本發(fā)明涉及熱油埋地管道領域，尤其是涉及一種管道約束力的確定方法。
背景技術：
在熱油管道投產暖管時，隨著輸送介質溫度的升高，會發(fā)生熱脹現象，當管道因溫度變化發(fā)生熱脹冷縮時，管線內便產生熱應力。為保護管道與管接頭、管道彎頭及其他管道附件正常安全運行，須在管道上設置錨固墩以限制管道的位移在允許的范圍之內。而通常管道錨固墩約束力計算結果過大，錨固墩對管線的約束力動輒幾十噸，錨固墩的尺寸也達到數米的程度。如此巨大的錨固墩一方面消耗了大量的混凝土，另一方面大大增加了施工難度。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于為解決現有技術的不足，而提供一種熱油埋地管道最小約束力的確定方法。
本發(fā)明新的技術方案是：一種熱油埋地管道最小約束力的確定方法，埋地熱油管道運行時，隨著運行溫度的提升，管道本身由于熱脹冷縮產生軸向應力，為抵消軸向應力，通過設置錨固墩的方式將管線約束起來，錨固墩對管線產生的保護作用力即管線的約束力，包括以下幾個步驟：
1）錨固墩的尺寸越大，管線所受的約束力越大，所確定埋地熱油管道最小約束力即確定錨固墩的最小尺寸，其埋地管線管墩推力計算公式為：
式中：
2）允許管線發(fā)生微量位移，實際需要的錨固墩推力應遠小于計算推力，當管線自由端稍微產生位移之后，推力迅速減小，錨固墩微量變形后推力的變化，由嵌固段最大軸向力公式：
fmax=（αeδ?υσtan）a
根據推導，如果該管段允許端部錨固墩產生微量位移△l，則此時：
fmaxδ=（αeδ?υσtan-eδl/l）a
σtan——環(huán)向應力（kg/cm2）；
δt——工作溫度與安裝溫度的溫差（℃）；
υ——泊松系數（0.3）；
e——管材的彈性模量（e=2.1×10-6m/m/℃）；
l——實際安裝長度（m）；
a——管材截面積（cm）；
3）在工藝條件允許的條件下，加入管線微量位移進行計算，可有效減少錨固墩推力的大小，進而減小錨固墩的尺寸，經2）計算，假設管線自由端位移為l，錨固墩產生微量位移△l=0.5l，則計算出的推力約減小至原來的一半；
4）考慮到土壤推力的錨固墩計算，管道伸長時，除了受到土壤的摩擦力及錨固墩的推力外，彎頭還受到土壤的推力，力的方向與管線的軸向應力相反，錨固墩用于保護彎頭時，受到的管道總推力p總是小于錨死直管自由端時所需承受的推力q，小的程度和彎頭夾角及錨固墩位移有較大關系，兩者的管線如下公式：
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過允許管線發(fā)生微量位移，確定管線最小約束力，進而減小錨固墩的體積和安裝空間，從而避免了錨固墩的體積過大、施工難度大的問題；能夠滿足對管線的保護，同時又極大降低了管線錨固墩的施工難度和施工成本。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的推力比值i，位移μa及彎頭夾角θ的特征曲線圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
熱油埋地管道最小約束力的確定方法，包括以下幾個步驟：
埋地熱油管道投產運行時，隨著運行溫度的提升，管道本身會由于熱脹冷縮的原因產生軸向應力，保護管線正常運行，抵消軸向應力，通過設置錨固墩的方式將管線約束起來，錨固墩對管線產生的保護作用力就是管線所受的約束力；
錨固墩的尺寸越大，管線所受的約束力越大，所有確定埋地熱油管道最小約束力的本質就是確定錨固墩的最小尺寸，其埋地管線管墩推力計算公式：
式中：
允許管線發(fā)生微量位移，實際需要的錨固墩推力應遠小于計算推力，當管線自由端稍微產生位移之后，推力迅速減小，錨固墩微量變形后推力的變化，由嵌固段最大軸向力公式：
fmax=（αeδ?υσtan）a
根據推導，如果該管段允許端部錨固墩產生微量位移△l，則此時：
fmaxδ=（αeδ?υσtan-eδl/l）a
σtan——環(huán)向應力（kg/cm2）；
δt——工作溫度與安裝溫度的溫差（℃）；
υ——泊松系數（0.3）；
e——管材的彈性模量（e=2.1×10-6m/m/℃）；
l——實際安裝長度（m）；
a——管材截面積（cm）；
在工藝條件允許的條件下，加入管線微量位移進行計算，可有效減少錨固墩推力的大小，進而減小錨固墩的尺寸，經上述計算，假設管線自由端位移為l，錨固墩產生微量位移△l=0.5l，則計算出的推力約減小至原來的一半；
考慮到土壤推力的錨固墩計算，管道伸長時，除了受到土壤的摩擦力及錨固墩的推力外，彎頭還受到土壤的推力，力的方向與管線的軸向應力相反，錨固墩用于保護彎頭時，受到的管道總推力p總是小于錨死直管自由端時所需承受的推力q，小的程度和彎頭夾角及錨固墩位移有較大關系，兩者的管線如下公式：
應用上述方法計算錨固發(fā)生微量位移時受到的管道推力較繁瑣，為方便應用錨固墩微量位移法設計錨固墩，根據總推力p與錨死直管自由端時的推力q的比值i、位移μa及夾角θ的特性曲線圖，如附圖1所示。
此圖清晰表明：當μa增加時，p值迅速降低。但μa的增加是有限的，隨著μa的增加，土壤逐步達到最大壓縮極限，如果μa再增加，則土壤開始破裂，錨固墩受損，或者達到工藝管線承受極限，損壞彎頭。因此，土壤許可的錨固墩軸向位移是有限的。首先根據管道彎頭情況及錨固墩埋深情況確定容許的μa值，按照θ和μa值可由圖表迅速查出i值，根據i=p/q，計算出總推力p。
根據上述公式，由圖可見，當μa=10mm時，i值約為0.5。即彎頭處土壤產生的推力能再次抵消掉約一半的管線應力。
綜上所述，通過以上計算管線錨固墩的尺寸至少可以減小到原計算尺寸的四分之一，對管線的約束力大大減小，同時也極大降低了管線錨固墩的施工難度和施工成本。
本次發(fā)明先通過引入“允許錨固墩產生微量位移”的概念進行計算，將錨固墩的尺寸降低至原尺寸的一半，然后考慮到錨固墩處的彎頭還受到土壤的推力，再加以計算使錨固墩的尺寸再次減半。經過兩步推算，固定墩的尺寸減小至原來的四分之一，所以固定墩對管線的約束力也減小至四分之一，由此可以推斷出管線的最小約束力。
上述的綜合推力計算，符合規(guī)范以及《油田油氣集輸設計技術手冊》的要求，并且能夠滿足對管線的保護，同時又極大降低了管線錨固墩的施工難度和施工成本。