電預(yù)熱技術(shù)在城鎮(zhèn)供熱直埋保溫管道安裝中的應(yīng)用

【摘 要】本文理論與實(shí)踐相結(jié)合，詳細(xì)介紹了管道的預(yù)熱安裝方式，分析了幾種管道預(yù)熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了電預(yù)熱的基本原理、電預(yù)熱技術(shù)及電預(yù)熱設(shè)備在國內(nèi)直埋管道工程中的應(yīng)用情況，本文對(duì)電預(yù)熱技術(shù)在國內(nèi)直埋管道工程中的廣泛應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義，對(duì)國內(nèi)直埋管道安裝技術(shù)的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。

1、前言目前，城鎮(zhèn)直埋管道的應(yīng)用和發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入嶄新的階段，產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工工藝已經(jīng)基本成熟，直埋管道產(chǎn)品的技術(shù)水平得到大幅度的提高。但是，直埋管道安裝技術(shù)水平一直是制約國內(nèi)直埋管道發(fā)展的瓶頸，由于受國內(nèi)相關(guān)設(shè)備和技術(shù)水平的影響，國內(nèi)的管道安裝主要采用冷安裝無補(bǔ)償以及有補(bǔ)償安裝兩種方式，而更加安全可靠的管道預(yù)熱安裝卻很少在工程中應(yīng)用。北京豪特耐公司根據(jù)國內(nèi)管道安裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，為了滿足工程中對(duì)安全可靠，切實(shí)可行的管道預(yù)熱技術(shù)及設(shè)備的迫切需求，與歐洲技術(shù)領(lǐng)先的電預(yù)熱設(shè)備制造商合作，共同開發(fā)了適合中國直埋管道產(chǎn)品和施工要求的電預(yù)熱設(shè)備，并將這一技術(shù)和設(shè)備成功應(yīng)用于國內(nèi)多個(gè)大口徑直埋供熱管網(wǎng)工程中，為國內(nèi)直埋管道安裝技術(shù)的發(fā)展翻開了嶄新的一頁。

2、直埋管道的安裝方式直埋管道的安裝方式可以歸納為三種，無補(bǔ)償安裝、有補(bǔ)償安裝和預(yù)熱安裝。直埋管道安裝方式的選擇受很多因素的影響，鋼管直徑、鋼管壁厚、輸送介質(zhì)溫度、敷設(shè)深度都將影響管道安裝方式的選擇，在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)針對(duì)具體的工程實(shí)際情況分析計(jì)算以后確定適當(dāng)?shù)墓艿腊惭b方式。

2.1 無補(bǔ)償安裝管道在施工的同時(shí)就可以回填，整體焊接管道時(shí)的溫度等于回填時(shí)的環(huán)境溫度，在管網(wǎng)中最大限度地減少甚至完全取消補(bǔ)償器和固定支架，但是，由于管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的溫差較大，管道中錨固段的軸向應(yīng)力較大，必要時(shí)需要對(duì)管道進(jìn)行加強(qiáng)處理。

2.2 有補(bǔ)償安裝在管網(wǎng)中用補(bǔ)償器吸收管道運(yùn)行中產(chǎn)生的膨脹變形，管道中的軸向應(yīng)力最小，但由于在管網(wǎng)中大量應(yīng)用了補(bǔ)償器和固定支架，增加了管網(wǎng)的建設(shè)投資，降低了管網(wǎng)的安全性。

2.3 預(yù)熱安裝預(yù)熱安裝是界與無補(bǔ)償安裝和有補(bǔ)償安裝之間的一種安裝方式，管溝在回填之前管道的一半膨脹變形已經(jīng)提前釋放，管道軸向應(yīng)力降低到無補(bǔ)償安裝的一半，而且基本取消了管網(wǎng)中的補(bǔ)償器和固定支架，大大提高了管網(wǎng)的安全性。

由以上分析可見，如果考慮管網(wǎng)的長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，預(yù)熱安裝是管道直埋敷設(shè)的最佳安裝方式。尤其對(duì)管網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度高于140℃大管徑直埋管道采用預(yù)熱安裝方式具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3、幾種預(yù)熱安裝方式的比較目前，在工程中應(yīng)用的預(yù)熱方式主要有水預(yù)熱、風(fēng)預(yù)熱和電預(yù)熱三種，下面對(duì)各種預(yù)熱方式的施工條件要求、預(yù)熱效果、熱消耗量、預(yù)熱時(shí)間進(jìn)行比較。

3.1 施工條件要求水預(yù)熱當(dāng)沒有方便并且可以利用的熱水為預(yù)熱管道提供熱源時(shí)，必須具備加熱鍋爐等加熱設(shè)備對(duì)預(yù)熱管道提供熱水熱源，管道中必須為預(yù)熱準(zhǔn)備閥門和一次性補(bǔ)償器，而且在管道預(yù)熱之前，預(yù)熱管道必須焊接完畢形成連續(xù)的回路。

風(fēng)預(yù)熱風(fēng)預(yù)熱須具備大功率風(fēng)機(jī)對(duì)管道提供持續(xù)風(fēng)源，預(yù)熱管段必須焊接完畢，形成完整回路，以便氣流順利通過。

電預(yù)熱除須專用的預(yù)熱設(shè)備以外，對(duì)預(yù)熱管道要求相對(duì)較低，由于管道中不需要流通水或者風(fēng)等介質(zhì)，因此，不需要管道形成封閉的回路，也不需要在管道中設(shè)置一次性補(bǔ)償器和閥門。

3.2 預(yù)熱效果水預(yù)熱預(yù)熱溫度比較均勻，但由于管道在預(yù)熱過程中必須注滿熱水，所以管道重量很大，管道與土壤之間的摩擦力較大，因此，設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量不容易達(dá)到，大管徑管道水預(yù)熱時(shí)，管道中容易出現(xiàn)錨固段，影響預(yù)熱的效果。

由于熱風(fēng)在管道回路中流動(dòng)時(shí)熱損失非常大，因此，管道的預(yù)熱溫度不均勻，通常情況下，管道起始端和末端的預(yù)熱溫差在20℃左右，影響管道熱伸長(zhǎng)的均勻性。

電預(yù)熱管道電預(yù)熱將鋼管作為電阻，利用電能對(duì)鋼管進(jìn)行加熱，鋼管中沒有介質(zhì)，因此，管道沿長(zhǎng)度方向預(yù)熱均勻，預(yù)熱時(shí)間短，而且管道中不存在錨固段，能夠達(dá)到理想的管道預(yù)熱效果。

3.3 熱消耗量針對(duì)各種預(yù)熱方式，按照相同的計(jì)算條件下，對(duì)各種預(yù)熱方式所消耗的熱量進(jìn)行了計(jì)算。

計(jì)算條件：鋼管直徑：DN700mm，鋼級(jí)：ST52鋼管壁厚：8mm預(yù)熱溫差：60K管溝長(zhǎng)度：500m計(jì)算結(jié)果：

不考慮熱水和熱風(fēng)在傳輸過程中的熱損失，熱傳輸效率按照100%計(jì)算，三種預(yù)熱方式熱消耗量的比值約為：

電預(yù)熱：熱水預(yù)熱：熱風(fēng)預(yù)熱/1：25.8：60 3.4 預(yù)熱時(shí)間管道預(yù)熱時(shí)間受鋼管的管徑、壁厚，以及管道的熱損失的影響，在相同的條件下，由于電預(yù)熱的熱消耗量最小，因此，將管道加熱到預(yù)熱溫度所需要的時(shí)間最短;風(fēng)預(yù)熱的熱消耗量最大，而水預(yù)熱的熱消耗量雖然相對(duì)較小，但水預(yù)熱由于管道的摩擦力較大，因此，達(dá)到設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量所需要的時(shí)間很長(zhǎng)，因此，風(fēng)預(yù)熱和水預(yù)熱的預(yù)熱時(shí)間大約為電預(yù)熱的3~5倍。

4、電預(yù)熱技術(shù)的基本原理管道電預(yù)熱是通過預(yù)熱設(shè)備提供一個(gè)低電壓、高電流的電能，將供回水管道作為電阻通過電纜連接起來，與預(yù)熱設(shè)備形成回路，將鋼管溫度加熱到設(shè)計(jì)預(yù)熱溫度。

預(yù)熱設(shè)備輸出的電壓不高于60V，輸出電流根據(jù)管道的具體情況在3000~5000A.

5、電預(yù)熱的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與其他預(yù)熱方式相比較，電預(yù)熱技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

施工條件要求簡(jiǎn)單，不需要在管道中安裝一次性補(bǔ)償器和固定支架;

熱消耗量小，預(yù)熱均勻，預(yù)熱時(shí)間短;

電預(yù)熱設(shè)備體積小、重量輕、易操作、無震動(dòng)、無噪音，自動(dòng)監(jiān)控;

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

低電壓可以保證施工安全。

6、電預(yù)熱設(shè)備的適用范圍電預(yù)熱的技術(shù)優(yōu)勢(shì)必須依靠先進(jìn)的電預(yù)熱設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。目前，針對(duì)直埋保溫管道的現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)際情況，還沒有完全可靠的技術(shù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)鋼管的電預(yù)熱。北京豪特耐公司的電預(yù)熱設(shè)備，填補(bǔ)了這個(gè)空白。具體適用范圍如下：

直徑DN50-DN1200;

單管、多管系統(tǒng)并用;

供回水管不同材質(zhì)的鋼管線;

鋼套鋼形式的保溫管和聚乙烯外護(hù)殼形式的保溫管連接管線;

不同直徑的管線同時(shí)預(yù)熱;

兩個(gè)有間隔的預(yù)熱段同時(shí)預(yù)熱;

7、電預(yù)熱技術(shù)的工程應(yīng)用目前電預(yù)熱技術(shù)應(yīng)用于國內(nèi)多個(gè)集中供熱管網(wǎng)工程中，取得了很好的預(yù)熱效果，同時(shí)，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，下面以某個(gè)集中供熱管網(wǎng)工程中的一段DN900mm管道電預(yù)熱為例，探討電預(yù)熱在工程中的應(yīng)用效果。

預(yù)熱管段基本參數(shù)：

管道規(guī)格：920×12/1055×14mm管道長(zhǎng)度：480m運(yùn)行溫度：130℃環(huán)境溫度：15.5℃預(yù)熱溫度：68℃設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量：303mm管道預(yù)熱溫度與時(shí)間關(guān)系曲線(圖3)：

由圖3可見，在預(yù)熱過程中，管道的溫度基本按照直線均勻上升，說明這種預(yù)熱方式，管道的加熱速度非常均勻平穩(wěn)，沒有大的起伏，這樣可以保證管道良好的預(yù)熱效果。

管道伸長(zhǎng)量與時(shí)間關(guān)系曲線(圖4)：

由圖4分析可知，在管道預(yù)熱的最初1~2個(gè)小時(shí)，管道中由于溫升產(chǎn)生的軸向力首先要克服管溝中土壤的摩擦力，因此，在預(yù)熱開始階段，管道的熱伸長(zhǎng)速度很慢，當(dāng)溫度繼續(xù)升高到超過土壤摩擦力以后，管道的膨脹量基本按照直線勻速上升。

管道長(zhǎng)度與伸長(zhǎng)量關(guān)系曲線(圖5)：

圖5為管道長(zhǎng)度與管道伸長(zhǎng)量關(guān)系曲線，在管道預(yù)熱過程中，當(dāng)管道上沒有固定點(diǎn)時(shí)，管道向兩側(cè)伸長(zhǎng)，由圖4可見，在預(yù)熱管線上只有一個(gè)伸長(zhǎng)量為零的駐點(diǎn)，而且在駐點(diǎn)兩側(cè)，管道的伸長(zhǎng)量的增加曲線沿直線變化，斜率相同，這說明管道的預(yù)熱均勻，不存在沒有預(yù)熱的管段。

8、管道電預(yù)熱應(yīng)注意的問題管道的電預(yù)熱施工是一個(gè)系統(tǒng)工程，施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格按照施工要求執(zhí)行，認(rèn)真準(zhǔn)備，密切配合，這樣才能達(dá)到預(yù)期的預(yù)熱效果。

8.1 預(yù)熱時(shí)間管道的預(yù)熱應(yīng)避開冬季施工，因?yàn)槎�季環(huán)境溫度低，管道的伸長(zhǎng)量大，預(yù)熱所需要的時(shí)間長(zhǎng)，在條件允許時(shí)，盡量選在夏季施工。

8.2 施工準(zhǔn)備在預(yù)熱施工之前，應(yīng)完成預(yù)熱管段的接頭保溫;

管溝回填土應(yīng)回填至管道高度的3/4處;

如果管道作水壓試驗(yàn)，應(yīng)確保將管道中水排放完;

在預(yù)熱設(shè)備的兩側(cè)分別設(shè)標(biāo)尺，設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量應(yīng)等于兩側(cè)伸長(zhǎng)量的總和;

將預(yù)熱管段兩端用端帽密封，防止氣體流通;

檢查供、回水管道上有無短路連接，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);

檢查預(yù)熱設(shè)備及電纜是否正確連接;

8.3 回填要求在管道達(dá)到設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量以后，開始管溝回填。為了控制管道的回縮量，回填土應(yīng)每200~300mm夯實(shí)一次，回填的順序?yàn)橛深A(yù)熱管段的兩端向中間回填。

9、總結(jié)直埋保溫管道的預(yù)熱安裝是一種安全可靠的管道安裝方式，而電預(yù)熱是管道預(yù)熱方式的創(chuàng)新，它具有預(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)，使管道預(yù)熱安裝變成一種可能，提高了管道的安全性和穩(wěn)定性以及長(zhǎng)期的使用壽命，推動(dòng)了直埋管道安裝技術(shù)的發(fā)展。