本发明涉及热油埋地管道领域，尤其是涉及一种管道约束力的确定方法。
背景技术：
在热油管道投产暖管时，随着输送介质温度的升高，会发生热胀现象，当管道因温度变化发生热胀冷缩时，管线内便产生热应力。为保护管道与管接头、管道弯头及其他管道附件正常安全运行，须在管道上设置锚固墩以限制管道的位移在允许的范围之内。而通常管道锚固墩约束力计算结果过大，锚固墩对管线的约束力动辄几十吨，锚固墩的尺寸也达到数米的程度。如此巨大的锚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难度。
技术实现要素：
本发明的目的在于为解决现有技术的不足，而提供一种热油埋地管道最小约束力的确定方法。
本发明新的技术方案是：一种热油埋地管道最小约束力的确定方法，埋地热油管道运行时，随着运行温度的提升，管道本身由于热胀冷缩产生轴向应力，为抵消轴向应力，通过设置锚固墩的方式将管线约束起来，锚固墩对管线产生的保护作用力即管线的约束力，包括以下几个步骤：
1）锚固墩的尺寸越大，管线所受的约束力越大，所确定埋地热油管道最小约束力即确定锚固墩的最小尺寸，其埋地管线管墩推力计算公式为：
式中：
2）允许管线发生微量位移，实际需要的锚固墩推力应远小于计算推力，当管线自由端稍微产生位移之后，推力迅速减小，锚固墩微量变形后推力的变化，由嵌固段最大轴向力公式：
fmax=（αeδ−υσtan）a
根据推导，如果该管段允许端部锚固墩产生微量位移△l，则此时：
fmaxδ=（αeδ−υσtan-eδl/l）a
σtan——环向应力（kg/cm2）；
δt——工作温度与安装温度的温差（℃）；
υ——泊松系数（0.3）；
e——管材的弹性模量（e=2.1×10-6m/m/℃）；
l——实际安装长度（m）；
a——管材截面积（cm）；
3）在工艺条件允许的条件下，加入管线微量位移进行计算，可有效减少锚固墩推力的大小，进而减小锚固墩的尺寸，经2）计算，假设管线自由端位移为l，锚固墩产生微量位移△l=0.5l，则计算出的推力约减小至原来的一半；
4）考虑到土壤推力的锚固墩计算，管道伸长时，除了受到土壤的摩擦力及锚固墩的推力外，弯头还受到土壤的推力，力的方向与管线的轴向应力相反，锚固墩用于保护弯头时，受到的管道总推力p总是小于锚死直管自由端时所需承受的推力q，小的程度和弯头夹角及锚固墩位移有较大关系，两者的管线如下公式：
本发明的有益效果是：本发明通过允许管线发生微量位移，确定管线最小约束力，进而减小锚固墩的体积和安装空间，从而避免了锚固墩的体积过大、施工难度大的问题；能够满足对管线的保护，同时又极大降低了管线锚固墩的施工难度和施工成本。
附图说明
图1为本发明的推力比值i，位移μa及弯头夹角θ的特征曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
热油埋地管道最小约束力的确定方法，包括以下几个步骤：
埋地热油管道投产运行时，随着运行温度的提升，管道本身会由于热胀冷缩的原因产生轴向应力，保护管线正常运行，抵消轴向应力，通过设置锚固墩的方式将管线约束起来，锚固墩对管线产生的保护作用力就是管线所受的约束力；
锚固墩的尺寸越大，管线所受的约束力越大，所有确定埋地热油管道最小约束力的本质就是确定锚固墩的最小尺寸，其埋地管线管墩推力计算公式：
式中：
允许管线发生微量位移，实际需要的锚固墩推力应远小于计算推力，当管线自由端稍微产生位移之后，推力迅速减小，锚固墩微量变形后推力的变化，由嵌固段最大轴向力公式：
fmax=（αeδ−υσtan）a
根据推导，如果该管段允许端部锚固墩产生微量位移△l，则此时：
fmaxδ=（αeδ−υσtan-eδl/l）a
σtan——环向应力（kg/cm2）；
δt——工作温度与安装温度的温差（℃）；
υ——泊松系数（0.3）；
e——管材的弹性模量（e=2.1×10-6m/m/℃）；
l——实际安装长度（m）；
a——管材截面积（cm）；
在工艺条件允许的条件下，加入管线微量位移进行计算，可有效减少锚固墩推力的大小，进而减小锚固墩的尺寸，经上述计算，假设管线自由端位移为l，锚固墩产生微量位移△l=0.5l，则计算出的推力约减小至原来的一半；
考虑到土壤推力的锚固墩计算，管道伸长时，除了受到土壤的摩擦力及锚固墩的推力外，弯头还受到土壤的推力，力的方向与管线的轴向应力相反，锚固墩用于保护弯头时，受到的管道总推力p总是小于锚死直管自由端时所需承受的推力q，小的程度和弯头夹角及锚固墩位移有较大关系，两者的管线如下公式：
应用上述方法计算锚固发生微量位移时受到的管道推力较繁琐，为方便应用锚固墩微量位移法设计锚固墩，根据总推力p与锚死直管自由端时的推力q的比值i、位移μa及夹角θ的特性曲线图，如附图1所示。
此图清晰表明：当μa增加时，p值迅速降低。但μa的增加是有限的，随着μa的增加，土壤逐步达到最大压缩极限，如果μa再增加，则土壤开始破裂，锚固墩受损，或者达到工艺管线承受极限，损坏弯头。因此，土壤许可的锚固墩轴向位移是有限的。首先根据管道弯头情况及锚固墩埋深情况确定容许的μa值，按照θ和μa值可由图表迅速查出i值，根据i=p/q，计算出总推力p。
根据上述公式，由图可见，当μa=10mm时，i值约为0.5。即弯头处土壤产生的推力能再次抵消掉约一半的管线应力。
综上所述，通过以上计算管线锚固墩的尺寸至少可以减小到原计算尺寸的四分之一，对管线的约束力大大减小，同时也极大降低了管线锚固墩的施工难度和施工成本。
本次发明先通过引入“允许锚固墩产生微量位移”的概念进行计算，将锚固墩的尺寸降低至原尺寸的一半，然后考虑到锚固墩处的弯头还受到土壤的推力，再加以计算使锚固墩的尺寸再次减半。经过两步推算，固定墩的尺寸减小至原来的四分之一，所以固定墩对管线的约束力也减小至四分之一，由此可以推断出管线的最小约束力。
上述的综合推力计算，符合规范以及《油田油气集输设计技术手册》的要求，并且能够满足对管线的保护，同时又极大降低了管线锚固墩的施工难度和施工成本。