預(yù)制直埋保溫管道無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱安裝

摘 要

摘要：介紹了預(yù)制直埋保溫管道無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱安裝的應(yīng)用領(lǐng)域、安裝原理以及對(duì)保溫管道的要求。對(duì)安裝工藝及施工方案進(jìn)行了探討，列舉了施工中的注意事項(xiàng)。比較了無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱與熱
摘要：介紹了預(yù)制直埋保溫管道無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱安裝的應(yīng)用領(lǐng)域、安裝原理以及對(duì)保溫管道的要求。對(duì)安裝工藝及施工方案進(jìn)行了探討，列舉了施工中的注意事項(xiàng)。比較了無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱與熱風(fēng)預(yù)熱、熱水預(yù)熱工藝，電預(yù)熱具有一定優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：預(yù)制直埋保溫管；無(wú)補(bǔ)償預(yù)熱安裝；電預(yù)熱；熱風(fēng)預(yù)熱；熱水預(yù)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(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱安裝的應(yīng)用領(lǐng)域及原理
   ① 應(yīng)用領(lǐng)域
   無(wú)補(bǔ)償預(yù)熱安裝主要應(yīng)用于城市熱網(wǎng)中最高運(yùn)行溫度不超過(guò)140℃的熱水直埋保溫管道。由于無(wú)補(bǔ)償預(yù)熱安裝采用了提前釋放應(yīng)力的技術(shù)，從而在很大程度上減少了固定支座與補(bǔ)償器的數(shù)量。這一方面降低了工程造價(jià)；另一方面由于補(bǔ)償器使用數(shù)量的減少，提高了熱網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，降低了熱網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。與傳統(tǒng)的無(wú)補(bǔ)償預(yù)熱安裝方式相比，電預(yù)熱安裝環(huán)保節(jié)能，施工便捷，工期短，進(jìn)一步降低了工程造價(jià)，是目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用的先進(jìn)的熱水直埋保溫管道安裝方式。
   ② 安裝原理
   當(dāng)預(yù)制直埋保溫管道安裝一定長(zhǎng)度時(shí)(一般情況下不大于1000m)，將管道加熱到一定溫度，當(dāng)管道恢復(fù)到安裝溫度時(shí)，管道預(yù)先承受了一定的拉應(yīng)力。當(dāng)管道投入工作時(shí)，隨著溫度的升高，管道拉應(yīng)力逐漸減小，當(dāng)達(dá)到預(yù)熱溫度時(shí)，整段管道在此溫度下應(yīng)力為零。繼續(xù)升溫，產(chǎn)生壓應(yīng)力，并隨著溫度的升高而逐漸增大，當(dāng)溫度升至工作溫度時(shí)，管道的熱應(yīng)力(壓應(yīng)力)仍小于許用應(yīng)力。這樣，管道便可以在不采用波紋管補(bǔ)償器的情況下正常工作[1～3]。
2 無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱對(duì)保溫管道的要求
    無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱安裝技術(shù)對(duì)保溫管及其接頭連接方式有著嚴(yán)格的要求：硬質(zhì)聚氨酯泡沫與鋼管和高密度聚乙烯外套管之間應(yīng)粘接牢固，保證三位一體，尤其是在運(yùn)行過(guò)程中必須保持完整。因此在預(yù)制直埋保溫管道的制造過(guò)程中，對(duì)鋼管的外表面進(jìn)行拋丸處理，對(duì)高密度聚乙烯外套管內(nèi)壁進(jìn)行高壓電暈處理，以保證三者之間有足夠的粘結(jié)性能。對(duì)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(guān)參數(shù)的計(jì)算[4]
    ① 理論預(yù)熱溫度
理論預(yù)熱溫度的計(jì)算式為：
 
式中tm——理論預(yù)熱溫度，℃，即電預(yù)熱設(shè)備設(shè)置的加熱溫度
    t1——管道工作循環(huán)最高溫度，℃，通常指管道最高設(shè)計(jì)溫度
    t2——管道工作循環(huán)最低溫度，℃，對(duì)于供暖期運(yùn)行的管道通常取10℃
   ② 預(yù)熱段熱伸長(zhǎng)量
   預(yù)熱段熱伸長(zhǎng)量的計(jì)算式為：
    △L=αlL(tm-ti)
式中△L——預(yù)熱段熱伸長(zhǎng)量，m
    αl——鋼材的平均線膨脹系數(shù)，K-1，參照GB 50316—2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》取值
    L——預(yù)熱段長(zhǎng)度(管溝長(zhǎng)度)，m
    ti——預(yù)熱段初始應(yīng)力為零時(shí)的管道溫度，℃，即電預(yù)熱設(shè)備開機(jī)時(shí)鋼管的溫度
4 無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱安裝工藝
    每個(gè)預(yù)熱段應(yīng)是獨(dú)立的，且保證工作鋼管內(nèi)無(wú)積水。若預(yù)熱段中存在分支，分支管道四周應(yīng)該挖空，保證預(yù)熱段在預(yù)熱過(guò)程中能自由伸縮，挖空尺寸應(yīng)大于1～2倍的熱伸長(zhǎng)量。對(duì)于某一確定的預(yù)熱段，用砂子回填管溝，高度要達(dá)到直管外徑的75%，而且夯實(shí)。在每個(gè)預(yù)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(fù)載電阻進(jìn)行加熱，供水管與回水管之間除了預(yù)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(yù)熱段兩端，設(shè)定熱伸長(zhǎng)量標(biāo)線，若達(dá)到理論預(yù)熱溫度而熱伸長(zhǎng)量未達(dá)到，以5℃為步長(zhǎng)升高預(yù)熱溫度，最高不能超過(guò)80℃。達(dá)到熱伸長(zhǎng)量后，進(jìn)行回填、夯實(shí)。
    根據(jù)管道規(guī)格及施工時(shí)的環(huán)境溫度，選用不同容量的電加熱設(shè)備，鋼管上施加的電壓為無(wú)峰值直流安全電壓，可選擇恒流或恒壓控制。對(duì)于長(zhǎng)度為1000m的管溝，預(yù)熱時(shí)間可控制在20h以內(nèi)，環(huán)境溫度越高，預(yù)熱時(shí)間越短。進(jìn)入保溫階段，電加熱設(shè)備的輸出電流根據(jù)設(shè)定溫度和實(shí)際反饋溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。保溫時(shí)間依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工組織情況而定，一般前一預(yù)熱段回填時(shí)，下一預(yù)熱段就可開始預(yù)熱了，兩者可以同步進(jìn)行。
5 施工方案
    應(yīng)依據(jù)具體的地形和熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，制定出最經(jīng)濟(jì)有效的施工方案。一般長(zhǎng)度為1000m的管溝為1個(gè)標(biāo)段，根據(jù)不同的熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，選用不同容量的電預(yù)熱設(shè)備。一次預(yù)熱的管道長(zhǎng)度可長(zhǎng)可短，一般最長(zhǎng)為1000m，最短長(zhǎng)度依據(jù)管徑的不同而定。
    對(duì)于熱網(wǎng)中存在的變徑、彎頭、三通以及轉(zhuǎn)角，在施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合電加熱設(shè)備的功率，充分考慮其預(yù)熱的經(jīng)濟(jì)性，制定出合理的預(yù)熱施工方案。對(duì)于個(gè)別較短管道，也要通過(guò)工藝上的特殊處理，使其滿足預(yù)熱要求。
    為了充分利用夜間時(shí)間，采用倒排工期的方法計(jì)算預(yù)熱開始時(shí)間，保證在預(yù)熱開始后的次日7：00開始回填、夯實(shí)。
6 注意事項(xiàng)
    若采用水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)完畢后管道中的水必須排盡。預(yù)熱前管溝中的水必須排盡。預(yù)熱前除分段處，其他所有的保溫管接頭應(yīng)處理完畢。預(yù)熱前要拆除預(yù)熱段所有其他短路連接。預(yù)熱回填，必須分層夯實(shí)。先人工夯實(shí)，再采用機(jī)械夯實(shí)。每個(gè)預(yù)熱段達(dá)到預(yù)熱溫度后，回填土自兩端開始向中間回填，保證整個(gè)預(yù)熱段回填土工作在16h內(nèi)完成。
    預(yù)熱后，管道已存在應(yīng)力，以后不可將管道切斷，所有閥門、三通等都應(yīng)預(yù)先設(shè)計(jì)好，管道上也不可再開較大的孔。檢查室在預(yù)熱后再砌筑，便于管道伸長(zhǎng)。若此后要在管道上另加分支，需根據(jù)熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)預(yù)熱方案再次預(yù)熱相關(guān)管段或在新增三通處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。整個(gè)預(yù)熱段的敷設(shè)坡度不能超過(guò)1.5°。當(dāng)遇到過(guò)路情況時(shí)，加套筒使管道自由穿過(guò)，保證在預(yù)熱過(guò)程中一個(gè)預(yù)熱段障礙不超過(guò)1處。
7 與熱風(fēng)、熱水預(yù)熱的比較
7.1 安裝效率
    熱風(fēng)預(yù)熱設(shè)備對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)有一定的要求，設(shè)備龐大，安裝環(huán)節(jié)多。熱風(fēng)預(yù)熱設(shè)備的拆卸、搬運(yùn)和穩(wěn)放安裝時(shí)間很難保證。在一切都非常順利的情況下，熱風(fēng)預(yù)熱設(shè)備從一個(gè)預(yù)熱段移到另一個(gè)預(yù)熱段，至少需要24h，而電預(yù)熱設(shè)備最多只需要3h。
7.2 預(yù)熱效果
    電預(yù)熱利用電能對(duì)鋼管進(jìn)行加熱，鋼管中無(wú)需任何加熱介質(zhì)，因此管道預(yù)熱均勻，而且預(yù)熱時(shí)間短。電預(yù)熱設(shè)備的輸出電壓、電流可調(diào)，可更方便地滿足預(yù)熱工藝的要求，以獲得理想的預(yù)熱效果。電預(yù)熱設(shè)備的溫控系統(tǒng)有抗干擾功能，在實(shí)時(shí)顯示溫度的同時(shí)，還有紙記錄儀可打印數(shù)據(jù)。
    熱風(fēng)預(yù)熱的升溫速度很慢，大約是電預(yù)熱的20%。由于熱風(fēng)在管道回路中流動(dòng)時(shí)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(zhǎng)的均勻性。
    由于熱水預(yù)熱必須在管道中注滿熱水，因此預(yù)熱溫度比較均勻，但由于水的重量導(dǎo)致管道與土壤之間的摩擦力增大。因此，管道的熱伸長(zhǎng)量很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，尤其是對(duì)大管徑管道預(yù)熱時(shí)，管道中容易出現(xiàn)錨固段，預(yù)熱效果不理想。
7.3 工藝效果
    ① 熱風(fēng)預(yù)熱管段溫度不均勻，熱風(fēng)進(jìn)口處溫度高，出口處溫度低，為保證熱伸長(zhǎng)量，往往要求進(jìn)口處溫度要高于預(yù)熱溫度。采用電預(yù)熱時(shí)，整個(gè)預(yù)熱段的受熱比較均勻。
    ② 熱風(fēng)預(yù)熱設(shè)備占用空間大，因此每個(gè)預(yù)熱段之間預(yù)留的空間大，這樣在預(yù)熱后，往往導(dǎo)致管端剩余空間仍大于一個(gè)補(bǔ)償器的長(zhǎng)度，需要再填入一短節(jié)保溫管，而這段管道是未經(jīng)過(guò)預(yù)熱的。而采用電預(yù)熱時(shí)，管端剩余空間小，在預(yù)熱結(jié)束后，剩余空間小于一個(gè)補(bǔ)償器的長(zhǎng)度，這時(shí)需要將管道切去一部分以便安裝補(bǔ)償器，這樣就保證了所有的管道都是經(jīng)過(guò)熱伸長(zhǎng)的。
8 結(jié)論
    熱水直埋保溫管道的無(wú)補(bǔ)償預(yù)熱安裝是一種安全可靠的安裝方式，而電預(yù)熱是預(yù)熱方式的創(chuàng)新，大功率的電預(yù)熱設(shè)備讓我們可以根據(jù)客戶需求，結(jié)合實(shí)際熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行最優(yōu)化的預(yù)熱段劃分，從而最大限度地減少補(bǔ)償器的數(shù)量，縮短工期，降低工程造價(jià)。電預(yù)熱還具有預(yù)熱時(shí)間短、預(yù)熱均勻、操作簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，提高了熱網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及使用壽命，推動(dòng)了熱水直埋保溫管道安裝技術(shù)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李靜，戴東輝，李曉恭.熱水供熱管道預(yù)熱無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)的設(shè)計(jì)[J].煤氣與熱力，2006，26(12)：44-46.
[2] 何聰，趙玉軍，李祥瑞.無(wú)補(bǔ)償預(yù)熱直埋敷設(shè)方式的探討[J].煤氣與熱力，2002，22(5)：452-454.
[3] 王淮，呂國(guó)良，戴東輝.供熱管道無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)預(yù)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(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007：105-106.
 
(本文作者：張景娜1 李志1 紀(jì)紅利2 劉鑫3 1.天津市管道工程集團(tuán)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(yè)工程造價(jià)咨詢有限責(zé)任公司 天津 300042)