淺析大直徑供熱管道電預(yù)熱施工技術(shù)

張鵬

（山西省安裝集團(tuán)股份有限公司，山西太原 030032）

1 工程概況

本工程為煙臺(tái)市開發(fā)區(qū)熱力有限公司八角電廠熱力管網(wǎng)配套項(xiàng)目——熱水管道工程，供回水管道全長(zhǎng)24km，供熱工程主線管徑DN1400mm，管徑大、管線長(zhǎng)、落差大，設(shè)計(jì)供水溫度130℃，回水溫度為70℃，設(shè)計(jì)供水壓力為2.5MPa，回水壓力為1.6MPa，投產(chǎn)后總供熱面積約 2000 萬(wàn) m2。

2 供熱管道電預(yù)熱的原理

無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱安裝技術(shù)是根據(jù)電加熱原理對(duì)直埋供熱管道的工作鋼管進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)熱安裝的一種管道安裝技術(shù)。通過(guò)電纜將電預(yù)熱設(shè)備與工作鋼管連接并構(gòu)成閉合回路，將低電壓、高電流的電能作用于預(yù)熱管段，利用電阻發(fā)熱的原理，將工作鋼管的溫度加熱到設(shè)計(jì)預(yù)熱溫度[1]。

3 電預(yù)熱管道的優(yōu)點(diǎn)

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）提前釋放管道的部分熱脹變形，降低運(yùn)行時(shí)的工作鋼管軸向力。

（2）在供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工時(shí)可以取消管網(wǎng)中的絕大部分補(bǔ)償器和固定墩等附件，降低管網(wǎng)的工程投資，提高管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的安全性、穩(wěn)定性和長(zhǎng)期的使用壽命[2]。

（3）相對(duì)于無(wú)補(bǔ)償冷安裝來(lái)說(shuō)，可以減少管道壁厚，可節(jié)約初期投資。

（4）具有預(yù)熱時(shí)間短、預(yù)熱均勻、操作簡(jiǎn)單、精確度高及容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

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

（6）低電壓可以保證施工安全。

4 施工電預(yù)熱段劃分

（1）第一段：DN1400 為預(yù)熱管道，圖中樁號(hào)為1-2，單線合計(jì)521.1m。

（2）第二段：DN1400 為預(yù)熱管道，圖中樁號(hào)為2-3，單線合計(jì)760.6m。

（3）第三段：DN1400 為預(yù)熱管道，圖中樁號(hào)為16-17 單線合計(jì)680m。

（4）第四段：DN1400 為預(yù)熱管道，圖中樁號(hào)為25-4860 單線合計(jì)1130m。

（5）第五段：DN1400 為預(yù)熱管道，圖中樁號(hào)為4860-27 單線合計(jì)1186.9m。

5 電預(yù)熱施工工藝

5.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1 所示。

5.2 管道電預(yù)熱前的準(zhǔn)備工作

（1）電預(yù)熱前應(yīng)檢查管道內(nèi)是否有積水，如果有積水必須清除干凈。

（2）電預(yù)熱時(shí)為了防止管道橫向位移，應(yīng)按照要求回填砂子至管道外徑的75%處。

（3）管溝內(nèi)不能有阻礙管道自由伸長(zhǎng)的石塊、木方等雜物。

（4）管道上如有三通應(yīng)在預(yù)熱前安裝好，但是不得與三通支管連接，以免影響管道伸縮。

（5）管溝上方在預(yù)熱前必須準(zhǔn)備好所需的砂子及回填土，待預(yù)熱完成后立即回填。

（6）電預(yù)熱前必須檢查好與電預(yù)熱有關(guān)的設(shè)備是否完好無(wú)損，是否可以正常運(yùn)行。

（7）預(yù)熱前電預(yù)熱設(shè)備必須與管道連接好，管道上標(biāo)尺設(shè)置好。

（8）預(yù)熱前管道兩端的螺栓必須焊接牢固可靠。

（9）預(yù)熱前管道兩端必須封堵。

（10）電預(yù)熱前記錄管道伸長(zhǎng)量的標(biāo)尺已設(shè)置好，一般在供、回水管道預(yù)熱段兩端分別設(shè)置。完成中間一次性補(bǔ)償器的焊接，電預(yù)熱工作完成。

（11）電預(yù)熱前3h，根據(jù)電預(yù)熱設(shè)備的規(guī)格型號(hào)，在供回水管道兩端面的1/2 處分別滿焊9～15 個(gè)鍍鋅螺栓（M12 或 M16，長(zhǎng)度小于 50mm，圖 2），且螺栓間間距均勻，間距不小于100mm 以便安裝電纜，其螺栓安裝位置距管端不小于30mm。

（12）電預(yù)熱前，應(yīng)將供回水管道兩端面全部封堵嚴(yán)密，并將供回水管道始端與電預(yù)熱設(shè)備連接好[3]。

（13）待供回水管道始端與電預(yù)熱設(shè)備連接好后，再將其末端用電纜短接頭連接，形成回路。

（14）管道預(yù)熱前，應(yīng)先將需要預(yù)熱的預(yù)熱段管道回填至管道外徑的3/4 處（圖3），防止電預(yù)熱過(guò)程中管道產(chǎn)生位移現(xiàn)象，并且將預(yù)熱段管道上方備好砂土。

5.3 預(yù)熱溫度、伸長(zhǎng)量、回縮量等參數(shù)的計(jì)算

5.3.1 電預(yù)熱溫度計(jì)算

電預(yù)熱溫度的計(jì)算公式如式（1）所示。

其中：t1——管道工作循環(huán)最高溫度，通常指管道最高設(shè)計(jì)溫度，℃，本項(xiàng)目中管網(wǎng)設(shè)計(jì)最高運(yùn)行溫度為130℃；t2——管道工作循環(huán)最低溫度，對(duì)于供暖期運(yùn)行的管道通常取10℃，對(duì)于全年運(yùn)行的管網(wǎng)取30℃；tm——中間溫度，即管段內(nèi)平均應(yīng)力為零的溫度，也是電預(yù)熱設(shè)備設(shè)置的目標(biāo)預(yù)熱溫度，這里是65℃，本次按65℃計(jì)算。

5.3.2 預(yù)熱管段伸長(zhǎng)量的計(jì)算

預(yù)熱管段伸長(zhǎng)量的計(jì)算公式如式（2）所示。

其中：ΔL——預(yù)熱管段伸長(zhǎng)量，m；α——鋼材的平均線膨脹系數(shù)，對(duì)于L290 材質(zhì)取11.53×10-6m/m·℃，參照標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范（2008 年版）》（GB 50316—2000）；ti——預(yù)熱管段初始應(yīng)力為零時(shí)管道溫度，即電預(yù)熱設(shè)備開機(jī)時(shí)鋼管的起始溫度，℃，本次按當(dāng)天實(shí)測(cè)鋼管溫度計(jì)算；Lpr——預(yù)熱管段長(zhǎng)度（管溝長(zhǎng)度），m。

5.4 電預(yù)熱施工

電預(yù)熱施工見圖4。

（1）先啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，然后再打開電預(yù)熱設(shè)備的主電源開關(guān)，按要求設(shè)定好預(yù)熱溫度和加熱電流。開始預(yù)熱前，先記錄一次初始鋼管溫度。

（2）先將設(shè)備放置在預(yù)熱管道的一端，在使用電纜將設(shè)備的正負(fù)極分別與事先焊接在管道一端上的螺栓連接，管道另一端也使用短接電纜連接，然后再安裝溫度傳感器（圖 5、圖 6）。

（3） 在預(yù)熱管道最兩邊管端頭的管溝槽壁上用300mm 長(zhǎng)的鋼筋棍插入土壤中，再使用白色線繩及線墜綁扎在鋼筋上面設(shè)置標(biāo)志基準(zhǔn)線，然后在預(yù)熱段管道上面，兩側(cè)伸長(zhǎng)方向使用鋼尺設(shè)置臨時(shí)標(biāo)尺，零刻度與白線垂直，以便記錄測(cè)量管道的伸縮量（圖7）。

以上準(zhǔn)備工作完成后，啟動(dòng)電預(yù)熱設(shè)備，調(diào)節(jié)設(shè)備上的螺旋微調(diào)器，使電預(yù)熱設(shè)備的電壓、電流匹配，保證電預(yù)熱時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠滿足要求，每間隔一小時(shí)記錄一次電預(yù)熱段鋼管溫度和全線鋼管伸長(zhǎng)量，以及環(huán)境溫度和相應(yīng)的電壓、電流數(shù)值，直到電預(yù)熱段管道達(dá)到預(yù)熱溫度或預(yù)計(jì)伸長(zhǎng)量。

（4）如果在電預(yù)熱施工過(guò)程中，預(yù)熱段兩端端頭出現(xiàn)積水時(shí)必須立即將水抽干。

（5）電預(yù)熱完成之后，及時(shí)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回填土（圖8）和分層夯實(shí)并鋪設(shè)標(biāo)識(shí)帶（圖9），并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成回填?；靥詈秃粚?shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，關(guān)閉機(jī)器，拆除附件。

6 注意事項(xiàng)

（1）電預(yù)熱施工前檢查管道內(nèi)無(wú)垃圾雜物，要保證管道內(nèi)干燥、無(wú)積水；電預(yù)熱段管道的接口保溫必須全部施工完成，并且驗(yàn)收合格；管腔的回填砂，均勻密實(shí)，滿足管道敞槽預(yù)熱的回填高度。

（2）如果施工時(shí)有臨時(shí)約束裝置需要進(jìn)行檢查，并全部拆除，拆除完成后，用磨光機(jī)打磨干凈，并進(jìn)行防腐處理[4]。

（3）電預(yù)熱段管道預(yù)熱完成后，回填土施工時(shí)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求分層回填，要求用機(jī)械進(jìn)行夯實(shí)，保證足夠大的牽引力和壓力，保證預(yù)熱的效果，回縮量控制在允許范圍內(nèi)（圖10）。

（4）所有閥門、三通的位置在預(yù)熱時(shí)要預(yù)留伸縮的空間，防止因伸縮量過(guò)大，開口支線產(chǎn)生應(yīng)力變形，增大運(yùn)行時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)熱達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，三通位置與管線同時(shí)回填[5]。

7 結(jié)語(yǔ)

本供熱工程利用無(wú)補(bǔ)償電預(yù)熱施工，采用合理的設(shè)備及預(yù)熱工序，操作簡(jiǎn)單，安全快速；預(yù)熱專用設(shè)備小、移動(dòng)方便、預(yù)熱效果較好，克服了傳統(tǒng)的有補(bǔ)償管道焊接量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、施工周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，有效的解決了供熱管道運(yùn)行中受熱膨脹問(wèn)題，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工及運(yùn)行需求。該項(xiàng)施工技術(shù)工藝操作簡(jiǎn)便，工作效率高，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

實(shí)踐證明，在本工程大直徑供熱管道電預(yù)熱施工過(guò)程中，由于采用了電預(yù)熱施工技術(shù)，在管線敷設(shè)、焊接、回填等工序配合良好的情況下，縮短了施工進(jìn)度、節(jié)約成本、提高了施工質(zhì)量，確保按期優(yōu)質(zhì)完成了施工任務(wù)。