一、前言

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

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

    1.要求簡(jiǎn)單，不需要在管道中安裝閥門和固定支架；

    2.熱消耗量小，預(yù)熱均勻；

    3.電預(yù)熱設(shè)備體積小、易操作、無(wú)震動(dòng)、無(wú)噪音，自動(dòng)監(jiān)控；

    4.適用范圍廣，只要鋼管為介質(zhì)輸送管，都可以實(shí)現(xiàn)；

    5.低電壓可以保證施工安全。    

    二、電預(yù)熱技術(shù)在燕郊開發(fā)區(qū)供熱工程中的應(yīng)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(jì)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(chǎng)實(shí)際情況及工程進(jìn)度，并考慮到甲方的資金狀況，管線的敷設(shè)方式為預(yù)應(yīng)力直埋敷設(shè)，工程采用了電預(yù)熱方式。通過(guò)電預(yù)熱技術(shù)在燕郊開發(fā)區(qū)供熱工程中的應(yīng)用，積累了一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)供大家參考。

    1、預(yù)熱準(zhǔn)備工作

    a.管道預(yù)熱應(yīng)在直埋管道安裝完畢后進(jìn)行，若管道已作水壓試驗(yàn)，應(yīng)確保將管道中的水排放完，避免在預(yù)熱過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)；

    b.預(yù)熱前先對(duì)溝槽進(jìn)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(yù)熱過(guò)程中始終保持同心；

    c.在預(yù)熱管段的兩側(cè)分別設(shè)標(biāo)尺，并派專人記錄管道的伸長(zhǎng)量，伸長(zhǎng)量應(yīng)等于兩側(cè)伸長(zhǎng)量的總和；

    d.將預(yù)熱管段兩端用端帽密封，防止氣體流通；

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

    2、預(yù)熱溫度

    鑒于管道預(yù)熱前，已對(duì)溝槽進(jìn)行了部分回填，管道須克服土壤的摩擦力，且高溫時(shí)管道的屈服應(yīng)力下降，預(yù)熱溫度應(yīng)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(jì)算預(yù)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(shí)最低循環(huán)溫度為10℃，計(jì)算預(yù)熱溫度為80℃最為合適。

    3、預(yù)熱段的劃分

    合理確定預(yù)熱段的長(zhǎng)度。既能夠保證施工進(jìn)度、降低施工難度，同時(shí)還節(jié)省了施工費(fèi)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(zhǎng)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(bǔ)償器（見圖1）。結(jié)合工程的施工難度及工程的總體時(shí)間安排，最后確定兩檢查室之間管線分為兩個(gè)預(yù)熱段，工程共設(shè)六個(gè)預(yù)熱段，預(yù)熱段長(zhǎng)度在500~800米之間（預(yù)熱段編號(hào)見圖1）。

    4、升溫速度及預(yù)熱時(shí)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(shí)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(yù)熱時(shí)往往因?yàn)楣艿琅蛎洸痪鶆颍斐蓨A角處局部應(yīng)力過(guò)大。為使管道得到充分膨脹，應(yīng)嚴(yán)格控制升溫速度。升溫速度為4℃/小時(shí)，并在溫度升至計(jì)算預(yù)熱溫度時(shí)恒溫6小時(shí)?？v觀整個(gè)預(yù)熱過(guò)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(méi)有大的起伏。預(yù)熱時(shí)間需要20至30小時(shí)。

    5、預(yù)熱伸長(zhǎng)量

    ΔL=α（tm－t0）L（公式3）

    式中：ΔL——預(yù)熱段管道伸長(zhǎng)量（m）；

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

    L——預(yù)熱段管道長(zhǎng)度。

    上式為預(yù)熱段管道理論伸長(zhǎng)量計(jì)算公式，在管道預(yù)熱過(guò)程中，管道中間沒(méi)有固定點(diǎn)，管道向兩側(cè)伸長(zhǎng)。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(yù)熱開始階段，管道的熱伸長(zhǎng)速度很慢，伸長(zhǎng)量并沒(méi)有太大變化（見表1）。但當(dāng)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(shuō)明管道的預(yù)熱是基本均勻的，不存在沒(méi)有預(yù)熱的管段。同時(shí)也印證了保持合理的升溫速度是非常有必要的。

    預(yù)熱時(shí)確定管道預(yù)熱處理的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為預(yù)熱伸長(zhǎng)量，當(dāng)管段的伸長(zhǎng)量達(dá)到計(jì)算預(yù)熱伸長(zhǎng)量時(shí)，應(yīng)立即回填。預(yù)熱溫度可以作為預(yù)熱升溫時(shí)的一個(gè)參考值。若附加溫度已達(dá)到推薦的最大值，而伸長(zhǎng)量尚未達(dá)到計(jì)算值，則須認(rèn)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(dá)到計(jì)算伸長(zhǎng)量。

    6、預(yù)熱段之間的處理方法

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

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

但這樣做勢(shì)必增加了工程費(fèi)用，且一次性補(bǔ)償器需長(zhǎng)時(shí)間敞槽，會(huì)對(duì)交通造成一定的影響，故還須合理劃分預(yù)熱段，盡量減小管端收縮量和一次性補(bǔ)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(gè)預(yù)熱段，可在供水管上安裝三個(gè)一次性補(bǔ)償器，一次性補(bǔ)償器安裝位置如圖1所示。一次性補(bǔ)償器補(bǔ)償量的選擇應(yīng)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(gè)預(yù)熱段的收縮量在160mm至200mm之間，一次性補(bǔ)償器的補(bǔ)償量選定為240mm。

    7、管道回填

    當(dāng)管道達(dá)到預(yù)熱伸長(zhǎng)量以后，應(yīng)立即開始管溝回填?；靥畹捻樞?yàn)橛深A(yù)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(yù)熱后對(duì)管道的影響

    直埋管道預(yù)熱后，即使在冷態(tài)時(shí)，管道中也分布著應(yīng)力。在管道上開分支時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)干管的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，增加臨時(shí)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(yùn)行了4個(gè)采暖季，證明電預(yù)熱技術(shù)應(yīng)用于大管徑管道直埋敷設(shè)是安全可靠的。采用預(yù)熱安裝技術(shù)比冷安裝有補(bǔ)償敷設(shè)方式減少了約7座補(bǔ)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(dòng)成本。對(duì)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)。