度聚乙烯外护管组成的预制直埋保温管件》等早于2003年将适用范围扩大至DN 1 200 mm。原规程之所以将管径的适用范围限制在小于等于DN 500 mm，主要是因为原规程中的一些计算公式是通过试验拟合而成，扩大管径后其偏离程度未知。而新规程在编制过程中借鉴国外相关标准并结合理论计算，完善了DN 500 mm以上、小于或等于DN 1 200 mm热水管道直埋敷设的计算。下面主要从两方面比较有代表性的修订和增加内容。

2  摩擦力计算公式的修订

原规程规定单位长度直埋敷设预制保温管的外壳与土壤之间的摩擦力应按下式计算：

式中F ——轴线方向单位长度直埋敷设预制保温管的外壳与土壤之间的摩擦力，N/m

ρ——土壤密度，kg/m³

g ——重力加速度，m/s²

μ——摩擦系数

h_t ——管顶覆土深度，m,当h_t＞1.5 m时，h_t取1.5 m

D_c  ——预制保温管外壳的外径，m

式中K₀——土壤静压力系数

σ_v——管道中心线处的土壤应力，Pa

W——包括介质在内的保温管单位长度的重量，N/m

α——回填土内摩擦角，(°)，砂土可取30°

当管道中心线位于地下水位以上时的土壤应力计算公式为：

σv=ρgh                       (4)

式中h——管道中心线覆土深度，m

原规程和新规程在覆土深度的计算规定上也有差异。原规程根据试验数据考虑消力拱的作用，针对DN 500 mm及以下管道，规定管顶覆土深度超过1.5 m时，仍按1.5 m计算。而新规程是按实际覆土深度计算。

针对DN 50～1 200 mm的管道（管道中心线位于地下水位以上），按

h_t=1.5 m，μ=0.4，α=30°，ρ=1 800 kg/m³，分别根据原规程、新规程进行摩擦力对比计算，结果见表1。表1中的“相对差异”是指新规程计算结果与原规程计算结果之差与原规程计算结果的比值。W是按工作钢管、保温层、水的重量之和进行计算，计算条件见表2。

表1 摩擦力对比计算结果

从表1可以看出，按照新规程计算得到的摩擦力较原规程小，管径越大，摩擦力减小的幅度越大。摩擦力减小会导致计算过渡段长度增加，以DN 1 200 mm管道为例，管道工作循环最高温度t₁=130 ℃，计算安装温度t₀=10 ℃时，按原规程计算所得直管段最小过渡段长度为224.45 m、管段热伸长量为260 mm；而按新规程计算所得直管段最小过渡段长度为569.40 m,管段热伸长量约为349 mm，即采用新规程后所选补偿装置的补偿能力要增大。

表2 W的计算条件和结果

3  增加直管段局部稳定性验算

式中D₀——工作管外径，m

δ——工作管公称壁厚，m

E——钢材的弹性模量，MPa

A——中间变量

υ——钢材的泊松数，取0.3

p_d——管道计算压力，MPa

α_l——钢材的线膨胀系数，K^-1

t₁——管道工作循环最高温度，℃

t₀——管道计算安装温度，℃

当t₁=130 ℃，t₀=10 ℃，E=1.98×10⁵ MPa，α_l=1.24×10^-5 K^-1，p_d=1.6MPa时，取常用壁厚的DN 600～1 200 mm管道直管段局部稳定性验算结果见表3。从表3可以看出，对于DN 600～1 200 mm的管道，壁厚取常用壁厚时，满足直管段局部稳定性。

表3 直管段局部稳定性验算结果

对于冷安装的大管径热水直埋管道来说，壁厚仅满足直管段局部稳定性是不够的，还需验算壁厚是否满足直管段的当量应力变化范围，即：

式中σ_j——内压、热胀应力的当量应力变化范围，MPa

σ_t——环向应力，MPa

 t₂——管道工作循环最低温度，℃，只在供暖期运行的管道取10 ℃

 D_i——工作管内径，m

［σ］——钢材在计算温度下的基本许用应力，MPa，对于Q235-B，［σ］=125 MPa

仍然根据上述参数进行直管段的当量应力变化范围验算，结果见表4。从表4可以看出，对于DN 600～1 200 mm的管道，壁厚取常用壁厚时，也能满足直管段当量应力变化范围的要求。

表4 直管段当量应力变化范围验算结果

4  结语

1. 预制保温管的外壳与土壤之间的摩擦力计算是一个复杂的土力学问题，和土壤的特性关系密切相关。CJJ/T 81—98《城镇直埋供热管道工程技术规程》的摩擦力计算公式是在试验数据的基础上获得且与工程实践吻合。因此，建议CJJ/T 81—2013《城镇供热直埋热水管道技术规程》在修订时，摩擦力计算公式的采用分为2种情况，公称直径小于等于500 mm的管道仍采用CJJ/T 81—98中的相应公式，公称直径大于500 mm的管道采用CJJ/T 81—2013中的相应公式。

   
   

2. 直管段局部稳定性验算公式计算出的壁厚为管道的有效壁厚，不包括壁厚负偏差和腐蚀裕量，因此选取壁厚还需考虑这2个因素。

   
   

3. 与《区域供热手册》相比，直管段局部稳定性验算公式中考虑了介质压力的影响。直管段局部稳定性验算公式“≤”右侧的判定值随着管道计算压力或工作循环最高温度的增大而减小。

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