預制直埋保溫管道無補償電預熱安裝
1無補償電預熱安裝的應用領域及原理
①應用領域
無補償預熱安裝主要應用于城市熱網中最高運行溫度不超過140℃的熱水直埋保溫管道。由于無補償預熱安裝采用了提前釋放應力的技術，從而在很大程度上減少了固定支座與補償器的數量。這一方面降低了工程造價；另一方面由于補償器使用數量的減少，提高了熱網運行的可靠性，降低了熱網的運行維護費用。與傳統的無補償預熱安裝方式相比，電預熱安裝環保節能，施工便捷，工期短，進一步降低了工程造價，是目前國際上廣泛應用的先進的熱水直埋保溫管道安裝方式。
②安裝原理
當預制直埋保溫管道安裝一定長度時(一般情況下不大于1000m)，將管道加熱到一定溫度，當管道恢復到安裝溫度時，管道預先承受了一定的拉應力。當管道投入工作時，隨著溫度的升高，管道拉應力逐漸減小，當達到預熱溫度時，整段管道在此溫度下應力為零。繼續升溫，產生壓應力，并隨著溫度的升高而逐漸增大，當溫度升至工作溫度時，管道的熱應力(壓應力)仍小于許用應力。這樣，管道便可以在不采用波紋管補償器的情況下正常工作[1～3]。
2無補償電預熱對保溫管道的要求
無補償電預熱安裝技術對保溫管及其接頭連接方式有著嚴格的要求：硬質聚氨酯泡沫與鋼管和高密度聚乙烯外套管之間應粘接牢固，保證三位一體，尤其是在運行過程中必須保持完整。因此在預制直埋保溫管道的制造過程中，對鋼管的外表面進行拋丸處理，對高密度聚乙烯外套管內壁進行高壓電暈處理，以保證三者之間有足夠的粘結性能。對接頭的連接方式，要求采用電熱熔套連接，同樣是為了保證管道的整體性。
3相關參數的計算[4]
①理論預熱溫度
理論預熱溫度的計算式為：

式中tm——理論預熱溫度，℃，即電預熱設備設置的加熱溫度

t1——管道工作循環最高溫度，℃，通常指管道最高設計溫度

t2——管道工作循環最低溫度，℃，對于供暖期運行的管道通常取10℃

②預熱段熱伸長量

預熱段熱伸長量的計算式為：

△L=αlL(tm-ti)

式中△L——預熱段熱伸長量，m

αl——鋼材的平均線膨脹系數，K-1，參照GB50316—2000《工業金屬管道設計規范》取值

L——預熱段長度(管溝長度)，m

ti——預熱段初始應力為零時的管道溫度，℃，即電預熱設備開機時鋼管的溫度

4無補償電預熱安裝工藝

每個預熱段應是獨立的，且保證工作鋼管內無積水。若預熱段中存在分支，分支管道四周應該挖空，保證預熱段在預熱過程中能自由伸縮，挖空尺寸應大于1～2倍的熱伸長量。對于某一確定的預熱段，用砂子回填管溝，高度要達到直管外徑的75%，而且夯實。在每個預熱段兩端的鋼管上焊接連接螺栓，用于連接電纜。把鋼管直接作為負載電阻進行加熱，供水管與回水管之間除了預熱段首尾由電纜連接形成回路以外，不得在其他位置有任何跨接和連接。在預熱段兩端，設定熱伸長量標線，若達到理論預熱溫度而熱伸長量未達到，以5℃為步長升高預熱溫度，最高不能超過80℃。達到熱伸長量后，進行回填、夯實。

根據管道規格及施工時的環境溫度，選用不同容量的電加熱設備，鋼管上施加的電壓為無峰值直流安全電壓，可選擇恒流或恒壓控制。對于長度為1000m的管溝，預熱時間可控制在20h以內，環境溫度越高，預熱時間越短。進入保溫階段，電加熱設備的輸出電流根據設定溫度和實際反饋溫度自動調節。保溫時間依據現場施工組織情況而定，一般前一預熱段回填時，下一預熱段就可開始預熱了，兩者可以同步進行。

5施工方案

應依據具體的地形和熱網結構，制定出最經濟有效的施工方案。一般長度為1000m的管溝為1個標段，根據不同的熱網結構，選用不同容量的電預熱設備。一次預熱的管道長度可長可短，一般最長為1000m，最短長度依據管徑的不同而定。

對于熱網中存在的變徑、彎頭、三通以及轉角，在施工方案設計時，要結合電加熱設備的功率，充分考慮其預熱的經濟性，制定出合理的預熱施工方案。對于個別較短管道，也要通過工藝上的特殊處理，使其滿足預熱要求。

為了充分利用夜間時間，采用倒排工期的方法計算預熱開始時間，保證在預熱開始后的次日7：00開始回填、夯實。

6注意事項

若采用水壓試驗，試驗完畢后管道中的水必須排盡。預熱前管溝中的水必須排盡。預熱前除分段處，其他所有的保溫管接頭應處理完畢。預熱前要拆除預熱段所有其他短路連接。預熱回填，必須分層夯實。先人工夯實，再采用機械夯實。每個預熱段達到預熱溫度后，回填土自兩端開始向中間回填，保證整個預熱段回填土工作在16h內完成。

預熱后，管道已存在應力，以后不可將管道切斷，所有閥門、三通等都應預先設計好，管道上也不可再開較大的孔。檢查室在預熱后再砌筑，便于管道伸長。若此后要在管道上另加分支，需根據熱網結構，重新設計預熱方案再次預熱相關管段或在新增三通處進行補強處理。整個預熱段的敷設坡度不能超過1.5°。當遇到過路情況時，加套筒使管道自由穿過，保證在預熱過程中一個預熱段障礙不超過1處。

7與熱風、熱水預熱的比較

7.1安裝效率

熱風預熱設備對施工現場有一定的要求，設備龐大，安裝環節多。熱風預熱設備的拆卸、搬運和穩放安裝時間很難保證。在一切都非常順利的情況下，熱風預熱設備從一個預熱段移到另一個預熱段，至少需要24h，而電預熱設備最多只需要3h。

7.2預熱效果

電預熱利用電能對鋼管進行加熱，鋼管中無需任何加熱介質，因此管道預熱均勻，而且預熱時間短。電預熱設備的輸出電壓、電流可調，可更方便地滿足預熱工藝的要求，以獲得理想的預熱效果。電預熱設備的溫控系統有抗干擾功能，在實時顯示溫度的同時，還有紙記錄儀可打印數據。

熱風預熱的升溫速度很慢，大約是電預熱的20%。由于熱風在管道回路中流動時的熱損失非常大，因此管道的溫度不均勻。通常情況下，管道起始端和末端的溫差在20℃左右，影響管道熱伸長的均勻性。

由于熱水預熱必須在管道中注滿熱水，因此預熱溫度比較均勻，但由于水的重量導致管道與土壤之間的摩擦力增大。因此，管道的熱伸長量很難達到設計要求，尤其是對大管徑管道預熱時，管道中容易出現錨固段，預熱效果不理想。

7.3工藝效果

①熱風預熱管段溫度不均勻，熱風進口處溫度高，出口處溫度低，為保證熱伸長量，往往要求進口處溫度要高于預熱溫度。采用電預熱時，整個預熱段的受熱比較均勻。

②熱風預熱設備占用空間大，因此每個預熱段之間預留的空間大，這樣在預熱后，往往導致管端剩余空間仍大于一個補償器的長度，需要再填入一短節保溫管，而這段管道是未經過預熱的。而采用電預熱時，管端剩余空間小，在預熱結束后，剩余空間小于一個補償器的長度，這時需要將管道切去一部分以便安裝補償器，這樣就保證了所有的管道都是經過熱伸長的。

8結論

熱水直埋保溫管道的無補償預熱安裝是一種安全可靠的安裝方式，而電預熱是預熱方式的創新，大功率的電預熱設備讓我們可以根據客戶需求，結合實際熱網結構，進行最優化的預熱段劃分，從而最大限度地減少補償器的數量，縮短工期，降低工程造價。電預熱還具有預熱時間短、預熱均勻、操作簡單、容易實現等優點，提高了熱網運行的穩定性以及使用壽命，推動了熱水直埋保溫管道安裝技術的發展。

電預熱技術在燕郊開發區供熱工程管道安裝中的應用問題

本文理論與實踐相結合，通過電預熱技術在燕郊開發區供熱工程中的應用，分析了電預熱技術的基本原理、電預熱技術及電預熱設備在直埋管道安裝過程中的應用情況以及注意事項。印證了電預熱無補償（或少補償）直埋技術對大管徑管道的可行性和適用性。

一、前言

對于大管徑管道直埋敷設，通常采用兩種方式：有補償安裝和預應力安裝。根據現場條件的不同，預應力安裝方式又可分為敞槽預熱方式和覆土預熱方式。由于敞槽預熱方式比覆土預熱方式能更快達到預應力效果，通常在現場條件允許的情況下，首選敞槽預熱方式。

采用敞槽預熱方式的前提是要具備穩定的臨時熱源，敞槽預熱的熱源主要為四種，分別為熱水、熱風、蒸汽及電預熱。電預熱與前三種預熱技術相比較對加熱設備的要求更小，更易實施，具有如下明顯的技術優勢：

1.要求簡單，不需要在管道中安裝閥門和固定支架；

2.熱消耗量小，預熱均勻；

3.電預熱設備體積小、易操作、無震動、無噪音，自動監控；

4.適用范圍廣，只要鋼管為介質輸送管，都可以實現；

5.低電壓可以保證施工安全。

二、電預熱技術在燕郊開發區供熱工程中的應用

燕郊開發區海油大街熱力管線管徑為DN800，供、回水溫度為140℃/90℃，設計壓力為1.6MPa。海油大街熱力管線于2008投入使用，根據現場實際情況及工程進度，并考慮到甲方的資金狀況，管線的敷設方式為預應力直埋敷設，工程采用了電預熱方式。通過電預熱技術在燕郊開發區供熱工程中的應用，積累了一些實踐經驗供大家參考。

1、預熱準備工作

a.管道預熱應在直埋管道安裝完畢后進行，若管道已作水壓試驗，應確保將管道中的水排放完，避免在預熱過程中出現危險；

b.預熱前先對溝槽進行回填，回填高度不高于管道外徑的3/4，這是為了保證管道在預熱過程中始終保持同心；

c.在預熱管段的兩側分別設標尺，并派專人記錄管道的伸長量，伸長量應等于兩側伸長量的總和；

d.將預熱管段兩端用端帽密封，防止氣體流通；

e.檢查預熱設備及電纜是否正確連接，管道上有無短路連接，如果存在短路連接點，應在預熱之前及時切斷或調整預熱管段，避開短路點。

2、預熱溫度

鑒于管道預熱前，已對溝槽進行了部分回填，管道須克服土壤的摩擦力，且高溫時管道的屈服應力下降，預熱溫度應該略高于循環中間溫度。附加溫度的推薦值為0～8℃，即

tdp=tm＋（0～8）（公式1）

tm=0.5×（t1＋t2）（公式2）

式中：tdp—計算預熱溫度（℃）；

tm—循環中間溫度（℃）；

t1—管道工作循環最高溫度（℃）；

t2—管道工作循環最低溫度（℃）。

以燕郊開發區海油大街熱力管線為例，其最高循環溫度為140℃，管道僅在供暖季工作時最低循環溫度為10℃，計算預熱溫度為80℃最為合適。

3、預熱段的劃分

合理確定預熱段的長度。既能夠保證施工進度、降低施工難度，同時還節省了施工費用。以燕郊開發區海油大街熱力管線為例，該段管線總長度約為3.5km，全線共設3座檢查室，檢查室內設分支、固定支架及補償器（見圖1）。結合工程的施工難度及工程的總體時間安排，最后確定兩檢查室之間管線分為兩個預熱段，工程共設六個預熱段，預熱段長度在500~800米之間（預熱段編號見圖1）。

4、升溫速度及預熱時間

燕郊開發區海油大街熱力管線沿道路敷設，熱力管線在遇到障礙時采用了連續小折角處理方式避開障礙，折角不大于2度。這種情況預熱時往往因為管道膨脹不均勻，造成夾角處局部應力過大。為使管道得到充分膨脹，應嚴格控制升溫速度。升溫速度為4℃/小時，并在溫度升至計算預熱溫度時恒溫6小時。縱觀整個預熱過程，管道的溫度基本按照設定的溫升速度直線均勻上升，管道的加熱速度均勻平穩，沒有大的起伏。預熱時間需要20至30小時。

5、預熱伸長量

ΔL=α（tm－t0）L（公式3）

式中：ΔL——預熱段管道伸長量（m）；

t0——預熱段管道初始位移為零時管道溫度（℃），一般可取預熱前環境溫度；

L——預熱段管道長度。

上式為預熱段管道理論伸長量計算公式，在管道預熱過程中，管道中間沒有固定點，管道向兩側伸長。經觀察發現管道的膨脹并不是連續穩定的。在預熱開始階段，管道的熱伸長速度很慢，伸長量并沒有太大變化（見表1）。但當溫度繼續升高后，管道的膨脹量基本按照直線勻速上升（見圖2）。這說明管道的預熱是基本均勻的，不存在沒有預熱的管段。同時也印證了保持合理的升溫速度是非常有必要的。

預熱時確定管道預熱處理的標準應為預熱伸長量，當管段的伸長量達到計算預熱伸長量時，應立即回填。預熱溫度可以作為預熱升溫時的一個參考值。若附加溫度已達到推薦的最大值，而伸長量尚未達到計算值，則須認真分析原因，不要盲目升溫，最好采取恒溫讓管道充分膨脹或外力拉伸等辦法，以達到計算伸長量。

6、預熱段之間的處理方法

如何處理好預熱段之間的銜接是影響管道預熱效果的重要因素，兩個預熱段之間的管端因降溫會引起管端回縮。遂采用設置一次性補償器的方式來補償回縮量。具體步驟如圖3所示。

一次性補償器焊死后將成為管道系統的一部分，整個預熱管道系統最后將形成一個完全與土壤隔絕的封閉系統。

但這樣做勢必增加了工程費用，且一次性補償器需長時間敞槽，會對交通造成一定的影響，故還須合理劃分預熱段，盡量減小管端收縮量和一次性補償器的數量。以海油大街熱力管線工程為例，兩檢查室之間分為兩個預熱段，可在供水管上安裝三個一次性補償器，一次性補償器安裝位置如圖1所示。一次性補償器補償量的選擇應根據管道冷卻后的收縮量確定，經觀察海油大街熱力管線工程每個預熱段的收縮量在160mm至200mm之間，一次性補償器的補償量選定為240mm。

7、管道回填

當管道達到預熱伸長量以后，應立即開始管溝回填。回填的順序為由預熱管段的兩端向中間回填。回填土中不得含有碎磚、石塊大于100mm的凍土塊及其他雜物。

8、管道預熱后對管道的影響

直埋管道預熱后，即使在冷態時，管道中也分布著應力。在管道上開分支時，應注意保護干管的預應力狀態，增加臨時措施。

三、結論

燕郊開發區海油大街熱力管線已安全運行了4個采暖季，證明電預熱技術應用于大管徑管道直埋敷設是安全可靠的。采用預熱安裝技術比冷安裝有補償敷設方式減少了約7座補償器檢查室，不僅節省了投資，而且減少了管網的維修工作量，降低了勞動成本。對于地下水位較高、土壤具有一定腐蝕性，含氯離子較高的地區，特別適用該技術。

供熱管網無補償直埋安裝電預熱介紹

保溫管無補償直埋電預熱安裝，我們的優勢在于預熱時間短，一次可預熱的管溝長度可達1000米（DN1200管線供回水各1000米長），進一步減少了一次性補償器的數量。一個預熱段無論長短多少，它的自由段長度是一定的，如果一次性預熱長度越長，自由段長度所占預熱段長度比例就越小，自由段收縮量所占的比例就越小，管線所要克服的平均應力就越小。所以在一定范圍內，一次性預熱的管溝長度越長就越好。我公司對于DN1200mm以上規格的管材冬季施工時，預熱時間也能控制在16小時以內，是同行業預熱時間最短的廠家,工程業績遍布新疆、內蒙、山西、山東、河南、河北等多個省市,現已具備DN1400管線預熱能力。

供熱管網無補償直埋安裝電預熱介紹

一、無補償電預熱安裝技術的應用領域

無補償預熱安裝現主要應用于城市熱力管網中最高運行溫度不超過140攝氏度的高溫熱水管道。因為無補償預熱安裝采用了提前釋放應力的技術，從而在很大程度上減少了固定墩和補償器的數量，一方面降低了工程的施工安裝費用，另一方面由于補償器使用數量的減少，提高了管網運行的可靠性，從而又降低了管網的運行維護費用。與傳統的無補償預熱安裝方式相比，電預熱安裝環保節能，施工便捷，工期短，從而進一步降低了工程投資費用，是目前國際上廣泛使用的先進的保溫管無補償預應力安裝方式。

二、工藝概述

把鋼管管線直接作為負載電阻進行管道加熱，設備安裝簡單方便。加熱段供回水管線末端用電纜線短接，始端分別接電源兩端（無正負極順序要求）。根據管材規格的大小及施工時的環境溫度，選用不同容量的電加熱設備。2000米管線（1000米管溝）加熱時間都控制在20小時以內，當然環境溫度越高時，預熱時間越短。保溫時間依據現場施工組織情況，一般上一預熱段管線回填時，下一段管線就可開始預熱了，兩者可以同步進行。這種方法施工簡便，因取消了固定支架，用一次性補償器代替了常規的波紋補償器，大大降低了管線的成本，并提高了管網運行的可靠性。

三、施工方案的設計原則

施工方案應依據具體的地形結構和管網結構體的分布情況來制定，這樣才可制定出最經濟有效的施工方案。一般1000米管溝長度為1個標段，我們根據不同的管網結構，選用不同容量的電預熱設備，一次預熱的管線長度可長可短。一般最長1000米管溝，最短300米管溝。

對于管網中存在的變徑、彎頭、三通以及折角，我們在做方案設計時，要結合電預熱設備的特點，充分考慮其預熱的經濟性，制定出合理的方案來。對于管網設計的一些問題要提前與設計者溝通。要充分考慮附錄二中的種種因素。對于個別短管線，我們也要通過工藝上的特殊處理，使其滿足預熱要求。為了充分利用夜間時間，采用倒排工期的方法計算預熱開始時間，保證在預熱第二天早7點開始回填、夯實。

四、注意事項

預熱后，管線已存在應力，以后不可將管線切斷，所有閥門、三通等都應預先設計好，管線上也不可再開大的開孔。井室在預熱后再砌筑，以便于管線伸長。若以后要在管線上另加分支，需根據管網結構，重新設計預熱方案再次預熱相關管線或新增加的三通處作補強處理。三通處的溝槽寬度應適當加寬，以適應預熱管線處三通的自由移動。

五、電預熱設備的優點

1、大功率小體積，安裝方便，操作簡單。

2、單臺設備即可對較大口徑的管材進行預熱

3、可多臺設備同時使用，進一步縮短預熱時間

4、設備投入運行后，自動監控，無異常不需人工干擾

5、多重保護功能，可自動切斷電源，保證施工人員及設備的安全

6、可動態顯示管線溫度變化曲線，同時具有打印功能，為監控施工質量提供依據

7、保溫階段設備自動動態控制，以保證整個回填土階段管線伸長量的穩定，確保工程質量

六、電預熱的技術優勢

我廠結合我國熱力管網的實際結構，該設備采用了國際最先進的電子技術，自動化控制程度高，組合模塊少，可靠性強，同時實現了大功率小體積的最優化，為現場施工的便利提供了前提。從國外直接引進的適用于小管網預熱的設備應用于國內大口徑管網預熱時，預熱時間偏長，設備組合使用的數量多，一次性預熱的長度也受到一定的限制。

超大功率的電預熱裝備讓我們可以根據客戶需求，結合實際管網布局，柔性地進行最優化的預熱分段，從而最大限度地降低補償器的數量，縮短工期，減少工程費用，現在我廠有多臺超大功率電預熱設備，可滿足用戶需求。

預熱電源制造現場

預熱電源

管道預熱工程

管道預熱工程

管道預熱工程

施工現場-設備到場

施工現場

施工現場

施工現場-填土

施工現場—發電機及余熱電源

施工現場

管道預熱工程,生產保溫管電預熱設備

施工現場-填土

溫管電預熱設備

預熱電源

預熱電源

溫管電預熱設備