長輸供熱管道施工電預(yù)熱的應(yīng)用

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摘要:從管道預(yù)熱類型、電預(yù)熱適用范圍、電預(yù)熱技術(shù)原理、電預(yù)熱方式、預(yù)熱方案設(shè)計及施工注意事項幾方面進(jìn)行了論述，闡述了電預(yù)熱的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，電預(yù)熱技術(shù)不僅能有效降低工程投資額，同時解決了施工效率低、施工周期長的問題。

關(guān)鍵詞:電預(yù)熱；伸長量；長輸供熱管道；補(bǔ)償器

集中供熱是我國城鎮(zhèn)推廣的供熱采暖方式，它具有更加安全可靠的供熱模式(電廠熱電聯(lián)產(chǎn)或大型鍋爐房→換熱站→熱用戶)。傳統(tǒng)的直埋有補(bǔ)償管道安裝方式是通過設(shè)置大量補(bǔ)償器吸收管道運(yùn)行中的膨脹變形，而直埋無補(bǔ)償管道電預(yù)熱安裝方式優(yōu)勢是設(shè)計、施工時管道沿線補(bǔ)償器及固定墻等絕大部分附件可取消設(shè)置，建筑安裝工程費(fèi)用明顯降低，供熱系統(tǒng)冬季運(yùn)行安全穩(wěn)定性明顯提升，供熱運(yùn)行消耗成本(人力、物力投入)大幅降低。管道電預(yù)熱分為敞槽預(yù)熱和覆土預(yù)熱，與其他預(yù)熱方式相比較，無補(bǔ)償電預(yù)熱工藝特點(diǎn)是施工工藝簡單、節(jié)能效果顯著、施工周期短、工程費(fèi)用較低。電預(yù)熱是我國城市供熱工程領(lǐng)域大力推廣的保溫管無補(bǔ)償安裝方式。

1管道預(yù)熱類型

熱水預(yù)熱是將大型鍋爐或施工附近電廠回收余熱的加熱器作為熱源，通過管道連接鍋爐或加熱器，利用鍋爐或電廠加熱器將管道中冷水逐步加熱到一定溫度，熱水在管道中持續(xù)循環(huán)，預(yù)熱前管道必須形成全封閉系統(tǒng)。暖風(fēng)預(yù)熱是設(shè)置大型燃油熱風(fēng)機(jī)，將大自然空氣逐步加熱到一定溫度，通過管道連接暖風(fēng)機(jī)，經(jīng)過熱風(fēng)機(jī)動力設(shè)備將熱空氣從管道進(jìn)風(fēng)口流向出風(fēng)口，再進(jìn)入恒溫?zé)犸L(fēng)箱，實(shí)現(xiàn)循環(huán)加熱。電預(yù)熱是管道管溝回填至設(shè)計高程以前，把管道產(chǎn)生的部分熱應(yīng)力提早釋放，管道軸向應(yīng)力會變小。運(yùn)行期降低滑動側(cè)管道的熱伸縮量，延長管道的使用壽命，更好地實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。管道電預(yù)熱投入施工人員較少，加熱速度比較穩(wěn)定，不需消耗熱水資源，只需配備穩(wěn)定電源，通常選擇大功率柴油發(fā)電機(jī)組。

2電預(yù)熱適用范圍

近幾年，電預(yù)熱技術(shù)在我國城市長輸供熱管道新建工程應(yīng)用越來越普遍，除此之外，還可用于供熱區(qū)域內(nèi)既有老舊管網(wǎng)補(bǔ)償器改造工程，將原來設(shè)置有補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償器進(jìn)行拆除，通過電預(yù)熱，替換為一次性直埋補(bǔ)償器，無須更換主管道，預(yù)熱后變成無補(bǔ)償直埋補(bǔ)償器，有效解決了補(bǔ)償器潛在隱患問題。電預(yù)熱管道必須為鋼制管材，直徑范圍為DN250～DN1400，可以同時預(yù)熱多個預(yù)熱段，可有效控制總體工期，預(yù)熱前不用進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)水壓試驗(yàn)，對于長輸供熱管道電預(yù)熱技術(shù)優(yōu)勢更為突出。

3電預(yù)熱技術(shù)原理

電預(yù)熱的原理是使用多條專用電纜將電加熱設(shè)備與鋼制管道連接，構(gòu)成一個完整閉合電路，輸出一種低電壓、高電流的電能，將供水管道和回水管道當(dāng)作電阻用電纜連接起來，把管道溫度緩慢加熱至設(shè)計預(yù)熱溫度值。依據(jù)工程項目特點(diǎn)及地域氣候特點(diǎn)，選擇環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全的電加熱設(shè)備(見圖1)。

4工程概況

本工程由山西交城國錦熱電廠和規(guī)劃太原一電廠向太原市供熱，長輸供熱管道共45km，分為四段，山西國錦熱電廠至規(guī)劃太一熱電廠為交城段，敷設(shè)DN1200的供熱管道一供一回共5km;規(guī)劃太一熱電廠至太原與清徐交界線處為清徐段，敷設(shè)DN1400的供熱管道一供一回共15km;太原與清徐交界線處至迎賓橋西為太原段，敷設(shè)DN1400的供熱管道一供一回共15km;迎賓橋西穿越汾河至太茅路小店高速口為太茅路段，敷設(shè)DN1400，DN1200，DN1000的供熱管道一供一回共10km。熱水管網(wǎng)設(shè)計供回水溫度為125℃/31．4℃，設(shè)計壓力為1．6MPa。本工程主要采用敞槽電預(yù)熱安裝方式，部分供熱管道采用覆土電預(yù)熱安裝方式。交城段、清徐段及太原段全線用一次性補(bǔ)償器代替了常規(guī)的套筒補(bǔ)償器，根據(jù)補(bǔ)償器設(shè)計位置和管網(wǎng)布局科學(xué)劃分敞槽(覆土)預(yù)熱段起止樁號。

5電預(yù)熱方式

5．1敞槽電預(yù)熱

兩個一次性直埋套筒補(bǔ)償器之間為一個預(yù)熱段，每個預(yù)熱段約1km，長輸供熱管線沿線井點(diǎn)降水，降水后開槽，槽深滿足設(shè)計要求保持槽底平整，槽底鋪設(shè)350mm中砂后安裝供回水管道，形成一段直管道后先回填一小部分中砂，回填高度為供熱管道外徑的1/3左右，在預(yù)熱分段補(bǔ)償器兩側(cè)各24m暫時不要安裝供熱管道(見圖2)，預(yù)留好工作坑。預(yù)熱工序:預(yù)熱段管道焊接、探傷及保溫完畢→先回填中砂至溝槽1/3→供回水兩端鋼管上半圈分別均勻倒立焊接10個M16×50mm螺紋螺栓→管線兩端及折角處分別設(shè)觀測標(biāo)尺(如圖3所示)→連接首端預(yù)熱設(shè)備與管道的電源電纜和末端短接電纜(如圖4所示)→距離首端12m處管壁上方安裝溫度傳感器→預(yù)熱段兩端用端帽密封，防止氣體流通→檢查電加熱設(shè)備接地保護(hù)及電纜是否連接牢固→開啟發(fā)電機(jī)組，開啟電加熱設(shè)備電源，設(shè)定預(yù)熱溫度及加熱電流→管線定時巡檢→達(dá)到目標(biāo)溫度時，測量管線標(biāo)尺伸長量，計算伸長總量→當(dāng)伸長總量達(dá)到計算值，設(shè)備進(jìn)入保溫狀態(tài)→管溝分層回填夯實(shí)，回填順序由兩端向中間。一個預(yù)熱段供回水管道同時預(yù)熱，預(yù)熱溫度達(dá)到目標(biāo)溫度，測量管道熱伸長量達(dá)到計算值，保持預(yù)熱溫度，快速回填管道1/3以上部分中砂及回填土。先回填中砂到管頂150mm，為了控制管道的回縮量，回填土應(yīng)每300mm夯實(shí)一次，初期回填砂土采用機(jī)械方式，人工打夯，當(dāng)管道上方回填土到800mm后采用機(jī)械方法分層夯實(shí)，按設(shè)計要求務(wù)必保證土壤夯實(shí)密度［2］。回填時在分段補(bǔ)償器兩側(cè)各150m處預(yù)留工作坑，以便補(bǔ)償器兩側(cè)二次覆土預(yù)熱。

5．2覆土電預(yù)熱

根據(jù)以上步驟預(yù)熱回填后進(jìn)行補(bǔ)償器兩側(cè)二次覆土預(yù)熱，覆土預(yù)熱段一般均不形成長距離直管道，多個補(bǔ)償器之間為一個預(yù)熱段，供水管道補(bǔ)償器兩端分別與兩側(cè)24m直管段焊接，與預(yù)熱后管道相連接，補(bǔ)償器中縫暫時不焊接?；厮艿啦捎妙A(yù)制直埋保溫管直接連接，在一次性補(bǔ)償器位置預(yù)留工作坑，其他位置均回填。供回水連接完畢，探傷合格后進(jìn)行二次覆土預(yù)熱，從一次性補(bǔ)償器兩側(cè)各150m預(yù)留工作坑處開始預(yù)熱，一個預(yù)熱段供回水管道同時預(yù)熱，預(yù)熱溫度達(dá)到目標(biāo)值。測量管道熱伸長量達(dá)到計算值，保持預(yù)熱溫度，焊接一次性補(bǔ)償器中縫及加強(qiáng)環(huán)，對補(bǔ)償器焊縫探傷合格并保溫補(bǔ)口后方可回填工作坑(見圖5)。

6預(yù)熱方案設(shè)計

預(yù)熱施工方案應(yīng)結(jié)合實(shí)際地形情況和管網(wǎng)分布情況，應(yīng)由相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計公司和專業(yè)預(yù)熱公司負(fù)責(zé)編制，需經(jīng)監(jiān)理單位和建設(shè)單位審批后實(shí)施。根據(jù)鋼管長度、管徑及壁厚，選擇相配套的電加熱設(shè)備，預(yù)熱段單管長度不小于150m，不超過1100m?？茖W(xué)合理安排工期，最大限度利用晚上時間預(yù)熱，以便次日上午達(dá)到設(shè)計預(yù)熱溫度，開始管溝回填，預(yù)熱工程驗(yàn)收應(yīng)由建設(shè)單位、監(jiān)理單位、總包單位及專業(yè)預(yù)熱公司現(xiàn)場代表共同確認(rèn)，驗(yàn)收內(nèi)容包括供回管長度、管道規(guī)格、設(shè)計預(yù)熱溫度、設(shè)計伸長量、加熱伸長量、加熱起始溫度、加熱最高溫度以及加熱回填保溫時間，如實(shí)填寫《管道電加熱工程施工驗(yàn)收報告》，并由參加驗(yàn)收各方代表簽字確認(rèn)?；靥顣r應(yīng)從預(yù)熱管端的兩邊開始回填，并按照設(shè)計要求分層夯實(shí)。所有預(yù)熱順序?yàn)橄瘸ú垲A(yù)熱，后覆土預(yù)熱，施工單位需嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)熱程序，嚴(yán)禁為了達(dá)到理論計算伸長量超溫預(yù)熱，預(yù)熱時，預(yù)熱段內(nèi)的閥門、三通均參與預(yù)熱，預(yù)熱段內(nèi)的排氣、泄水及預(yù)留分支管道兩側(cè)需清空，以保證預(yù)熱伸長時分支不受阻礙。

7施工注意事項

預(yù)熱開始前，應(yīng)在現(xiàn)場準(zhǔn)備好足夠的機(jī)械、人員、沙土，確保管溝回填質(zhì)量，減少預(yù)熱保溫時間，節(jié)約成本，回填材料中不得含有容易劃傷保溫管外皮的東西。管線中出現(xiàn)焊接折角，DN1400管折點(diǎn)角度應(yīng)不大于1°。預(yù)熱段內(nèi)不能存在不同材質(zhì)的管材。除了預(yù)熱段末端為形成回路進(jìn)行的連接，兩根鋼管間不允許在其他位置形成短路。管道內(nèi)積水必須排放干凈，所有閥門、三通等都應(yīng)預(yù)先安裝到位，檢查井室需在預(yù)熱后再砌筑，以便于管線伸長。電預(yù)熱施工中，因預(yù)熱管道存在較大應(yīng)力，嚴(yán)禁將管道切斷或開孔。三通分支管道兩側(cè)應(yīng)保證一定寬度，便于管道伸縮位移。管道周圍禁止有磚石塊和連接管道的固定墻體，影響預(yù)熱管道伸長。彎頭或彎管周圍不進(jìn)行填土，方便預(yù)熱過程中自由伸縮。預(yù)熱段起點(diǎn)和終點(diǎn)位置管道下方不能有積水。管線上的一次性直埋補(bǔ)償器必須在兩端管道溫度達(dá)到常溫后，才能與預(yù)熱完成的管道焊接。電預(yù)熱是可以帶閥門一起預(yù)熱，如果有閥門井，需要在電預(yù)熱完成后方可澆筑施工。若要在已完成預(yù)熱的管道上開口，需重新編制方案，預(yù)熱相關(guān)管道，新開口位置需用相同材質(zhì)的鋼板瓦片加強(qiáng)處理。

參考文獻(xiàn):

［1］CJJ/T81—98，城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程［S］．

［2］張連軍．有關(guān)采暖管道外網(wǎng)直埋敷設(shè)問題的思考［J］．科技致富向?qū)В?012(5):56．

作者：馮偉偉 單位：太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司