直埋供熱管道施工技術(shù)分析

呂東東

(長治市城鎮(zhèn)熱力有限公司，山西 長治 046000)

1 供熱管道直埋敷設(shè)設(shè)計方法

1.1 總體要求

直埋供熱管道敷設(shè)設(shè)計期間，可采用微機遠(yuǎn)程控制、自動控制相結(jié)合方法，結(jié)構(gòu)選擇先進分層技術(shù)。在選擇系統(tǒng)配置時，應(yīng)注意適當(dāng)擴展系統(tǒng)硬件功能，滿足當(dāng)前社會發(fā)展需求。與此同時，靈活應(yīng)用信息技術(shù)，保障系統(tǒng)軟硬件能夠長時間穩(wěn)定且安全的運行，實時監(jiān)控管道運行情況。通過核心內(nèi)容，XD加熱器將ARMLinux系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)進行有效結(jié)合，并利用FPGA技術(shù)，開發(fā)XD專用加熱器。該控制器具有多種先進功能，如：遠(yuǎn)程通信、智能控制、有效參數(shù)檢測等，問題顯示可用中文表達，擁有多種界面，可遠(yuǎn)程更新程序，進一步提高工作效率與質(zhì)量[1]。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

1)現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)(控制箱)。對管道閥門啟閉速度、循環(huán)泵運行頻率進行調(diào)節(jié)，可有效執(zhí)行控制器命令，以此實現(xiàn)調(diào)節(jié)管道熱量目標(biāo)；2)監(jiān)控中心。建立監(jiān)控中心能夠?qū)υO(shè)備運行數(shù)據(jù)進行遠(yuǎn)程記錄，如：熱電廠換熱值、運行值等，對監(jiān)控中心所獲取的數(shù)據(jù)信息，需對其進行對比分析，便于能夠更好平衡供熱網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的各個節(jié)點。通常，供熱管網(wǎng)的運行相對平衡，系統(tǒng)供熱條件也相對良好。通過分析觀測站采集的數(shù)據(jù)信息，可對不同歷史時期曲線組成進行總結(jié)并設(shè)計，為后續(xù)管理者更好監(jiān)控管理供熱管網(wǎng)提供有利數(shù)據(jù)支持[2]；3)供熱控制器。此設(shè)備主要用于捕獲數(shù)據(jù)及存儲數(shù)據(jù)，能夠?qū)χ骺刂崎y的開度進行自動調(diào)節(jié)，并能夠自主控制循環(huán)泵、補充泵工作狀態(tài)以及頻率。二次供水溫度，會跟隨外界溫度的變化而發(fā)生變化。

1.3 設(shè)計要求

1)管線鋪設(shè)方法。從當(dāng)前城市建設(shè)情況來看，地下存在多類型管道等其他障礙物。所以，在選擇管道鋪設(shè)位置時，可將大角分為多個小角進行砌筑。由大彎曲半徑彎頭替代大彎頭分散應(yīng)力，并在彎頭處位置，將預(yù)緊力進行集中，從而達到防止局部出現(xiàn)失穩(wěn)情況。

2)彎頭壁厚與彎曲半徑。在直埋供熱管道當(dāng)中，彎管屬于重要構(gòu)成之一，不僅起到保護管道的作用，還是過渡區(qū)熱膨脹自然補償器。若彎頭側(cè)壁長度不符合標(biāo)準(zhǔn)，且循環(huán)溫差過大，曲率半徑過小，都會影響電壓峰值。故此，如若想要提高彎頭強度，可采用大彎曲半徑彎頭。實際施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，注意直埋大口徑管道彎曲半徑需超過公稱直徑2.5倍，即管道管徑、壁厚2mm，可能會增加，但是會分散張力，從而減少彎頭摩擦阻力，降低壓降，以此提高補償能力[3]。

1.4 管材要求

1)整體式預(yù)制保溫結(jié)構(gòu)。加熱管可選擇預(yù)制保溫管(材料為聚乙烯和高溫聚氨酯)，確保聚氨酯發(fā)泡保溫層、高密度聚乙烯外保護管、工作鋼管三者之間能夠緊密相連。當(dāng)管道溫度發(fā)生變化之后，鋼管會發(fā)生熱脹冷縮，通過保溫層傳遞到外保護管，使其能夠滑動于外保護管與周圍變形之間。與此同時，外保護管所產(chǎn)生的摩擦阻力，也會對鋼管通過保溫層的熱脹冷縮起到一定限制作用。

2)管線三通加固。據(jù)研究測試，若內(nèi)壓為1.4 MPa，那么則只能夠承受40kN的軸向推力，但直埋管道軸向載荷約為2500kN。故此，無補償冷安裝直埋工藝的使用，就需要注意加固不同管徑的牽引線，以此促使整體沖擊強度得到有效提高。若直埋管道直徑相對較大，那么為有效減少負(fù)荷，可在排氣管和z形彎頭增加加強鏈[4]。

1.5 焊接與檢驗

因直埋供熱管道施工要求相對較高，所以對于施工現(xiàn)場的焊接、檢驗等都具有較高要求?，F(xiàn)場焊接設(shè)計確?？茖W(xué)合理，鋼管、管徑若超過dn400管接頭，那么為保障焊接質(zhì)量，則可選擇氬弧焊和雙面焊相支撐。

2 直埋供熱管道施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 直埋敷設(shè)供熱管道技術(shù)

2.1.1 無補償直埋敷設(shè)技術(shù)

供熱管道施工期間，無補償直埋敷設(shè)技術(shù)的應(yīng)用，主要指采用高溫水并沒有補償?shù)闹甭穹椒āＴ诔跗陔A段，設(shè)計供熱水溫為115℃，水壓為1.4MPa，選用最大管徑為600mm，供熱管道供熱半徑為8km，供熱管材需為Q235鋼，管道埋設(shè)深度要求范圍為1.1m～2.0m。在實際作業(yè)期間，注意應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的不同情況，對各個參數(shù)進行有效調(diào)整，如若需在河道當(dāng)中設(shè)置管網(wǎng)，為有效避免出現(xiàn)敷設(shè)補償器、固定墩事故，應(yīng)嚴(yán)格計算河道區(qū)域內(nèi)需敷設(shè)的管道壓力與應(yīng)力，并詳細(xì)分析得出的計算數(shù)據(jù)。當(dāng)前，有補償直埋敷設(shè)方式逐漸被無補償直埋敷設(shè)技術(shù)所代替，而無補償直埋敷設(shè)技術(shù)又可分為三種，分別為：無補償冷埋設(shè)、預(yù)熱埋設(shè)、一次性補償埋設(shè)三種方式，具體特點見表1。

表1 四種不同埋設(shè)方式及各自特點

2.1.2 有補償直埋敷設(shè)技術(shù)

有補償直埋敷設(shè)技術(shù)，供熱水溫設(shè)計為120℃，水壓為1.6MPa，最大管道直徑為900mm，管材要求Q235鋼，管頂埋設(shè)深度要求1.3～2.5m范圍內(nèi)。在實際供熱過程中，水溫會相對較高，且不同區(qū)域之間存在較大高度差，為有效保障管道的正常運行，就可以采取有補償直埋敷設(shè)技術(shù)。通常，在設(shè)計過程中，需將固定墩設(shè)置在管徑大頭一端，在管徑較小一側(cè)設(shè)置補償器。因管材直徑較大，鋼管殼體較薄，為有效保障管道運行穩(wěn)定性，就需嚴(yán)格核算管道局部穩(wěn)定性。同時，因固定墩位置是整體管道最大扭向位置，會存在較大應(yīng)力作用，所以也需對其進行嚴(yán)格技術(shù)核算，以此保障管道運行穩(wěn)定性[1]。

2.2 測量放線

施工人員需具備專業(yè)測量放線技能，且具備豐富的工作經(jīng)驗，能夠有效避免測量防線位置不符合圖紙標(biāo)注位置。在實際施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，值得注意的是需合理設(shè)置閥門和支撐所在位置。在明確管道位置時，應(yīng)當(dāng)將中心線作為基準(zhǔn)。與此同時，施工人員還需重點分析測量中的數(shù)據(jù)，并復(fù)查測量完成后的數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與可靠性，使得放線位置更具精準(zhǔn)度。

2.3 溝槽開挖

首先，勘測管道埋設(shè)位置的土質(zhì)情況，根據(jù)土壤條件，計算具體放坡系數(shù)，制定恰當(dāng)開挖方案，合理選擇支護方式。若為減小溝槽兩側(cè)坡度采用了加強支撐的方法，那么在實際開挖環(huán)節(jié)當(dāng)中，則不應(yīng)存在倒坡、根部超挖問題。若開挖深度較深，那么則可以選擇分層開挖的方法。其次，明確挖掘深度。若溝槽深度超過5m、地質(zhì)條件差、地下水水位過高，均需重新制定施工方案。再次，開挖期間注意設(shè)置圍擋進行防護，防止基坑出現(xiàn)變形情況。最后，根據(jù)當(dāng)?shù)亟涤昵闆r，設(shè)置排水溝，防止雨水對溝槽產(chǎn)生破壞。

2.4 墊層施工

測量墊層面標(biāo)高，確定墊層尺寸、大小等內(nèi)容，設(shè)置對應(yīng)高程控制樁，間隔4～5m。根據(jù)墊層高確定標(biāo)高，由人工輔助完成墊層材料的攤鋪，并對平墊層進行檢查，當(dāng)其符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)之后，進行夯實作業(yè)，根據(jù)施工進度決定是否采用人工夯實作業(yè)。與此同時，槽底需與墊層寬度保持統(tǒng)一，之后需檢查砂墊層厚度，符合標(biāo)準(zhǔn)后才可繼續(xù)作業(yè)[6]。

2.5 套管安裝

此工序需注意做好準(zhǔn)備工作，如：施工檢驗，在確保檢驗結(jié)果符合規(guī)定之后才可繼續(xù)后續(xù)作業(yè)；在放樣環(huán)節(jié)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)提前測量放樣位置，檢測尋找井管道中線以及對應(yīng)中心點。根據(jù)中心點和管道中線位置明確掛線具體位置，在明確掛線位置之后，控制管道鋪設(shè)走向與高程。根據(jù)設(shè)計圖紙當(dāng)中的內(nèi)容，選擇恰當(dāng)制管構(gòu)件，并根據(jù)圖紙要求驗收管道質(zhì)量[7]。管道運輸環(huán)節(jié)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)注意選擇適當(dāng)交通工具，根據(jù)設(shè)備性質(zhì)將其放置于合適位置，之后在由施工人員將其移動至對應(yīng)位置開展后續(xù)操作。

2.6 直埋供熱管安裝

前期設(shè)計階段會明確要求直埋管道坡度，需保障在2‰以上。與此同時，還應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)位置設(shè)置放氣閥與放水閥，通常放氣閥位于高處，放水閥位于低處。根據(jù)實際施工情況，部分主干管道還應(yīng)當(dāng)設(shè)置分支管道，并設(shè)置相應(yīng)固定墩、軸向補償器等，以充分保障管道的安裝質(zhì)量。通常，直埋管道安裝閥門所承受的負(fù)載壓力應(yīng)當(dāng)小于管道軸向負(fù)載承受力，國內(nèi)大部分工程也都采取鋼制閥門，并選擇焊接方法進行連接。在設(shè)置固定墩與補償器位置時，注意可將其放置于變化較大管道壁位置，而固定墩則可設(shè)置管壁較厚、管道直徑較大的管道位置[8]。管道焊接過程中，通常采用的為手工焊接方法，如：電弧焊方法，此種方法的應(yīng)用需技術(shù)人員具備豐富焊接經(jīng)驗，且嚴(yán)格按照高質(zhì)量工藝要求展開焊接，在完成焊接工作后，應(yīng)當(dāng)重點評定焊接部位質(zhì)量，在檢查合格之后，才可繼續(xù)其它接口焊接工作。在焊接環(huán)節(jié)當(dāng)中，施工人員應(yīng)當(dāng)具備高超焊接技術(shù)，且焊接方法為雙面焊接法，且焊接形狀為X形，因焊接面較為復(fù)雜，所以可進行四層焊接，包含外部三層焊接、內(nèi)部一層焊接。值得注意的是，焊接整體過程需進行詳細(xì)記錄，若發(fā)現(xiàn)其中存在問題，應(yīng)當(dāng)及時采取解決措施。

3 直埋供熱管道施工控制措施

3.1 應(yīng)用合理直埋敷設(shè)方法

現(xiàn)如今，無補償直埋管道敷設(shè)技術(shù)應(yīng)用相對較為廣泛，逐漸替代有補償直埋管道敷設(shè)，但部分管道條件卻并不適合無補償直埋管道敷設(shè)技術(shù)，如：舊城區(qū)供熱管道改造項目，受環(huán)境等眾多因素的影響，管網(wǎng)運行具有多方面限制，故此，管網(wǎng)初期設(shè)計階段，應(yīng)注意結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦翁攸c，合理選擇管網(wǎng)部署方法。并且，注意從多角度出發(fā)，對直埋管道敷設(shè)技術(shù)進行合理選擇，如若選擇無補償直埋敷設(shè)技術(shù)，注意盡量減少補償器、護圈等設(shè)備的設(shè)置，有效減少事故發(fā)生概率[9]。

3.2 縝密選擇施工材料

直埋管保溫層能夠有效保障管道運行優(yōu)異性能，其技術(shù)材料，需施工單位與檢測單位嚴(yán)格進行控制。同時，嚴(yán)查管材廠家資質(zhì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，重點檢查直埋管保溫參數(shù)。在直埋管道敷設(shè)期間，應(yīng)注意對關(guān)鍵部位進行嚴(yán)格檢查，并對常規(guī)部位進行取樣抽檢。以充分保障供熱管網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

3.3 嚴(yán)格控制敷設(shè)深度

為保障管網(wǎng)運行穩(wěn)定性與安全性，無補償敷設(shè)深度需低于有補償敷設(shè)深度，不直接埋地管道預(yù)熱期間，應(yīng)注意樓板厚度與管徑成正比關(guān)系。

3.4 充分保障焊接施工安全

焊接施工人員需具有相應(yīng)資質(zhì)；在實際管道接頭焊接階段，為保障接頭焊接質(zhì)量，需采取工作坑等相應(yīng)保護措施，以避免接頭膨脹；焊接過后，還需對焊接質(zhì)量進行嚴(yán)格檢查，值得注意的是，管道覆蓋泥土之后，那么焊點就無法得到有效控制。若焊錫站出現(xiàn)問題而引發(fā)事故，那么爆炸的原則則很可能與水管泄漏、壓力不平衡等因素具有密切關(guān)聯(lián)[10]。

3.5 明確回填土標(biāo)工序

雖然回填土標(biāo)工序看似簡單，但實際環(huán)節(jié)中，應(yīng)注意嚴(yán)格按照規(guī)定進行填砂，并在試驗環(huán)節(jié)中重點考慮此問題，以充分保障供熱管網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

現(xiàn)如今，直埋管道技術(shù)的發(fā)展已相對成熟，施工工藝與材料不斷更新優(yōu)化，所以，該技術(shù)適用于城市供熱管網(wǎng)的敷設(shè)施工?？陀^而言，供熱管網(wǎng)是否能夠穩(wěn)定運行，與居民的日常生活具有密切關(guān)聯(lián)，所以，在實際供熱管網(wǎng)設(shè)計環(huán)節(jié)，就需合理選擇敷設(shè)方法。直埋敷設(shè)技術(shù)不僅穩(wěn)定性高，且施工成本低，且無補償直埋敷設(shè)技術(shù)所采用的鋼材料更具可塑性，能夠有效減少熱應(yīng)力。與此同時，國內(nèi)外已擁有大量直埋敷設(shè)供熱管網(wǎng)運行實例，經(jīng)研究計算此敷設(shè)方法更具安全性與可靠性，故此，直埋供熱管道敷設(shè)技術(shù)值得大力推廣應(yīng)用，便于為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供更加恰當(dāng)建設(shè)工藝。