電預熱技術(shù)在城鎮供熱直埋保溫管道安裝中的應用

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

　　1、前言目前，城鎮直埋管道的應用和發(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直埋管道發(fā)展的瓶頸，由于受?chē)鴥认嚓P(guān)設備和技術(shù)水平的影響，國內的管道安裝主要采用冷安裝無(wú)補償以及有補償安裝兩種方式，而更加安全可靠的管道預熱安裝卻很少在工程中應用。北京豪特耐公司根據國內管道安裝技術(shù)的發(fā)展現狀，為了滿(mǎn)足工程中對安全可靠，切實(shí)可行的管道預熱技術(shù)及設備的迫切需求，與歐洲技術(shù)領(lǐng)先的電預熱設備制造商合作，共同開(kāi)發(fā)了適合中國直埋管道產(chǎn)品和施工要求的電預熱設備，并將這一技術(shù)和設備成功應用于國內多個(gè)大口徑直埋供熱管網(wǎng)工程中，為國內直埋管道安裝技術(shù)的發(fā)展翻開(kāi)了嶄新的一頁(yè)。

　　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(wú)補償安裝、有補償安裝和預熱安裝。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、敷設深度都將影響管道安裝方式的選擇，在管網(wǎng)設計中應針對具體的工程實(shí)際情況分析計算以后確定適當的管道安裝方式。

　　2.1 無(wú)補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償器和固定支架，但是，由于管網(wǎng)運行時(shí)的溫差較大，管道中錨固段的軸向應力較大，必要時(shí)需要對管道進(jìn)行加強處理。

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

　　2.3 預熱安裝預熱安裝是界與無(wú)補償安裝和有補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，管道軸向應力降低到無(wú)補償安裝的一半，而且基本取消了管網(wǎng)中的補償器和固定支架，大大提高了管網(wǎng)的安全性。

　　由以上分析可見(jiàn)，如果考慮管網(wǎng)的長(cháng)期運行的安全性和穩定性，預熱安裝是管道直埋敷設的最佳安裝方式。尤其對管網(wǎng)設計溫度高于140℃大管徑直埋管道采用預熱安裝方式具有明顯的優(yōu)勢。

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

　　3.1 施工條件要求水預熱當沒(méi)有方便并且可以利用的熱水為預熱管道提供熱源時(shí)，必須具備加熱鍋爐等加熱設備對預熱管道提供熱水熱源，管道中必須為預熱準備閥門(mén)和一次性補償器，而且在管道預熱之前，預熱管道必須焊接完畢形成連續的回路。

　　風(fēng)預熱風(fēng)預熱須具備大功率風(fēng)機對管道提供持續風(fēng)源，預熱管段必須焊接完畢，形成完整回路，以便氣流順利通過(guò)。

　　電預熱除須專(zhuān)用的預熱設備以外，對預熱管道要求相對較低，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置一次性補償器和閥門(mén)。

　　3.2 預熱效果水預熱預熱溫度比較均勻，但由于管道在預熱過(guò)程中必須注滿(mǎn)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，設計伸長(cháng)量不容易達到，大管徑管道水預熱時(shí)，管道中容易出現錨固段，影響預熱的效果。

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

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

　　3.3 熱消耗量針對各種預熱方式，按照相同的計算條件下，對各種預熱方式所消耗的熱量進(jìn)行了計算。

　　計算條件：鋼管直徑：DN700mm，鋼級：ST52鋼管壁厚：8mm預熱溫差：60K管溝長(cháng)度：500m計算結果：

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

　　電預熱：熱水預熱：熱風(fēng)預熱/1：25.8：60 3.4 預熱時(shí)間管道預熱時(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，由于電預熱的熱消耗量最小，因此，將管道加熱到預熱溫度所需要的時(shí)間最短；風(fēng)預熱的熱消耗量最大，而水預熱的熱消耗量雖然相對較小，但水預熱由于管道的摩擦力較大，因此，達到設計伸長(cháng)量所需要的時(shí)間很長(cháng)，因此，風(fēng)預熱和水預熱的預熱時(shí)間大約為電預熱的3~5倍。

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

　　預熱設備輸出的電壓不高于60V，輸出電流根據管道的具體情況在3000~5000A.

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

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

　　熱消耗量小，預熱均勻，預熱時(shí)間短；

　　電預熱設備體積小、重量輕、易操作、無(wú)震動(dòng)、無(wú)噪音，自動(dòng)監控；

　　適用范圍廣，只要鋼管為介質(zhì)輸送管，都可以實(shí)現；

　　低電壓可以保證施工安全。

　　6、電預熱設備的適用范圍電預熱的技術(shù)優(yōu)勢必須依靠先進(jìn)的電預熱設備來(lái)實(shí)現。目前，針對直埋保溫管道的現場(chǎng)安裝實(shí)際情況，還沒(méi)有完全可靠的技術(shù)設備實(shí)現鋼管的電預熱。北京豪特耐公司的電預熱設備，填補了這個(gè)空白。具體適用范圍如下：

　　直徑DN50-DN1200；

　　單管、多管系統并用；

　　供回水管不同材質(zhì)的鋼管線(xiàn)；

　　鋼套鋼形式的保溫管和聚乙烯外護殼形式的保溫管連接管線(xiàn)；

　　不同直徑的管線(xiàn)同時(shí)預熱；

　　兩個(gè)有間隔的預熱段同時(shí)預熱；

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

　　預熱管段基本參數：

　　管道規格：920×12/1055×14mm管道長(cháng)度：480m運行溫度：130℃環(huán)境溫度：15.5℃預熱溫度：68℃設計伸長(cháng)量：303mm管道預熱溫度與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)（圖3）：

　　由圖3可見(jiàn)，在預熱過(guò)程中，管道的溫度基本按照直線(xiàn)均勻上升，說(shuō)明這種預熱方式，管道的加熱速度非常均勻平穩，沒(méi)有大的起伏，這樣可以保證管道良好的預熱效果。

　　管道伸長(cháng)量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)（圖4）：

　　由圖4分析可知，在管道預熱的最初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，在預熱開(kāi)始階段，管道的熱伸長(cháng)速度很慢，當溫度繼續升高到超過(guò)土壤摩擦力以后，管道的膨脹量基本按照直線(xiàn)勻速上升。

　　管道長(cháng)度與伸長(cháng)量關(guān)系曲線(xiàn)（圖5）：

　　圖5為管道長(cháng)度與管道伸長(cháng)量關(guān)系曲線(xiàn)，在管道預熱過(guò)程中，當管道上沒(méi)有固定點(diǎn)時(shí)，管道向兩側伸長(cháng)，由圖4可見(jiàn)，在預熱管線(xiàn)上只有一個(gè)伸長(cháng)量為零的駐點(diǎn)，而且在駐點(diǎn)兩側，管道的伸長(cháng)量的增加曲線(xiàn)沿直線(xiàn)變化，斜率相同，這說(shuō)明管道的預熱均勻，不存在沒(méi)有預熱的管段。

　　8、管道電預熱應注意的問(wèn)題管道的電預熱施工是一個(gè)系統工程，施工中的各個(gè)環(huán)節必須嚴格按照施工要求執行，認真準備，密切配合，這樣才能達到預期的預熱效果。

　　8.1 預熱時(shí)間管道的預熱應避開(kāi)冬季施工，因為冬季環(huán)境溫度低，管道的伸長(cháng)量大，預熱所需要的時(shí)間長(cháng)，在條件允許時(shí)，盡量選在夏季施工。

　　8.2 施工準備在預熱施工之前，應完成預熱管段的接頭保溫；

　　管溝回填土應回填至管道高度的3/4處；

　　如果管道作水壓試驗，應確保將管道中水排放完；

　　在預熱設備的兩側分別設標尺，設計伸長(cháng)量應等于兩側伸長(cháng)量的總和；

　　將預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(wú)短路連接，如果存在短路連接點(diǎn)，應在預熱之前及時(shí)切斷或調整預熱管段，避開(kāi)短路點(diǎn)；

　　檢查預熱設備及電纜是否正確連接；

　　8.3 回填要求在管道達到設計伸長(cháng)量以后，開(kāi)始管溝回填。為了控制管道的回縮量，回填土應每200~300mm夯實(shí)一次，回填的順序為由預熱管段的兩端向中間回填。

　　9、總結直埋保溫管道的預熱安裝是一種安全可靠的管道安裝方式，而電預熱是管道預熱方式的創(chuàng )新，它具有預熱時(shí)間短、預熱均勻、操作簡(jiǎn)單、容易實(shí)現等優(yōu)點(diǎn)，使管道預熱安裝變成一種可能，提高了管道的安全性和穩定性以及長(cháng)期的使用壽命，推動(dòng)了直埋管道安裝技術(shù)的發(fā)展�！�—北京豪特耐管道設備有限公司 周抗冰 王松濤