長(zhǎng)輸熱力管道無(wú)補(bǔ)償直埋施工技術(shù)

周 妍 孫 強(qiáng)

（濟(jì)南熱電有限公司）

我國(guó)北方能源資源多以煤炭為主，隨著國(guó)家制定的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、降低煤炭消費(fèi)等政策措施的出臺(tái)，為滿足城市發(fā)展需求，既降低燃煤消耗，又保障大氣環(huán)境，供熱企業(yè)依靠引入城市周邊電廠的余（廢）熱替代低效燃煤鍋爐的方法，來(lái)滿足轄區(qū)內(nèi)日益增長(zhǎng)的用戶的供熱需求，同時(shí)保留清潔高效的大型燃煤熱源作為供熱應(yīng)急、調(diào)峰備用熱源。

目前，國(guó)內(nèi)某些城市已逐步實(shí)現(xiàn)通過(guò)長(zhǎng)輸熱力管道將電廠余（廢）熱作為主要熱源引入城區(qū)。因長(zhǎng)輸熱力管道管徑較大，施工難度增加，供熱管道長(zhǎng)距離輸送熱量（一般電廠出口供水設(shè)計(jì)溫度130℃，設(shè)計(jì)壓力2.5MPa）時(shí)，為防止熱伸長(zhǎng)或溫度應(yīng)力引起管道變形，需在供熱管道上設(shè)置補(bǔ)償器，以緩解管壁應(yīng)力，補(bǔ)償管道熱伸長(zhǎng)。 但在長(zhǎng)時(shí)間高溫負(fù)荷作用下， 金屬材料性能將發(fā)生改變，管道的熱膨脹增加了系統(tǒng)額外的拉伸力和彎曲應(yīng)力［1］，導(dǎo)致管道與補(bǔ)償器相連焊口泄漏。補(bǔ)償器可有效降低管道運(yùn)行的軸向應(yīng)力、補(bǔ)償管道熱伸長(zhǎng)，但經(jīng)長(zhǎng)期高溫負(fù)荷運(yùn)行后，補(bǔ)償器壽命縮短發(fā)生泄漏，成為熱力管道安全運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)。 供熱企業(yè)為提升供熱運(yùn)行保障能力，盡量選用熱力管道無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)工藝。 為此，筆者將對(duì)熱力管道無(wú)補(bǔ)償直埋施工技術(shù)中的關(guān)鍵項(xiàng)目做一簡(jiǎn)述。

1 自然補(bǔ)償

供熱管道設(shè)計(jì)時(shí)一般優(yōu)先考慮自然補(bǔ)償，通常采用的L 形轉(zhuǎn)角、Z 形和Π 形補(bǔ)償管段， 就是利用管道自身的彎曲（柔性）吸收管道自身的熱伸長(zhǎng)［2］。 自然補(bǔ)償可有效避免泄漏，運(yùn)行安全平穩(wěn)、事故率低，因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約成本及施工靈活便捷等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。 但是，自然補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償能力較小，管道走向受到街道、鐵路、河溝及洼地等地理環(huán)境的制約，需要額外設(shè)計(jì)Π 字形折角彎管，但這會(huì)增加供熱管道的局部阻力損失和工程投資。

2 電預(yù)熱

電預(yù)熱是指管道受熱后產(chǎn)生拉伸，提前釋放部分膨脹變形，從而降低管道的軸向應(yīng)力［3］。與風(fēng)預(yù)熱、水預(yù)熱等其他預(yù)熱形式相比，電預(yù)熱設(shè)備占地小，便于操作，可實(shí)現(xiàn)加熱穩(wěn)定、升溫過(guò)程均勻，預(yù)熱效果較好，預(yù)熱成本相對(duì)較低。

電預(yù)熱采取分段預(yù)熱方式， 宜以1 000m 為一段，敷設(shè)在郊外允許開(kāi)槽施工的大口徑供熱管道多采用敞開(kāi)式預(yù)熱安裝，對(duì)于城市內(nèi)網(wǎng)多采用覆土電預(yù)熱敷設(shè)方式。 覆土電預(yù)熱施工時(shí)，待溝槽開(kāi)挖完成后，先進(jìn)行管道焊接、探傷、接口保溫和局部回填，一般供熱管頂預(yù)留1m 覆土，電預(yù)熱設(shè)備連接工作鋼管，安裝溫度傳感器，開(kāi)機(jī)預(yù)熱，測(cè)量管道伸長(zhǎng)量同步記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，達(dá)到目標(biāo)溫度和熱伸長(zhǎng)量后回填。

施工前，供、回水工作鋼管末端采用電纜線連接，另一端連接電預(yù)熱設(shè)備，溫度傳感器安裝在管段向內(nèi)12m 處（圖1），注意供、回水工作鋼管需提前用盲板密封，如有預(yù)留分支處需提前增加連通。 如果70℃預(yù)熱補(bǔ)償量未達(dá)到設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量，則提高預(yù)熱溫度，以5℃為階梯提高溫度，最高溫度建議不超過(guò)75℃。

圖1 電預(yù)熱工作鋼管示意圖

3 一次性補(bǔ)償器

一次性補(bǔ)償器多應(yīng)用在供熱管道預(yù)應(yīng)力安裝工藝中，配合供熱管道電預(yù)熱安裝。 對(duì)于覆土電預(yù)熱施工，當(dāng)管道焊接、接口保溫完畢土方部分回填后，先進(jìn)行管道預(yù)熱，一次性補(bǔ)償器的補(bǔ)償量達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)熱伸長(zhǎng)量時(shí)， 管道熱伸長(zhǎng)量被一次性補(bǔ)償器吸收［4］，斷電施焊，將安裝的一次性補(bǔ)償器的二次焊口密封焊接牢固，整體回填后停止預(yù)熱。 根據(jù)金屬材料熱脹冷縮特性， 管道由于降溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力將轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力， 以克服管道供熱運(yùn)行時(shí)的熱應(yīng)力，其作用只補(bǔ)償預(yù)熱管段的伸長(zhǎng)量，其伸縮原件只使用一次，不具備補(bǔ)償功能。

一般每個(gè)預(yù)熱段有幾組的一次性補(bǔ)償器，各補(bǔ)償器按等距離布置， 補(bǔ)償器之間不設(shè)置固定墩，安裝一次性補(bǔ)償器的管段應(yīng)與其他管段用固定墩隔開(kāi)，以確保吸收定長(zhǎng)管道預(yù)熱伸長(zhǎng)量。 管道采取分管預(yù)熱時(shí)， 要考慮管道冷卻的收縮量，將收縮值加到所接管段新的長(zhǎng)度上。

一次性補(bǔ)償器安裝完畢后，其強(qiáng)度和疲勞壽命與管道的相同， 可大幅提高管道的安全性，一次性補(bǔ)償器的事故率較低，耐腐蝕性能好，安全可靠性較高，施工方便，可節(jié)約成本。

4 加設(shè)泡沫墊

對(duì)于管道產(chǎn)生側(cè)向變形較大的區(qū)域，可在管道的轉(zhuǎn)彎處（彎頭）和T 形分支處（三通管件）兩側(cè)加裝泡沫墊（圖2）。

圖2 彎頭和三通管件的泡沫墊位置示意圖

圖3 膨脹區(qū)局部加寬示意圖

表1 彎頭附近膨脹區(qū)尺寸簡(jiǎn)表 mm

根據(jù)《熱水管道直埋敷設(shè)》圖集［5］，泡沫墊加設(shè)在膨脹區(qū)局部加寬的位置，如圖3 所示，對(duì)應(yīng)的大口徑供熱管道與膨脹區(qū)凈距參數(shù)可參考表1所列的數(shù)據(jù)。 泡沫墊應(yīng)選取具備一定彈性和承載力且化學(xué)性能穩(wěn)定的材料，實(shí)際工程中選用密度在70～80kg/m3的防潮型彈性PUR 泡沫墊， 該泡沫墊富有彈性并且耐磨性能優(yōu)越，在一定承載負(fù)荷下，可以起到降低彎頭和三通處管道應(yīng)力的作用。 泡沫墊的一側(cè)寬度根據(jù)計(jì)算的位移量確定，外側(cè)填砂，同時(shí)需在距管道管頂400mm 的上側(cè)加設(shè)保護(hù)蓋板［6］。

5 關(guān)鍵部位壁厚加強(qiáng)

一般泄水和放氣管采用無(wú)縫鋼管，壁厚比主管道的薄，承壓能力弱，工程實(shí)際中要注意增加泄水和放氣管的壁厚，并加設(shè)保護(hù)套管。 對(duì)于重要供熱管道支線、河底直埋供熱管線、頂管/拉管供熱管線或者危險(xiǎn)性較大的工程作業(yè)供熱管線，為保障運(yùn)行安全性，建議采用加厚2mm 的管道［7］。對(duì)于輸送干線和輸配干線設(shè)置的彎頭、三通等管件的壁厚， 應(yīng)比同規(guī)格的主管壁厚2～4mm，利用彎頭自然張力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩嗖捎们拾霃?.5D、3.0D 的成品壓制彎頭。 三通采用成品加強(qiáng)跨越式三通，做好加固，如披肩式加強(qiáng)三通（圖4，根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)先定制）。

圖4 披肩式加強(qiáng)三通結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

在長(zhǎng)輸熱力管道無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)施工中，需結(jié)合電預(yù)熱、一次性補(bǔ)償器及加設(shè)泡沫墊等無(wú)補(bǔ)償直埋方式，降低熱力管道的軸向應(yīng)力和管壁局部屈曲危險(xiǎn)性， 可有效縮短施工工期，降低工程造價(jià)。 無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)對(duì)于提高供熱保障能力、確保供熱管道安全平穩(wěn)運(yùn)行以及節(jié)約供熱管網(wǎng)后期運(yùn)行維護(hù)成本等方面起到重要作用。