無補償電預熱直埋供熱管網施工研究

王林義

(山西省第二建筑工程公司，山西太原 030031)

1 工程概況

無補償直埋敷設采用敞溝電預熱方式降低軸向應力，設計供水溫度120℃，回水溫度60℃，設計壓力1.6 MPa，管道選用外保護套管為聚乙烯的預制直埋保溫管，鋼管采用螺旋鋼管。

2 工藝原理

無補償直埋供熱管線焊接安裝完畢后，應用電預熱技術將預熱管段伸長至此段管網運行后最大伸長量的一半，預熱后馬上回填夯實，利用鋼管、保溫層、外保護層及土壤各部分之間的摩擦力，使鋼管冷卻后，不至于回縮，此時鋼管一直處于拉伸狀態，運行時管道的一半膨脹變形已經提前釋放，管道軸向應力降低至有補償安裝的一半，在運行期間，供熱管線就不會出現拉伸屈服狀態。

3 施工操作要點

3.1 溝槽開挖

土方開挖前，應對開槽范圍內的地上地下障礙物進行清理或保護。根據施工現場條件、設計開挖深度、土質、有無地下水等因素選用不同的開槽段面，確定各施工段的槽底寬、邊坡、留臺位置、上口寬、堆土及外運工程等施工措施。當施工現場條件不能滿足開槽上口寬度時，應采用相應的邊坡支護措施，在地下水位高于槽底的地段應采取降水措施。采用機械開挖，應有200 mm預留量，宜人工配合機械挖掘，挖至槽底標高。土方開挖時，按照有關規定設置溝槽邊護欄、夜間照明及指示燈等設施，并按需要設置臨時道路或便橋。開挖深度的測量，應在20 m測一個開挖深度并繪制草圖，設專人指揮開挖，開挖一段后，進行坡度測量，設置高程樁，以便人工開挖修溝，每20 m設一個高程樁。溝槽開挖至直埋保溫管接頭處設一個工作坑，并在機械開挖時一次挖成，減少人工開挖量。在有水不能排干的溝槽，采用鋪設片石或碎石等方式，進行盲溝排水，保證干槽施工。

3.2 填砂

槽底填砂適用粒徑小于7 mm砂，填砂密實度達到95%，槽底填砂厚度為20 cm。

3.3 管道鋪設

管道運輸采用起重機配合運輸車輛運輸至施工現場，并沿溝排開;運輸及布管時應注意:裝卸車時采用平衡吊帶法，為避免吊裝時磕碰保溫層采用帆布吊帶，吊帶選用按管材重量考慮。管子下溝前，應將溝內雜物清理干凈，管內有雜物必須清理干凈。保溫管使用起重機進行下管，吊點應選擇兩點使保溫管平衡，穩吊穩放，不得將管子直接推入溝內，以免破壞管道保溫層。

3.4 管道對口

管子組對前，對管道中心線及標高進行復測，復測結果要符合設計規定;檢查坡口質量，坡口表面應整齊、光潔、無裂紋、銹皮、熔渣等其他影響焊接質量的雜質，如有不合格的坡口進行修整。管道對口采用龍門架做吊裝工具，對管道進行微量調整，吊裝管道采用吊帶，管口組對時應做到:外壁平齊，對口錯邊量符合焊接工藝要求。管道加工坡口，采用坡口機加工，然后用角向磨光機和內磨機將坡口及管口內外壁處2.5 mm范圍內打出金屬光澤。坡口角度55°～65°，對口間隙1 mm～3 mm。大口徑管道對口采用千斤頂調整其隨圓度。管口對好后點焊長度為80 mm～100 mm，一般間距為300 mm左右。螺旋焊管對接時，管道螺旋焊縫應錯開，距離不應小于300 mm。管道任何位置不得有十字焊縫。

3.5 管道焊接

焊接工藝采用氬弧焊打底，手工電弧焊填充及蓋面。焊接前要編制焊接工藝評定報告及焊接工藝指導書。焊接必須選用持證焊工施焊，每個焊工施焊前進行現場考試測驗，合格的人員才可施焊。管道第一層氬弧打底焊縫根部應均勻焊透，不得燒穿。每層焊完之后應認真清渣，除去表面氣孔、夾渣等缺陷，焊縫焊完后應將其表面焊渣和飛濺物清理干凈。氬弧焊底層焊完后，需檢查其根部是否有缺陷，如有未焊透、弧坑、內凹等缺陷，立即采取措施進行返修，在第二層焊完后需進入管道內進行檢查，查看是否有擊穿現象。每日點焊好的管口，當天必須焊完，防止第二天因晝夜溫差影響，將管口拉開或焊口處出現裂紋現象。焊接時，對于焊接環境需進行記錄，對焊接過程進行全天監控，對于不能保證焊接質量的天氣，采取防護措施或不得焊接，在氬弧焊接時如有風時需進行圍擋防風，否則會影響焊接質量。施焊過程中，應保證起弧和收弧處的質量，收弧時應將弧坑填滿，層間接頭要錯開，管子焊接時要采取措施防止管內穿堂風。

3.6 無損探傷檢查

焊縫表面檢查合格后，進行X射線探傷，管子的每道焊縫進行100%探傷，Ⅲ級為合格。在焊縫探傷檢驗后，如發現有不合格處做好記號，及時進行返修，返修后再次進行探傷檢查，同一部位的返修次數不得超過2次。焊縫無損探傷合格后方可進行接頭保溫。

3.7 電預熱施工

預熱方式采用電預熱方式，電預熱方式是直埋供熱管網相對安全、易操作，且能滿足設計要求的預熱方式，電預熱將鋼管作為電阻，利用電能對鋼管進行加熱，設備簡單，易操作，管道沿長度方向預熱均勻，預熱時間短，而且管道中不存在錨固段，能夠達到理想的管道預熱效果，電預熱采用敞溝預熱，預熱一段回填一段，敞溝時間短。

預熱溫度及伸長量的確定:

1)電預熱設備設置預熱目標溫度計算:

其中，tm為電預熱設備設置溫度，℃;t1為供熱管設計最高溫度，℃;t2為管道敷設后所處環境最低溫度，℃。

2)預熱管道伸長量的計算:

其中，ΔL為預熱管道伸長量，m;X為鋼材的平均線膨脹系數，0.012 mm/(m·℃);tm為電預熱設備的設置溫度，℃;t3為電預熱開始時鋼管的溫度，℃;Lr為管與預熱的管道長度，m。

電預熱施工的主要施工技術:

分段電預熱一般宜以直管段1 000 m為1個預熱段，管線中如有彎頭等管件，適當縮短預熱段，并且彎頭處管溝兩側留出位置，彎頭距管溝溝壁近時，需開挖兩側，留出足夠的空間。在被預熱管道管口焊接M22×80機螺栓，用于連接預熱機，始末兩端每個管口焊接螺栓12套，間距80 mm，將預熱管道與預熱機用電纜連接。連接處接觸緊密、結實，不得有虛接現象，螺栓焊接要滿焊。按照計算好的預熱目標溫度，設置預熱設備，在被預熱管線兩端及彎頭兩側設置標尺觀測點，并派專人重點觀察保護，防止在預熱工程中損壞移動，另外在管線每100處設置標尺觀測點，并派專人沿線觀察保護。電預熱采用功率為500 kW柴油發電機兩臺來加熱管道，加熱至目標溫度一般需要12 h～18 h，加熱后保溫時間為12 h～24 h。電預熱施工要配置專業人員12人，分兩組，每組6人24 h值班，2人操作看護電預熱設備，4人觀測看護管線。管道預熱需在焊接完畢、探傷檢查合格并接頭保溫后進行。預熱時需排干溝內積水，管口處無水漬，方可進行，而且在預熱過程中不得有水接觸管道金屬面。預熱完成回填后，24 h內需測量管線回縮量。

3.8 預熱后回填

管道預熱達到設計值時，在預熱保溫階段進行回填砂、土施工，確保在12 h～24 h內填完，否則會增加預熱費用。回填的主要操作程序:回填施工準備→回填砂→分層回填土并夯實碾壓。

準備階段:在預熱施工前，將回填所需要的砂及土方準備充分并堆放于溝槽兩側，減少回填工作量。回填所用的砂子要求粒徑不大于7 mm，無尖利雜物且含土量小。回填土中應無雜物，含水量在12%～15%之間。如含有雜物，石塊較多時需進行過篩處理。對溝槽下面的垃圾、石塊進行清理，并排除溝內淤水。

施工人員準備:一個預熱段的回填，需施工人員160人左右。分為兩個施工小組，分兩班進行連續施工。

機具設備準備:挖機2臺，鏟車4臺，壓道機2臺、蛙式打夯機6臺，手推車6臺，平板振搗器8臺。

回填砂:在預熱開始升溫時，將砂回填至管中心位置，防止管道在升溫后橫向位移。在預熱溫度達到目標溫度時，觀察管道伸長量達到計算值后開始進行回填。回填砂每30 cm為一層，回填一層后，用平板振搗器進行夯實。砂回填至管頂以上20 cm處，壓實后進行回填土，砂回填每層要進行密實度測試，密實度大于95%為合格。

回填土:回填土分層鋪攤，每層30 cm為一層，采用挖機或鏟車往溝內鏟土，人工鋪攤，在管頂以上80 cm部分采用蛙式打夯機進行夯實，每層至少3遍，打夯應一夯壓半夯，行行相連，縱橫交叉，嚴禁采用水澆使土下陷的所謂“水夯”法。回填管頂80 cm以上時夯實采用壓道機碾壓配合蛙式打夯機進行，每層填土夯實后，應按規范規定進行土壤密實度檢測，達到要求后進行上一層的回填。密實度大于95%為合格。回填土料過干時應按規定灑水濕潤后再夯實，防止造成夯不實，越夯打越松散現象。回填土料過濕不能進行回填，防止造成越打越軟，呈“橡皮土”狀態。填土全部完成，應進行表面整平，凡超過標準高度的地方及時鏟平;凡低于標準高度的地方，應填補夯實。回填土完成后方可撤去預熱設備。

4 結語

無補償直埋供熱管網與有補償供熱管網比較，節省建設投資、運行維修費用小，運行安全可靠、其使用壽命長、增加了整個管網的運行安全性。有補償管網上補償器使用壽命短，一般的補償器在使用5年～8年后需要更換，如果運行不正常時更易損壞。因此，有補償直埋敷設維修量大，且壽命短，而無補償直埋管線壽命在50年～70年左右。