預制直埋保溫管道無補償電預熱安裝

摘 要

摘要：介紹了預制直埋保溫管道無補償電預熱安裝的應用領域、安裝原理以及對保溫管道的要求。對安裝工藝及施工方案進行了探討，列舉了施工中的注意事項。比較了無補償電預熱與熱
摘要：介紹了預制直埋保溫管道無補償電預熱安裝的應用領域、安裝原理以及對保溫管道的要求。對安裝工藝及施工方案進行了探討，列舉了施工中的注意事項。比較了無補償電預熱與熱風預熱、熱水預熱工藝，電預熱具有一定優勢。
關鍵詞：預制直埋保溫管；無補償預熱安裝；電預熱；熱風預熱；熱水預熱
Electric Preheating Installation without Compensation for Prefabricated Directly Buried Insulating Pipe
ZHANG Jingna，LI Zhi，JI Hongli，LIU Xin
Abstract：The application field of electric preheating installation without compensation for prefabricated directly buried insulating pipe，the installation principle and the requirement for insulating pipe are introduced.The installation process and construction scheme are discussed，and the matters needing attention in the construction are listed.The electric preheating without compensation is compared with hot wind preheating and hot water preheating，and the electric preheating has an advantage.
Key words：prefahricated directly buried insulating pipe；preheating installation without coinpensation；electric preheating；hot wind preheating；hot water preheating
1 無補償電預熱安裝的應用領域及原理
   ① 應用領域
   無補償預熱安裝主要應用于城市熱網中最高運行溫度不超過140℃的熱水直埋保溫管道。由于無補償預熱安裝采用了提前釋放應力的技術，從而在很大程度上減少了固定支座與補償器的數量。這一方面降低了工程造價；另一方面由于補償器使用數量的減少，提高了熱網運行的可靠性，降低了熱網的運行維護費用。與傳統的無補償預熱安裝方式相比，電預熱安裝環保節能，施工便捷，工期短，進一步降低了工程造價，是目前國際上廣泛應用的先進的熱水直埋保溫管道安裝方式。
   ② 安裝原理
   當預制直埋保溫管道安裝一定長度時(一般情況下不大于1000m)，將管道加熱到一定溫度，當管道恢復到安裝溫度時，管道預先承受了一定的拉應力。當管道投入工作時，隨著溫度的升高，管道拉應力逐漸減小，當達到預熱溫度時，整段管道在此溫度下應力為零。繼續升溫，產生壓應力，并隨著溫度的升高而逐漸增大，當溫度升至工作溫度時，管道的熱應力(壓應力)仍小于許用應力。這樣，管道便可以在不采用波紋管補償器的情況下正常工作[1～3]。
2 無補償電預熱對保溫管道的要求
    無補償電預熱安裝技術對保溫管及其接頭連接方式有著嚴格的要求：硬質聚氨酯泡沫與鋼管和高密度聚乙烯外套管之間應粘接牢固，保證三位一體，尤其是在運行過程中必須保持完整。因此在預制直埋保溫管道的制造過程中，對鋼管的外表面進行拋丸處理，對高密度聚乙烯外套管內壁進行高壓電暈處理，以保證三者之間有足夠的粘結性能。對接頭的連接方式，要求采用電熱熔套連接，同樣是為了保證管道的整體性。
3 相關參數的計算[4]
    ① 理論預熱溫度
理論預熱溫度的計算式為：
 
式中tm——理論預熱溫度，℃，即電預熱設備設置的加熱溫度
    t1——管道工作循環最高溫度，℃，通常指管道最高設計溫度
    t2——管道工作循環最低溫度，℃，對于供暖期運行的管道通常取10℃
   ② 預熱段熱伸長量
   預熱段熱伸長量的計算式為：
    △L=αlL(tm-ti)
式中△L——預熱段熱伸長量，m
    αl——鋼材的平均線膨脹系數，K-1，參照GB 50316—2000《工業金屬管道設計規范》取值
    L——預熱段長度(管溝長度)，m
    ti——預熱段初始應力為零時的管道溫度，℃，即電預熱設備開機時鋼管的溫度
4 無補償電預熱安裝工藝
    每個預熱段應是獨立的，且保證工作鋼管內無積水。若預熱段中存在分支，分支管道四周應該挖空，保證預熱段在預熱過程中能自由伸縮，挖空尺寸應大于1～2倍的熱伸長量。對于某一確定的預熱段，用砂子回填管溝，高度要達到直管外徑的75%，而且夯實。在每個預熱段兩端的鋼管上焊接連接螺栓，用于連接電纜。把鋼管直接作為負載電阻進行加熱，供水管與回水管之間除了預熱段首尾由電纜連接形成回路以外，不得在其他位置有任何跨接和連接。在預熱段兩端，設定熱伸長量標線，若達到理論預熱溫度而熱伸長量未達到，以5℃為步長升高預熱溫度，最高不能超過80℃。達到熱伸長量后，進行回填、夯實。
    根據管道規格及施工時的環境溫度，選用不同容量的電加熱設備，鋼管上施加的電壓為無峰值直流安全電壓，可選擇恒流或恒壓控制。對于長度為1000m的管溝，預熱時間可控制在20h以內，環境溫度越高，預熱時間越短。進入保溫階段，電加熱設備的輸出電流根據設定溫度和實際反饋溫度自動調節。保溫時間依據現場施工組織情況而定，一般前一預熱段回填時，下一預熱段就可開始預熱了，兩者可以同步進行。
5 施工方案
    應依據具體的地形和熱網結構，制定出最經濟有效的施工方案。一般長度為1000m的管溝為1個標段，根據不同的熱網結構，選用不同容量的電預熱設備。一次預熱的管道長度可長可短，一般最長為1000m，最短長度依據管徑的不同而定。
    對于熱網中存在的變徑、彎頭、三通以及轉角，在施工方案設計時，要結合電加熱設備的功率，充分考慮其預熱的經濟性，制定出合理的預熱施工方案。對于個別較短管道，也要通過工藝上的特殊處理，使其滿足預熱要求。
    為了充分利用夜間時間，采用倒排工期的方法計算預熱開始時間，保證在預熱開始后的次日7：00開始回填、夯實。
6 注意事項
    若采用水壓試驗，試驗完畢后管道中的水必須排盡。預熱前管溝中的水必須排盡。預熱前除分段處，其他所有的保溫管接頭應處理完畢。預熱前要拆除預熱段所有其他短路連接。預熱回填，必須分層夯實。先人工夯實，再采用機械夯實。每個預熱段達到預熱溫度后，回填土自兩端開始向中間回填，保證整個預熱段回填土工作在16h內完成。
    預熱后，管道已存在應力，以后不可將管道切斷，所有閥門、三通等都應預先設計好，管道上也不可再開較大的孔。檢查室在預熱后再砌筑，便于管道伸長。若此后要在管道上另加分支，需根據熱網結構，重新設計預熱方案再次預熱相關管段或在新增三通處進行補強處理。整個預熱段的敷設坡度不能超過1.5°。當遇到過路情況時，加套筒使管道自由穿過，保證在預熱過程中一個預熱段障礙不超過1處。
7 與熱風、熱水預熱的比較
7.1 安裝效率
    熱風預熱設備對施工現場有一定的要求，設備龐大，安裝環節多。熱風預熱設備的拆卸、搬運和穩放安裝時間很難保證。在一切都非常順利的情況下，熱風預熱設備從一個預熱段移到另一個預熱段，至少需要24h，而電預熱設備最多只需要3h。
7.2 預熱效果
    電預熱利用電能對鋼管進行加熱，鋼管中無需任何加熱介質，因此管道預熱均勻，而且預熱時間短。電預熱設備的輸出電壓、電流可調，可更方便地滿足預熱工藝的要求，以獲得理想的預熱效果。電預熱設備的溫控系統有抗干擾功能，在實時顯示溫度的同時，還有紙記錄儀可打印數據。
    熱風預熱的升溫速度很慢，大約是電預熱的20%。由于熱風在管道回路中流動時的熱損失非常大，因此管道的溫度不均勻。通常情況下，管道起始端和末端的溫差在20℃左右，影響管道熱伸長的均勻性。
    由于熱水預熱必須在管道中注滿熱水，因此預熱溫度比較均勻，但由于水的重量導致管道與土壤之間的摩擦力增大。因此，管道的熱伸長量很難達到設計要求，尤其是對大管徑管道預熱時，管道中容易出現錨固段，預熱效果不理想。
7.3 工藝效果
    ① 熱風預熱管段溫度不均勻，熱風進口處溫度高，出口處溫度低，為保證熱伸長量，往往要求進口處溫度要高于預熱溫度。采用電預熱時，整個預熱段的受熱比較均勻。
    ② 熱風預熱設備占用空間大，因此每個預熱段之間預留的空間大，這樣在預熱后，往往導致管端剩余空間仍大于一個補償器的長度，需要再填入一短節保溫管，而這段管道是未經過預熱的。而采用電預熱時，管端剩余空間小，在預熱結束后，剩余空間小于一個補償器的長度，這時需要將管道切去一部分以便安裝補償器，這樣就保證了所有的管道都是經過熱伸長的。
8 結論
    熱水直埋保溫管道的無補償預熱安裝是一種安全可靠的安裝方式，而電預熱是預熱方式的創新，大功率的電預熱設備讓我們可以根據客戶需求，結合實際熱網結構，進行最優化的預熱段劃分，從而最大限度地減少補償器的數量，縮短工期，降低工程造價。電預熱還具有預熱時間短、預熱均勻、操作簡單、容易實現等優點，提高了熱網運行的穩定性以及使用壽命，推動了熱水直埋保溫管道安裝技術的發展。
參考文獻：
[1] 李靜，戴東輝，李曉恭.熱水供熱管道預熱無補償直埋敷設的設計[J].煤氣與熱力，2006，26(12)：44-46.
[2] 何聰，趙玉軍，李祥瑞.無補償預熱直埋敷設方式的探討[J].煤氣與熱力，2002，22(5)：452-454.
[3] 王淮，呂國良，戴東輝.供熱管道無補償直埋敷設預熱方法的探討[J].煤氣與熱力，2002，22(3)：232-234.
[4] 王飛，張建偉.直埋供熱管道工程設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2007：105-106.
 
(本文作者：張景娜1 李志1 紀紅利2 劉鑫3 1.天津市管道工程集團有限公司保溫管廠 天津 300400；2.天津第二市政公路工程有限公司 天津 300113；3.天津市興業工程造價咨詢有限責任公司 天津 300042)