实例分析保温管道无补偿电预热施工技术

　　摘要：分析了热力管道电预热无补偿直埋敷设施工的优势，并结合工程实例详细介绍了电预热无补偿直埋施工技术及施工中应注意的事项。
　　关键词：热力管道；无补偿直埋；电预热
　　
　　一、 热力管道施工技术介绍
　　热力管道直埋的安装技术由于要解决管道热应力，安装施工时要特别注意。一般的安装方式主要有三种，有补偿安装、无补偿安装和预热安装。直埋管道的安装方式也受到钢管直径、输送介质温度、钢管壁厚、敷设深度、现场施工条件等影响，确定安装方式时要综合考虑以上各种因素。
　　热力管道有补偿安装主要是在管网上设置大量的补偿器和固定支架以吸收管道运行中产生的膨胀变形和轴向应力，缺点是增加了管网建设投资和运营成本，降低了管网的安全性。无补偿安装主要是在管道施工的同时就回填，在管网中很少设置补偿器和固定支架，但其管道在运行时温差太大，管道所产生的轴向应力非常大，对管道中锚固段施工要求非常高，要是施工环节控制不到位，其管道热应力容易对管道产生破坏。管道预热安装界与有补偿安装与无补偿安装之间，通过管道预热，将一半膨胀变形和管道轴向应力提前释放，从而有效的解决热力管道中对管道运营安全以及施工要求较高的难题。
　　热力管道的预热施工安装目前有三种方式：热水预热、风预热和电预热。热水预热要求要有加热锅炉，其管道要焊接完形成连续的回路，同时还要准备一次性补偿器和阀门等，对现场的施工要求比较高，施工成本也较高。风预热与热水预热也一样，对施工的设备要求较高，管道也必须焊接完形成回路，预热的时间长，效果较差。电预热是最近几年从国外引进的新的预热技术，其预热的专用设备比较小，对预热管道的要求较低，移动方便，而且管道无须形成回路，对预热段的划分非常有利，同时也不需要在管道上设置一次性补偿器和阀门，预热效果较好，预热成本也较低。
　　由以上分析可以得出，无补偿电预热安装技术由于其具备较多的优势，将会越来越多的用于城镇供热管网的施工当中。
　　二、 工程概况介绍
　　三门峡惠能热电管网工程，是由陕县惠能热力有限公司向三门峡市供热的管道工程，其工程里程8.3千米，管道为φ610的主干管网。该工程从陕县惠能电厂开始，终于三门峡市进市区的热力交换站。途经河沟、洼地、树林等，施工现场相当复杂。由于管径较大，轴向应力较大，根据设计要求，需要采用预热直埋安装技术，需预热管线长度约6.3千米（沟槽长度）。
　　三、 管道预热方案比选
　　由于三门峡惠能热力管网工程是φ610的大管径管道，其管道轴向热应力较大，为了节省建设投资和运营成本，设计单位特选定直埋预热施工方式，结合工程施工现场复杂情况，特对三种预热安装方式进行比较。
　　项目 水预热 风预热 电预热
　　预热效果 热水预热温度均匀，但管道注满水后增加了自重，从而增加了管道与土壤之间的摩擦力，影响了预热的设计伸长量。 热风预热热损失非常大，管道预热温度不均匀。 电预热直接对管道本身进行加热，管道沿长度方向均匀预热，预热时间短，预热效果好。
　　热消耗量 较大 非常大 较小
　　预热时间 较长 最长 最短
　　对施工现场要求 现场必须具备加热锅炉等加热设备为预热管道提供热水水源，管道中要为预热准备阀门和一次性补偿器，同时预热管道必须形成回路。现场还具备水源及排水场地。对现场预热管段的划分不利。对同施工现场要求较 施工现场要装大功率风机对管道提供持续风源，预热管段必须形成回路。不利于预热管段合理划分。对施工现场要求较高。 设备移动方便，对预热管段要求较低，不需要管道形成回路。对施工现场要求较低，有利于合理的划分预热管段。
　　施工成本 较高 较高 低
　　由上分析可以看出，电预热施工安装技术优势比较明显，适合本工程施工现场需要，通过预热方案比较，最终选定电预热施工方案为本项目的预热施工方案。
　　四、 电预热施工技术要点
　　直埋管道电预热施工技术不仅对预热本身有所要求，而且还对直埋保温管以及回填方式等有所要求。
　　1、 电预热直埋施工对管道的要求
　　一般预热直埋施工中要求的管道都是预制好的直埋保温管道，该管道由钢管、保温层和保护层这三部分组成。钢管是输送热媒的管道，一般采用无缝钢管或焊接钢管。保温层一般采用硬质聚氨酯泡沫，该种材料防水防腐，抗压强度高，吸水率很低，是热力管道的较优良保温材料，同时与钢管本身粘结成本个整体，便于直埋管道在土壤中的摩擦力传递到管道当中。保护层是在保温层外面的套管，一般采用高密度聚乙烯制成，其表面硬度大，抗压、抗拉和抗冲击强度都较大，不透水，耐酸、耐碱、耐腐蚀性能好，用以防止地下水的浸蚀。
　　在施工前必须对直埋的保温管材进行检查，确保聚氨酯保温管的闭孔率、泡沫密度，保温层压缩强度等指标满足要求。对保温管的包护管也要进行察看，不允许有沟槽、裂纹、气泡、杂质、颜色不均等缺陷，同时外护管的密度、拉伸屈服强度、断裂伸长率也要满足施工要求。
　　为了确保工程质量，三门峡惠能热电管网工程采用φ610优质无缝钢管，其保温材料由北京豪特耐工厂制作，各项指标完全满足甲方以及施工现场要求。
　　2、 预热管段的划分
　　施工的预热方案要应依据具体的施工地形结构和管网结构体的分布情况来制定。一般根据不同的管网结构，选用不同容量的电预热设备，一次预热的管线长度可长可短。一般最长1000米管沟，最短300米管沟。
　　由于三门峡惠能管网工程被河沟、低洼地、管网的弯头连结等自然分隔成几大段，结合现场的运输便道情况，以及每段直埋的长度，该工程电预热段共划分为七段，最长的为950米，最短的为510米。由于电预热设备是保温管道的制作厂商提供的，在制定方案时，充分与电预热设备提供方沟通，以便电预热设备满足施工要求。
　　3、电预热前准备
　　需要预热保温管段焊接完毕，该段管线做完水压试等各项检测都合格后，再进行保温管接头的保温工作。以上工作完成后即可达到管段的埋设条件。根据设计要求，将该段管沟用中粗砂先回填至管材的四分之三高处。沟槽内不得有可能阻碍管道自由伸长的任何物体。若该段预热段有弯头，在弯头处不得进行覆土，以便弯头在受热后可以自由运动。同时按设计要求，准备好所需的砂土方数，以便预热后立即回填。在预热过程中，不得再向沟槽内填沙，以免阻碍管道的运动。在预热前要将管道中的水排放完，预热时管段两端要用端帽密封，防止气体流通。
　　在每个管子的端口处焊接七个螺栓。每个螺栓之间要有一定相距以便安装电缆，螺栓必须满焊，不允许有虚焊处。供水管和回水管之间除去为了形成回路在钢管末端安装的专用的电缆外，不能在其它地方形成短路。
　　4、电预热施工
　　电预热设备目前引自国外的较多，预热施工时，现场的操作人员必须经过严格的培训，为保证施工质量。电预热设备的电源一般由专用的柴油发电机提供，预热时保证燃料的充足供应。预热设备由二台整流设备组成，预热前要做好预热设备的检查工作。预热前一般采用倒排工期的方法，在确定管段回填时间后，扣除管段电预热所需的时间，以确定预热设备的开机时间。预热后应及时回填，以保证预热效果。
　　同时在预热前，在管线两个端头的设立标志线，在管道上钢管伸长方向用钢尺设置标尺，零刻度对准白线，以便测量管道的伸长量。预热时调节设备上的螺旋微调器，使电压电流逐步达到事先计算好的最佳数值。每一小时记录一次钢管温度和全线伸长，以及环境温度和相应的电压电流数值，直至管线达到预热温度和预计伸长量。
　　5、电预热温度以及伸长量的计算
　　电预热设备设置预热目标温度一般根据管道工作循环的最高温度和管道工作循环的最低温度（只在采暖季运行的管道一般取10℃）来确定，具体计算公式如下：
　　
　　三门峡惠能热电管网工程运行的最高温度为135℃，通过计算，电预热设备的预热目标温度为72.5℃。
　　预热管段伸长量的计算如下公式：
　　
　　——预热管段伸长量，m；
　　——钢材的平均线膨胀系数，对于Q235材质取；参照标准GB50316-2000《工业金属管道设计规范》
　　——预热管段初始应力为零时管道温度，即电预热设备的开机时钢管的温度，℃；
　　——预热管段长度（管沟长度），m；
　　在进行预热前，将该预热段的预计伸长量计算出来，与预热实际伸长量进行比较，以便观察电预热的进展情况。
　　6、预热回填
　　当预热温度达到设计的温度时，管道进行保温，观察管道的实际伸长量，若该管段的实际伸长量未达到计算值时，管段继续加热，但不要提高温度，持续观察管段的伸长量情况，若无变化，即进入回填保温阶段。在保温回填过程中，全线边加热边回填沙子，可直至管顶处，初期分步回填，宜采用机械回填人工夯实，回填砂土层每200～300mm夯实一次，在回填厚度达到管顶60CM后，方可用机械夯实。回填的顺序为由预热管段的两端向中间回填，一般可先回填夯实管线末端摩擦段不少于150米。
　　在三门峡热力管道预热施工过程中，由于采用了电预热施工技术，不仅节省了施工成本，而且各个预热段基本上达到了预计的要求，同时也缩短了工程工期。
　　
　　五、 总结
　　热力管道的预热直埋施工在实际施工中运用的较多，本文通过实例分析介绍了一种现在较为新预热施工技术——电预热施工技术，通过预热方案对比突出了电预热技术的先进适用性，并结合实例详细介绍了电预热施工的技术要领及相应要注意的事项，希望能为同行得以借鉴。
　　
　　参考文献：
　　（1） 城镇直埋供热管道工程技术规范．CJJ／T81—98．
　　（2）周抗冰，王松涛，电预热技术在城镇供热直埋保温管道安装中的应用，区域供热，2006年第四期。

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