許 峰

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

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談長輸供熱管道的電預(yù)熱施工

許 峰

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

介紹了長輸供熱管道電預(yù)熱的工藝原理，從工作坑開挖、一次性補(bǔ)償器焊接、溫度傳感器安裝、預(yù)熱設(shè)備與管道連接等方面，闡述了管道電預(yù)熱施工要點(diǎn)，指出電預(yù)熱具有安全性高、靈活性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)勢。

管道，電預(yù)熱，溫度傳感器，工作坑

1 工藝原理

管道電預(yù)熱主要用于直埋的預(yù)制保溫鋼管的預(yù)熱，通過給保溫鋼管施以低電壓、高電流的直流電，將鋼管加熱，溫度一般為設(shè)計(jì)溫度的1/2，使鋼管受熱伸長(管道在通電受熱和正式運(yùn)行中受熱時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生軸向和徑向的熱脹冷縮變形，通常情況下管道的長度遠(yuǎn)大于管徑，故徑向變形予以忽略，只考慮沿軸向的變形)，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)的伸長量之后，對鋼管進(jìn)行鎖定，鎖定方法主要靠管腔的回填土、管頂?shù)母餐廉a(chǎn)生的摩擦力，以及預(yù)熱段兩端點(diǎn)的管道彎頭產(chǎn)生軸向拉力。

通過以上方法使供水管道預(yù)先承受一定的拉應(yīng)力，當(dāng)管線正式運(yùn)行并且升溫到管道預(yù)熱溫度時(shí)，管道應(yīng)力為零，當(dāng)升溫至工作溫度時(shí)，管道的壓應(yīng)力將小于許用應(yīng)力，故可不用補(bǔ)償器而正常工作，又可避免管道正式運(yùn)行過程中因溫度應(yīng)力過大而出現(xiàn)超量的變形，以及對相應(yīng)結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的破壞。

2 電預(yù)熱特點(diǎn)

1)安全性高：施工采用安全電壓，符合本質(zhì)安全的管理理念。

2)靈活性強(qiáng)：電預(yù)熱相對熱水預(yù)熱和熱風(fēng)預(yù)熱方式，預(yù)熱段的設(shè)置靈活性強(qiáng)，升溫快，預(yù)熱設(shè)備占地面積小。

3)可操作性強(qiáng)：需專門為預(yù)熱安裝的設(shè)備少且操作簡單，電預(yù)熱只需要在管道上焊接觸點(diǎn)螺栓，不需安裝專用的閥門、堵頭以及大量的附屬管件。

4)經(jīng)濟(jì)效益顯著：這種安裝方式可以取消管網(wǎng)中的大部分補(bǔ)償器和檢修小室，避免經(jīng)常檢修，施工工期較短，節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用的同時(shí)降低了施工單位的成本以及運(yùn)行單位的后續(xù)檢修費(fèi)用。

5)節(jié)約能源：大管徑主管道用熱水預(yù)熱需浪費(fèi)大量的水資源，而電預(yù)熱則相對浪費(fèi)很小，符合現(xiàn)代建筑施工節(jié)能的理念。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

工作坑開挖→一次性補(bǔ)償器第一次焊接→焊接觸點(diǎn)螺絲桿安裝溫度傳感器→設(shè)置觀測標(biāo)尺線→連接預(yù)熱設(shè)備與管道→通電加熱管道并記錄預(yù)熱過程的參數(shù)→恒溫觀測龍口變化→對比實(shí)際伸長量與理論伸長量→龍口穩(wěn)定時(shí)短管下料焊接→一次性補(bǔ)償器第二次焊接→管頂覆土回填壓實(shí)→斷電，檢查管道及設(shè)備焊縫的質(zhì)量→拆除連接電纜和短接電纜→接口保溫和防腐層施工→工作坑回填壓實(shí)。

3.2 操作要點(diǎn)

1)工作坑開挖。按照方案確定的位置、尺寸和邊坡在供水管上部開挖工作坑，并設(shè)好坑邊的截水溝，防止雨水流入基坑，同時(shí)做好工作坑周邊的防護(hù)設(shè)施和警示標(biāo)志。

2)一次性補(bǔ)償器第一次焊接。待工作坑開挖完成后切割直管形成補(bǔ)償器及短管龍口，然后打磨切除后的鋼管坡口，在切割的位置安裝一次性補(bǔ)償器，補(bǔ)償器的安裝方向必須符合其上的介質(zhì)流向標(biāo)志，不得裝反。補(bǔ)償器的兩端端口與保溫直管焊接好，而中部芯管與外管的焊縫不焊，留待預(yù)熱恒溫階段再焊，焊接過程中需保證補(bǔ)償器的芯管和外管之間無卡阻現(xiàn)象，使補(bǔ)償器可以自由伸縮(見圖1)。

3)焊接觸點(diǎn)螺絲桿。預(yù)熱前在補(bǔ)償器與鋼管連接部位及預(yù)熱端兩頭龍口，鋼管上半圓周各均勻分布焊接30個(gè)預(yù)熱電纜接觸點(diǎn)螺絲桿，必須滿焊。待預(yù)熱完成后全部割除(見圖2)。

4)安裝溫度傳感器。安裝溫度傳感器：在保溫管上距離管端(放置預(yù)熱設(shè)備端)向內(nèi)12 m處的塑料外殼上開口，以安裝傳感器，必須將傳感器探頭緊密貼合并固定在鋼管表面。預(yù)熱完畢開始回填時(shí)，與其他部位保溫同時(shí)進(jìn)行，保證管道的保溫對以后運(yùn)行溫度無問題。

5)設(shè)置觀測標(biāo)尺線。一共設(shè)置四處觀測標(biāo)線，分別位于兩個(gè)補(bǔ)償器的伸縮位置和兩個(gè)龍口的預(yù)熱端頭內(nèi)側(cè)各500 mm處，材料可用普通的工程線，但線的兩端頭必須用木樁牢固的打入基坑側(cè)壁中，預(yù)熱過程中標(biāo)線如有損壞，必須及時(shí)準(zhǔn)確恢復(fù)。相應(yīng)管道的保護(hù)層表面涂刷白色標(biāo)記，并固定一段刻度尺，使其零點(diǎn)與標(biāo)線齊平。記錄時(shí)，讀取白色標(biāo)記相對于標(biāo)線的位移，即為某段管道的伸長量(見圖3)。

6)連接預(yù)熱設(shè)備與管道。預(yù)熱設(shè)備與管道連接的電纜，以及補(bǔ)償器的短接電纜，必須用銅質(zhì)的線鼻子依靠螺母壓緊連接，并由專業(yè)電工進(jìn)行操作。

7)開機(jī)通電加熱管道并記錄預(yù)熱過程的參數(shù)。預(yù)熱設(shè)備開機(jī)供電，持續(xù)加熱供熱管道。開機(jī)時(shí)，記錄開機(jī)時(shí)間、初始溫度。升溫預(yù)熱過程中，必須按照方案要求，定時(shí)記錄有關(guān)的施工參數(shù)(具體參數(shù)保密)，形成的記錄應(yīng)由觀測人員和技術(shù)負(fù)責(zé)人簽字存檔。根據(jù)升溫的速度適時(shí)調(diào)整預(yù)熱機(jī)械的工作參數(shù)，保證管道在預(yù)定的時(shí)間達(dá)到目標(biāo)溫度，并盡可能保持管道均勻受熱升溫和伸長。

8)恒溫觀測龍口變化。保溫管的預(yù)熱目標(biāo)溫度依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，一般取工作溫度的一半。當(dāng)達(dá)到預(yù)熱目標(biāo)溫度時(shí)，停止升溫，調(diào)整預(yù)熱設(shè)備工作參數(shù)，使管道處于恒溫狀態(tài)。開始觀測和記錄龍口的大小變化情況，通常連續(xù)觀測兩小時(shí)，每小時(shí)觀測不少于3次。所以，一般將預(yù)熱恒溫階段盡可能調(diào)整在上午9點(diǎn)～下午4點(diǎn)間。當(dāng)室外氣溫變化太快時(shí)，管道恒溫不容易保證，龍口尺寸也往往處于開開合合的不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，在恒溫時(shí)段的觀測，應(yīng)延長觀測時(shí)間、增加觀測頻率，掌握好龍口的尺寸變化規(guī)律，每次觀測應(yīng)測量管道圓周的相同部位。

9)對比實(shí)際伸長量與理論伸長量。設(shè)計(jì)方在預(yù)熱前已計(jì)算好每個(gè)標(biāo)線位置的理論伸長量，在恒溫階段將量取的實(shí)測值與理論值進(jìn)行比對，相對誤差一般控制在10%以內(nèi)，如超差過大，應(yīng)經(jīng)設(shè)計(jì)確定是否調(diào)整預(yù)熱溫度。

10)龍口穩(wěn)定時(shí)短管下料、焊接。龍口短管應(yīng)在預(yù)熱前進(jìn)行初步加工，包括長度大致與龍口相當(dāng)、一端坡口已加工妥當(dāng)。當(dāng)通過觀測，確定在預(yù)熱恒溫階段龍口比較穩(wěn)定時(shí)，集中力量快速對短管進(jìn)行精確的下料。為此，兩處短管應(yīng)同時(shí)施工，人員和機(jī)械不得混用。另外，由于恒溫階段，電流會(huì)引起磁力而影響焊接，故需要在斷電的情況下焊接管道，并宜選在一天中氣溫最高時(shí)焊接，即使這樣，仍需要“斷電焊接”與“通電保溫”間隔進(jìn)行。

11)一次性補(bǔ)償器第二次焊接。一次性補(bǔ)償器芯管與外管的焊縫需在龍口穩(wěn)定時(shí)，集中力量快速焊接。該焊縫是由外管的端面與芯管的外表面構(gòu)成的角焊縫，因此預(yù)熱前應(yīng)充分打磨，以免影響焊接質(zhì)量。該焊縫在焊接完成后立即進(jìn)行無損檢測，合格后抓緊焊接加強(qiáng)筋與芯管、外管之間的焊縫以及加強(qiáng)環(huán)板與芯管的環(huán)焊縫，焊接完成后，整個(gè)補(bǔ)償器成為一個(gè)整體，不再伸縮、活動(dòng)。

12)管頂覆土回填壓實(shí)。在一次性補(bǔ)償器和龍口短管焊接過程中，同步進(jìn)行管頂覆土的回填壓實(shí)。按設(shè)計(jì)要求，管頂覆土為1.5 m，回填的部分一般分兩層，并且必須用壓路機(jī)壓實(shí)，壓實(shí)度符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

13)斷電，檢查管道及設(shè)備焊縫的焊接質(zhì)量。因焊接過程中，管道可能處于收縮(個(gè)別情況是膨脹)狀態(tài)，管道已有內(nèi)應(yīng)力存在，故特別要求加強(qiáng)焊縫的外觀質(zhì)量檢查，外觀檢查合格后方可由專業(yè)人員進(jìn)行焊縫的無損探傷檢測。

14)拆除連接電纜和短接電纜。在對焊縫進(jìn)行無損探傷檢測合格前，為防止焊縫發(fā)生拉裂的現(xiàn)象，不允許拆除電纜，以備再次進(jìn)行通電升溫或保溫。

15)接口保溫和防腐層施工。確認(rèn)所有焊縫合格后，方可進(jìn)行接口保溫和防腐層的施工。補(bǔ)償器部位保溫層施工備料要注意需加寬，因補(bǔ)償器環(huán)板高度比保溫層厚度大，故需在焊接緊固保護(hù)層前用木磚，以保證保溫層覆蓋環(huán)板。

16)工作坑回填壓實(shí)。工作坑由于平面尺寸較小，不能采用大型機(jī)械壓實(shí)，因此應(yīng)采用小型機(jī)具和人工分層壓實(shí)，管腔和管頂300 mm范圍按設(shè)計(jì)選用中砂回填，中砂回填完成后在上鋪設(shè)熱力標(biāo)識(shí)帶，其余部分填料宜采用級(jí)配砂石，分層虛鋪厚度不大于250 mm，壓實(shí)后不大于150 mm。

4 質(zhì)量保證措施

1)針對質(zhì)量目標(biāo)編制質(zhì)量計(jì)劃，明確管理職責(zé)和權(quán)限，使之有效實(shí)施。對質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行層層分解，落實(shí)到各部門，落實(shí)到管理崗位。

2)建立完善的項(xiàng)目質(zhì)量管理體系，加強(qiáng)項(xiàng)目管理，強(qiáng)化過程控制，確保質(zhì)量管理體系的有效運(yùn)行，最終保證質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3)預(yù)熱開始前確保管道內(nèi)沒有積水以及雜土。

4)從預(yù)熱管段的兩頭開始回填，集中機(jī)械勞力回填，防止不能及時(shí)回填夯實(shí)，導(dǎo)致預(yù)熱管段的回縮量過大。

5)關(guān)閉機(jī)器后確保在最短的時(shí)間內(nèi)預(yù)熱口短管完成焊接。

[1] 柳 劍，顧博文.現(xiàn)代化城市集中供熱的現(xiàn)狀、問題與改進(jìn)[J].科技資訊,2011(1)：76.

[2] 張連軍.有關(guān)采暖管道外網(wǎng)直埋敷設(shè)問題的思考[J].科技致富向?qū)?2012(5)：56.

On electric preheating construction of long-distance heat-supply pipelines

Xu Feng

(TaiyuanThermalPowerCompany,Taiyuan030001，China)

The paper introduces the craft principle for the electric preheating of the long-distance heat-supply pipelines, illustrates its construction points from the excavation of the working pits, the welding of the one-off compensators, installation of the temperature sensor, and connection between the preheating equipment and pipelines, and points out the electric preheating is featured with higher safety, stronger flexibility, and obvious economic beneftis.

pipeline, electric preheating, temperature sensor, working pit

1009-6825(2017)13-0119-03

2017-02-24

許 峰(1983- )，男，工程師

TU833.12

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