长输供热管道施工电预热的应用

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摘要:从管道预热类型、电预热适用范围、电预热技术原理、电预热方式、预热方案设计及施工注意事项几方面进行了论述，阐述了电预热的安全性、经济性和实用性，电预热技术不仅能有效降低工程投资额，同时解决了施工效率低、施工周期长的问题。

关键词:电预热；伸长量；长输供热管道；补偿器

集中供热是我国城镇推广的供热采暖方式，它具有更加安全可靠的供热模式(电厂热电联产或大型锅炉房→换热站→热用户)。传统的直埋有补偿管道安装方式是通过设置大量补偿器吸收管道运行中的膨胀变形，而直埋无补偿管道电预热安装方式优势是设计、施工时管道沿线补偿器及固定墙等绝大部分附件可取消设置，建筑安装工程费用明显降低，供热系统冬季运行安全稳定性明显提升，供热运行消耗成本(人力、物力投入)大幅降低。管道电预热分为敞槽预热和覆土预热，与其他预热方式相比较，无补偿电预热工艺特点是施工工艺简单、节能效果显著、施工周期短、工程费用较低。电预热是我国城市供热工程领域大力推广的保温管无补偿安装方式。

1管道预热类型

热水预热是将大型锅炉或施工附近电厂回收余热的加热器作为热源，通过管道连接锅炉或加热器，利用锅炉或电厂加热器将管道中冷水逐步加热到一定温度，热水在管道中持续循环，预热前管道必须形成全封闭系统。暖风预热是设置大型燃油热风机，将大自然空气逐步加热到一定温度，通过管道连接暖风机，经过热风机动力设备将热空气从管道进风口流向出风口，再进入恒温热风箱，实现循环加热。电预热是管道管沟回填至设计高程以前，把管道产生的部分热应力提早释放，管道轴向应力会变小。运行期降低滑动侧管道的热伸缩量，延长管道的使用寿命，更好地实现安全经济运行。管道电预热投入施工人员较少，加热速度比较稳定，不需消耗热水资源，只需配备稳定电源，通常选择大功率柴油发电机组。

2电预热适用范围

近几年，电预热技术在我国城市长输供热管道新建工程应用越来越普遍，除此之外，还可用于供热区域内既有老旧管网补偿器改造工程，将原来设置有补偿的补偿器进行拆除，通过电预热，替换为一次性直埋补偿器，无须更换主管道，预热后变成无补偿直埋补偿器，有效解决了补偿器潜在隐患问题。电预热管道必须为钢制管材，直径范围为DN250～DN1400，可以同时预热多个预热段，可有效控制总体工期，预热前不用进行管网系统水压试验，对于长输供热管道电预热技术优势更为突出。

3电预热技术原理

电预热的原理是使用多条专用电缆将电加热设备与钢制管道连接，构成一个完整闭合电路，输出一种低电压、高电流的电能，将供水管道和回水管道当作电阻用电缆连接起来，把管道温度缓慢加热至设计预热温度值。依据工程项目特点及地域气候特点，选择环保、经济、安全的电加热设备(见图1)。

4工程概况

本工程由山西交城国锦热电厂和规划太原一电厂向太原市供热，长输供热管道共45km，分为四段，山西国锦热电厂至规划太一热电厂为交城段，敷设DN1200的供热管道一供一回共5km;规划太一热电厂至太原与清徐交界线处为清徐段，敷设DN1400的供热管道一供一回共15km;太原与清徐交界线处至迎宾桥西为太原段，敷设DN1400的供热管道一供一回共15km;迎宾桥西穿越汾河至太茅路小店高速口为太茅路段，敷设DN1400，DN1200，DN1000的供热管道一供一回共10km。热水管网设计供回水温度为125℃/31．4℃，设计压力为1．6MPa。本工程主要采用敞槽电预热安装方式，部分供热管道采用覆土电预热安装方式。交城段、清徐段及太原段全线用一次性补偿器代替了常规的套筒补偿器，根据补偿器设计位置和管网布局科学划分敞槽(覆土)预热段起止桩号。

5电预热方式

5．1敞槽电预热

两个一次性直埋套筒补偿器之间为一个预热段，每个预热段约1km，长输供热管线沿线井点降水，降水后开槽，槽深满足设计要求保持槽底平整，槽底铺设350mm中砂后安装供回水管道，形成一段直管道后先回填一小部分中砂，回填高度为供热管道外径的1/3左右，在预热分段补偿器两侧各24m暂时不要安装供热管道(见图2)，预留好工作坑。预热工序:预热段管道焊接、探伤及保温完毕→先回填中砂至沟槽1/3→供回水两端钢管上半圈分别均匀倒立焊接10个M16×50mm螺纹螺栓→管线两端及折角处分别设观测标尺(如图3所示)→连接首端预热设备与管道的电源电缆和末端短接电缆(如图4所示)→距离首端12m处管壁上方安装温度传感器→预热段两端用端帽密封，防止气体流通→检查电加热设备接地保护及电缆是否连接牢固→开启发电机组，开启电加热设备电源，设定预热温度及加热电流→管线定时巡检→达到目标温度时，测量管线标尺伸长量，计算伸长总量→当伸长总量达到计算值，设备进入保温状态→管沟分层回填夯实，回填顺序由两端向中间。一个预热段供回水管道同时预热，预热温度达到目标温度，测量管道热伸长量达到计算值，保持预热温度，快速回填管道1/3以上部分中砂及回填土。先回填中砂到管顶150mm，为了控制管道的回缩量，回填土应每300mm夯实一次，初期回填砂土采用机械方式，人工打夯，当管道上方回填土到800mm后采用机械方法分层夯实，按设计要求务必保证土壤夯实密度［2］。回填时在分段补偿器两侧各150m处预留工作坑，以便补偿器两侧二次覆土预热。

5．2覆土电预热

根据以上步骤预热回填后进行补偿器两侧二次覆土预热，覆土预热段一般均不形成长距离直管道，多个补偿器之间为一个预热段，供水管道补偿器两端分别与两侧24m直管段焊接，与预热后管道相连接，补偿器中缝暂时不焊接。回水管道采用预制直埋保温管直接连接，在一次性补偿器位置预留工作坑，其他位置均回填。供回水连接完毕，探伤合格后进行二次覆土预热，从一次性补偿器两侧各150m预留工作坑处开始预热，一个预热段供回水管道同时预热，预热温度达到目标值。测量管道热伸长量达到计算值，保持预热温度，焊接一次性补偿器中缝及加强环，对补偿器焊缝探伤合格并保温补口后方可回填工作坑(见图5)。

6预热方案设计

预热施工方案应结合实际地形情况和管网分布情况，应由相应资质的设计公司和专业预热公司负责编制，需经监理单位和建设单位审批后实施。根据钢管长度、管径及壁厚，选择相配套的电加热设备，预热段单管长度不小于150m，不超过1100m。科学合理安排工期，最大限度利用晚上时间预热，以便次日上午达到设计预热温度，开始管沟回填，预热工程验收应由建设单位、监理单位、总包单位及专业预热公司现场代表共同确认，验收内容包括供回管长度、管道规格、设计预热温度、设计伸长量、加热伸长量、加热起始温度、加热最高温度以及加热回填保温时间，如实填写《管道电加热工程施工验收报告》，并由参加验收各方代表签字确认。回填时应从预热管端的两边开始回填，并按照设计要求分层夯实。所有预热顺序为先敞槽预热，后覆土预热，施工单位需严格执行预热程序，严禁为了达到理论计算伸长量超温预热，预热时，预热段内的阀门、三通均参与预热，预热段内的排气、泄水及预留分支管道两侧需清空，以保证预热伸长时分支不受阻碍。

7施工注意事项

预热开始前，应在现场准备好足够的机械、人员、沙土，确保管沟回填质量，减少预热保温时间，节约成本，回填材料中不得含有容易划伤保温管外皮的东西。管线中出现焊接折角，DN1400管折点角度应不大于1°。预热段内不能存在不同材质的管材。除了预热段末端为形成回路进行的连接，两根钢管间不允许在其他位置形成短路。管道内积水必须排放干净，所有阀门、三通等都应预先安装到位，检查井室需在预热后再砌筑，以便于管线伸长。电预热施工中，因预热管道存在较大应力，严禁将管道切断或开孔。三通分支管道两侧应保证一定宽度，便于管道伸缩位移。管道周围禁止有砖石块和连接管道的固定墙体，影响预热管道伸长。弯头或弯管周围不进行填土，方便预热过程中自由伸缩。预热段起点和终点位置管道下方不能有积水。管线上的一次性直埋补偿器必须在两端管道温度达到常温后，才能与预热完成的管道焊接。电预热是可以带阀门一起预热，如果有阀门井，需要在电预热完成后方可浇筑施工。若要在已完成预热的管道上开口，需重新编制方案，预热相关管道，新开口位置需用相同材质的钢板瓦片加强处理。

参考文献:

［1］CJJ/T81—98，城镇直埋供热管道工程技术规程［S］．

［2］张连军．有关采暖管道外网直埋敷设问题的思考［J］．科技致富向导，2012(5):56．

作者：冯伟伟 单位：太原市热力集团有限责任公司