預制直埋保溫管道無補償電預熱安裝
1無補償電預熱安裝的應用領(lǐng)域及原理
①應用領(lǐng)域
無補償預熱安裝主要應用于城市熱網(wǎng)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(shù)，從而在很大程度上減少了固定支座與補償器的數(shù)量。這一方面降低了工程造價；另一方面由于補償器使用數(shù)量的減少，提高了熱網(wǎng)運行的可靠性，降低了熱網(wǎng)的運行維護費用。與傳統(tǒng)的無補償預熱安裝方式相比，電預熱安裝環(huán)保節(jié)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(xù)升溫，產(chǎn)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(shù)對保溫管及其接頭連接方式有著嚴格的要求：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(nèi)壁進行高壓電暈處理，以保證三者之間有足夠的粘結(jié)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(guān)參數(shù)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(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)計溫度

t2——管道工作循環(huán)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(shù)，K-1，參照GB50316—2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)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(shè)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(nèi)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(shè)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(jù)管道規(guī)格及施工時的環(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(nèi)，環(huán)境溫度越高，預熱時間越短。進入保溫階段，電加熱設(shè)備的輸出電流根據(jù)設(shè)定溫度和實際反饋溫度自動調(diào)節(jié)。保溫時間依據(jù)現(xiàn)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(jù)具體的地形和熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，制定出最經(jīng)濟有效的施工方案。一般長度為1000m的管溝為1個標段，根據(jù)不同的熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，選用不同容量的電預熱設(shè)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(jù)管徑的不同而定。

對于熱網(wǎng)中存在的變徑、彎頭、三通以及轉(zhuǎn)角，在施工方案設(shè)計時，要結(jié)合電加熱設(shè)備的功率，充分考慮其預熱的經(jīng)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(nèi)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(shè)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(jù)熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計預熱方案再次預熱相關(guān)管段或在新增三通處進行補強處理。整個預熱段的敷設(shè)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(shè)備對施工現(xiàn)場有一定的要求，設(shè)備龐大，安裝環(huán)節(jié)多。熱風預熱設(shè)備的拆卸、搬運和穩(wěn)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(shè)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(shè)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(zhì)，因此管道預熱均勻，而且預熱時間短。電預熱設(shè)備的輸出電壓、電流可調(diào)，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(shè)備的溫控系統(tǒng)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(shù)據(jù)。

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(shè)計要求，尤其是對大管徑管道預熱時，管道中容易出現(xiàn)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(shè)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(jié)保溫管，而這段管道是未經(jīng)過預熱的。而采用電預熱時，管端剩余空間小，在預熱結(jié)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(jīng)過熱伸長的。

8結(jié)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(chuàng)新，大功率的電預熱設(shè)備讓我們可以根據(jù)客戶需求，結(jié)合實際熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進行最優(yōu)化的預熱段劃分，從而最大限度地減少補償器的數(shù)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(xiàn)等優(yōu)點，提高了熱網(wǎng)運行的穩(wěn)定性以及使用壽命，推動了熱水直埋保溫管道安裝技術(shù)的發(fā)展。

電預熱技術(shù)在燕郊開發(fā)區(qū)供熱工程管道安裝中的應用問題

本文理論與實踐相結(jié)合，通過電預熱技術(shù)在燕郊開發(fā)區(qū)供熱工程中的應用，分析了電預熱技術(shù)的基本原理、電預熱技術(shù)及電預熱設(shè)備在直埋管道安裝過程中的應用情況以及注意事項。印證了電預熱無補償（或少補償）直埋技術(shù)對大管徑管道的可行性和適用性。

一、前言

對于大管徑管道直埋敷設(shè)，通常采用兩種方式：有補償安裝和預應力安裝。根據(jù)現(xiàn)場條件的不同，預應力安裝方式又可分為敞槽預熱方式和覆土預熱方式。由于敞槽預熱方式比覆土預熱方式能更快達到預應力效果，通常在現(xiàn)場條件允許的情況下，首選敞槽預熱方式。

采用敞槽預熱方式的前提是要具備穩(wěn)定的臨時熱源，敞槽預熱的熱源主要為四種，分別為熱水、熱風、蒸汽及電預熱。電預熱與前三種預熱技術(shù)相比較對加熱設(shè)備的要求更小，更易實施，具有如下明顯的技術(shù)優(yōu)勢：

1.要求簡單，不需要在管道中安裝閥門和固定支架；

2.熱消耗量小，預熱均勻；

3.電預熱設(shè)備體積小、易操作、無震動、無噪音，自動監(jiān)控；

4.適用范圍廣，只要鋼管為介質(zhì)輸送管，都可以實現(xiàn)；

5.低電壓可以保證施工安全。

二、電預熱技術(shù)在燕郊開發(fā)區(qū)供熱工程中的應用

燕郊開發(fā)區(qū)海油大街熱力管線管徑為DN800，供、回水溫度為140℃/90℃，設(shè)計壓力為1.6MPa。海油大街熱力管線于2008投入使用，根據(jù)現(xiàn)場實際情況及工程進度，并考慮到甲方的資金狀況，管線的敷設(shè)方式為預應力直埋敷設(shè)，工程采用了電預熱方式。通過電預熱技術(shù)在燕郊開發(fā)區(qū)供熱工程中的應用，積累了一些實踐經(jīng)驗供大家參考。

1、預熱準備工作

a.管道預熱應在直埋管道安裝完畢后進行，若管道已作水壓試驗，應確保將管道中的水排放完，避免在預熱過程中出現(xiàn)危險；

b.預熱前先對溝槽進行回填，回填高度不高于管道外徑的3/4，這是為了保證管道在預熱過程中始終保持同心；

c.在預熱管段的兩側(cè)分別設(shè)標尺，并派專人記錄管道的伸長量，伸長量應等于兩側(cè)伸長量的總和；

d.將預熱管段兩端用端帽密封，防止氣體流通；

e.檢查預熱設(shè)備及電纜是否正確連接，管道上有無短路連接，如果存在短路連接點，應在預熱之前及時切斷或調(diào)整預熱管段，避開短路點。

2、預熱溫度

鑒于管道預熱前，已對溝槽進行了部分回填，管道須克服土壤的摩擦力，且高溫時管道的屈服應力下降，預熱溫度應該略高于循環(huán)中間溫度。附加溫度的推薦值為0～8℃，即

tdp=tm＋（0～8）（公式1）

tm=0.5×（t1＋t2）（公式2）

式中：tdp—計算預熱溫度（℃）；

tm—循環(huán)中間溫度（℃）；

t1—管道工作循環(huán)最高溫度（℃）；

t2—管道工作循環(huán)最低溫度（℃）。

以燕郊開發(fā)區(qū)海油大街熱力管線為例，其最高循環(huán)溫度為140℃，管道僅在供暖季工作時最低循環(huán)溫度為10℃，計算預熱溫度為80℃最為合適。

3、預熱段的劃分

合理確定預熱段的長度。既能夠保證施工進度、降低施工難度，同時還節(jié)省了施工費用。以燕郊開發(fā)區(qū)海油大街熱力管線為例，該段管線總長度約為3.5km，全線共設(shè)3座檢查室，檢查室內(nèi)設(shè)分支、固定支架及補償器（見圖1）。結(jié)合工程的施工難度及工程的總體時間安排，最后確定兩檢查室之間管線分為兩個預熱段，工程共設(shè)六個預熱段，預熱段長度在500~800米之間（預熱段編號見圖1）。

4、升溫速度及預熱時間

燕郊開發(fā)區(qū)海油大街熱力管線沿道路敷設(shè)，熱力管線在遇到障礙時采用了連續(xù)小折角處理方式避開障礙，折角不大于2度。這種情況預熱時往往因為管道膨脹不均勻，造成夾角處局部應力過大。為使管道得到充分膨脹，應嚴格控制升溫速度。升溫速度為4℃/小時，并在溫度升至計算預熱溫度時恒溫6小時。縱觀整個預熱過程，管道的溫度基本按照設(shè)定的溫升速度直線均勻上升，管道的加熱速度均勻平穩(wěn)，沒有大的起伏。預熱時間需要20至30小時。

5、預熱伸長量

ΔL=α（tm－t0）L（公式3）

式中：ΔL——預熱段管道伸長量（m）；

t0——預熱段管道初始位移為零時管道溫度（℃），一般可取預熱前環(huán)境溫度；

L——預熱段管道長度。

上式為預熱段管道理論伸長量計算公式，在管道預熱過程中，管道中間沒有固定點，管道向兩側(cè)伸長。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)管道的膨脹并不是連續(xù)穩(wěn)定的。在預熱開始階段，管道的熱伸長速度很慢，伸長量并沒有太大變化（見表1）。但當溫度繼續(xù)升高后，管道的膨脹量基本按照直線勻速上升（見圖2）。這說明管道的預熱是基本均勻的，不存在沒有預熱的管段。同時也印證了保持合理的升溫速度是非常有必要的。

預熱時確定管道預熱處理的標準應為預熱伸長量，當管段的伸長量達到計算預熱伸長量時，應立即回填。預熱溫度可以作為預熱升溫時的一個參考值。若附加溫度已達到推薦的最大值，而伸長量尚未達到計算值，則須認真分析原因，不要盲目升溫，最好采取恒溫讓管道充分膨脹或外力拉伸等辦法，以達到計算伸長量。

6、預熱段之間的處理方法

如何處理好預熱段之間的銜接是影響管道預熱效果的重要因素，兩個預熱段之間的管端因降溫會引起管端回縮。遂采用設(shè)置一次性補償器的方式來補償回縮量。具體步驟如圖3所示。

一次性補償器焊死后將成為管道系統(tǒng)的一部分，整個預熱管道系統(tǒng)最后將形成一個完全與土壤隔絕的封閉系統(tǒng)。

但這樣做勢必增加了工程費用，且一次性補償器需長時間敞槽，會對交通造成一定的影響，故還須合理劃分預熱段，盡量減小管端收縮量和一次性補償器的數(shù)量。以海油大街熱力管線工程為例，兩檢查室之間分為兩個預熱段，可在供水管上安裝三個一次性補償器，一次性補償器安裝位置如圖1所示。一次性補償器補償量的選擇應根據(jù)管道冷卻后的收縮量確定，經(jīng)觀察海油大街熱力管線工程每個預熱段的收縮量在160mm至200mm之間，一次性補償器的補償量選定為240mm。

7、管道回填

當管道達到預熱伸長量以后，應立即開始管溝回填。回填的順序為由預熱管段的兩端向中間回填?；靥钔林胁坏煤兴榇u、石塊大于100mm的凍土塊及其他雜物。

8、管道預熱后對管道的影響

直埋管道預熱后，即使在冷態(tài)時，管道中也分布著應力。在管道上開分支時，應注意保護干管的預應力狀態(tài)，增加臨時措施。

三、結(jié)論

燕郊開發(fā)區(qū)海油大街熱力管線已安全運行了4個采暖季，證明電預熱技術(shù)應用于大管徑管道直埋敷設(shè)是安全可靠的。采用預熱安裝技術(shù)比冷安裝有補償敷設(shè)方式減少了約7座補償器檢查室，不僅節(jié)省了投資，而且減少了管網(wǎng)的維修工作量，降低了勞動成本。對于地下水位較高、土壤具有一定腐蝕性，含氯離子較高的地區(qū)，特別適用該技術(shù)。

供熱管網(wǎng)無補償直埋安裝電預熱介紹

保溫管無補償直埋電預熱安裝，我們的優(yōu)勢在于預熱時間短，一次可預熱的管溝長度可達1000米（DN1200管線供回水各1000米長），進一步減少了一次性補償器的數(shù)量。一個預熱段無論長短多少，它的自由段長度是一定的，如果一次性預熱長度越長，自由段長度所占預熱段長度比例就越小，自由段收縮量所占的比例就越小，管線所要克服的平均應力就越小。所以在一定范圍內(nèi)，一次性預熱的管溝長度越長就越好。我公司對于DN1200mm以上規(guī)格的管材冬季施工時，預熱時間也能控制在16小時以內(nèi)，是同行業(yè)預熱時間最短的廠家,工程業(yè)績遍布新疆、內(nèi)蒙、山西、山東、河南、河北等多個省市,現(xiàn)已具備DN1400管線預熱能力。

供熱管網(wǎng)無補償直埋安裝電預熱介紹

一、無補償電預熱安裝技術(shù)的應用領(lǐng)域

無補償預熱安裝現(xiàn)主要應用于城市熱力管網(wǎng)中最高運行溫度不超過140攝氏度的高溫熱水管道。因為無補償預熱安裝采用了提前釋放應力的技術(shù)，從而在很大程度上減少了固定墩和補償器的數(shù)量，一方面降低了工程的施工安裝費用，另一方面由于補償器使用數(shù)量的減少，提高了管網(wǎng)運行的可靠性，從而又降低了管網(wǎng)的運行維護費用。與傳統(tǒng)的無補償預熱安裝方式相比，電預熱安裝環(huán)保節(jié)能，施工便捷，工期短，從而進一步降低了工程投資費用，是目前國際上廣泛使用的先進的保溫管無補償預應力安裝方式。

二、工藝概述

把鋼管管線直接作為負載電阻進行管道加熱，設(shè)備安裝簡單方便。加熱段供回水管線末端用電纜線短接，始端分別接電源兩端（無正負極順序要求）。根據(jù)管材規(guī)格的大小及施工時的環(huán)境溫度，選用不同容量的電加熱設(shè)備。2000米管線（1000米管溝）加熱時間都控制在20小時以內(nèi)，當然環(huán)境溫度越高時，預熱時間越短。保溫時間依據(jù)現(xiàn)場施工組織情況，一般上一預熱段管線回填時，下一段管線就可開始預熱了，兩者可以同步進行。這種方法施工簡便，因取消了固定支架，用一次性補償器代替了常規(guī)的波紋補償器，大大降低了管線的成本，并提高了管網(wǎng)運行的可靠性。

三、施工方案的設(shè)計原則

施工方案應依據(jù)具體的地形結(jié)構(gòu)和管網(wǎng)結(jié)構(gòu)體的分布情況來制定，這樣才可制定出最經(jīng)濟有效的施工方案。一般1000米管溝長度為1個標段，我們根據(jù)不同的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，選用不同容量的電預熱設(shè)備，一次預熱的管線長度可長可短。一般最長1000米管溝，最短300米管溝。

對于管網(wǎng)中存在的變徑、彎頭、三通以及折角，我們在做方案設(shè)計時，要結(jié)合電預熱設(shè)備的特點，充分考慮其預熱的經(jīng)濟性，制定出合理的方案來。對于管網(wǎng)設(shè)計的一些問題要提前與設(shè)計者溝通。要充分考慮附錄二中的種種因素。對于個別短管線，我們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，保證在預熱第二天早7點開始回填、夯實。

四、注意事項

預熱后，管線已存在應力，以后不可將管線切斷，所有閥門、三通等都應預先設(shè)計好，管線上也不可再開大的開孔。井室在預熱后再砌筑，以便于管線伸長。若以后要在管線上另加分支，需根據(jù)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計預熱方案再次預熱相關(guān)管線或新增加的三通處作補強處理。三通處的溝槽寬度應適當加寬，以適應預熱管線處三通的自由移動。

五、電預熱設(shè)備的優(yōu)點

1、大功率小體積，安裝方便，操作簡單。

2、單臺設(shè)備即可對較大口徑的管材進行預熱

3、可多臺設(shè)備同時使用，進一步縮短預熱時間

4、設(shè)備投入運行后，自動監(jiān)控，無異常不需人工干擾

5、多重保護功能，可自動切斷電源，保證施工人員及設(shè)備的安全

6、可動態(tài)顯示管線溫度變化曲線，同時具有打印功能，為監(jiān)控施工質(zhì)量提供依據(jù)

7、保溫階段設(shè)備自動動態(tài)控制，以保證整個回填土階段管線伸長量的穩(wěn)定，確保工程質(zhì)量

六、電預熱的技術(shù)優(yōu)勢

我廠結(jié)合我國熱力管網(wǎng)的實際結(jié)構(gòu)，該設(shè)備采用了國際最先進的電子技術(shù)，自動化控制程度高，組合模塊少，可靠性強，同時實現(xiàn)了大功率小體積的最優(yōu)化，為現(xiàn)場施工的便利提供了前提。從國外直接引進的適用于小管網(wǎng)預熱的設(shè)備應用于國內(nèi)大口徑管網(wǎng)預熱時，預熱時間偏長，設(shè)備組合使用的數(shù)量多，一次性預熱的長度也受到一定的限制。

超大功率的電預熱裝備讓我們可以根據(jù)客戶需求，結(jié)合實際管網(wǎng)布局，柔性地進行最優(yōu)化的預熱分段，從而最大限度地降低補償器的數(shù)量，縮短工期，減少工程費用，現(xiàn)在我廠有多臺超大功率電預熱設(shè)備，可滿足用戶需求。

預熱電源制造現(xiàn)場

預熱電源

管道預熱工程

管道預熱工程

管道預熱工程

施工現(xiàn)場-設(shè)備到場

施工現(xiàn)場

施工現(xiàn)場

施工現(xiàn)場-填土

施工現(xiàn)場—發(fā)電機及余熱電源

施工現(xiàn)場

管道預熱工程,生產(chǎn)保溫管電預熱設(shè)備

施工現(xiàn)場-填土

溫管電預熱設(shè)備

預熱電源

預熱電源

溫管電預熱設(shè)備