淺析大直徑供熱管道電預熱施工技術

張鵬

（山西省安裝集團股份有限公司，山西太原 030032）

1 工程概況

本工程為煙臺市開發區熱力有限公司八角電廠熱力管網配套項目——熱水管道工程，供回水管道全長24km，供熱工程主線管徑DN1400mm，管徑大、管線長、落差大，設計供水溫度130℃，回水溫度為70℃，設計供水壓力為2.5MPa，回水壓力為1.6MPa，投產后總供熱面積約 2000 萬 m2。

2 供熱管道電預熱的原理

無補償電預熱安裝技術是根據電加熱原理對直埋供熱管道的工作鋼管進行加熱，從而實現預熱安裝的一種管道安裝技術。通過電纜將電預熱設備與工作鋼管連接并構成閉合回路，將低電壓、高電流的電能作用于預熱管段，利用電阻發熱的原理，將工作鋼管的溫度加熱到設計預熱溫度[1]。

3 電預熱管道的優點

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）提前釋放管道的部分熱脹變形，降低運行時的工作鋼管軸向力。

（2）在供熱管網設計、施工時可以取消管網中的絕大部分補償器和固定墩等附件，降低管網的工程投資，提高管網運行時的安全性、穩定性和長期的使用壽命[2]。

（3）相對于無補償冷安裝來說，可以減少管道壁厚，可節約初期投資。

（4）具有預熱時間短、預熱均勻、操作簡單、精確度高及容易實現等優點。

（5）適用范圍廣，只要鋼管為介質輸送管，都可以實現。

（6）低電壓可以保證施工安全。

4 施工電預熱段劃分

（1）第一段：DN1400 為預熱管道，圖中樁號為1-2，單線合計521.1m。

（2）第二段：DN1400 為預熱管道，圖中樁號為2-3，單線合計760.6m。

（3）第三段：DN1400 為預熱管道，圖中樁號為16-17 單線合計680m。

（4）第四段：DN1400 為預熱管道，圖中樁號為25-4860 單線合計1130m。

（5）第五段：DN1400 為預熱管道，圖中樁號為4860-27 單線合計1186.9m。

5 電預熱施工工藝

5.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1 所示。

5.2 管道電預熱前的準備工作

（1）電預熱前應檢查管道內是否有積水，如果有積水必須清除干凈。

（2）電預熱時為了防止管道橫向位移，應按照要求回填砂子至管道外徑的75%處。

（3）管溝內不能有阻礙管道自由伸長的石塊、木方等雜物。

（4）管道上如有三通應在預熱前安裝好，但是不得與三通支管連接，以免影響管道伸縮。

（5）管溝上方在預熱前必須準備好所需的砂子及回填土，待預熱完成后立即回填。

（6）電預熱前必須檢查好與電預熱有關的設備是否完好無損，是否可以正常運行。

（7）預熱前電預熱設備必須與管道連接好，管道上標尺設置好。

（8）預熱前管道兩端的螺栓必須焊接牢固可靠。

（9）預熱前管道兩端必須封堵。

（10）電預熱前記錄管道伸長量的標尺已設置好，一般在供、回水管道預熱段兩端分別設置。完成中間一次性補償器的焊接，電預熱工作完成。

（11）電預熱前3h，根據電預熱設備的規格型號，在供回水管道兩端面的1/2 處分別滿焊9～15 個鍍鋅螺栓（M12 或 M16，長度小于 50mm，圖 2），且螺栓間間距均勻，間距不小于100mm 以便安裝電纜，其螺栓安裝位置距管端不小于30mm。

（12）電預熱前，應將供回水管道兩端面全部封堵嚴密，并將供回水管道始端與電預熱設備連接好[3]。

（13）待供回水管道始端與電預熱設備連接好后，再將其末端用電纜短接頭連接，形成回路。

（14）管道預熱前，應先將需要預熱的預熱段管道回填至管道外徑的3/4 處（圖3），防止電預熱過程中管道產生位移現象，并且將預熱段管道上方備好砂土。

5.3 預熱溫度、伸長量、回縮量等參數的計算

5.3.1 電預熱溫度計算

電預熱溫度的計算公式如式（1）所示。

其中：t1——管道工作循環最高溫度，通常指管道最高設計溫度，℃，本項目中管網設計最高運行溫度為130℃；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℃，對于全年運行的管網取30℃；tm——中間溫度，即管段內平均應力為零的溫度，也是電預熱設備設置的目標預熱溫度，這里是65℃，本次按65℃計算。

5.3.2 預熱管段伸長量的計算

預熱管段伸長量的計算公式如式（2）所示。

其中：ΔL——預熱管段伸長量，m；α——鋼材的平均線膨脹系數，對于L290 材質取11.53×10-6m/m·℃，參照標準《工業金屬管道設計規范（2008 年版）》（GB 50316—2000）；ti——預熱管段初始應力為零時管道溫度，即電預熱設備開機時鋼管的起始溫度，℃，本次按當天實測鋼管溫度計算；Lpr——預熱管段長度（管溝長度），m。

5.4 電預熱施工

電預熱施工見圖4。

（1）先啟動發電機，然后再打開電預熱設備的主電源開關，按要求設定好預熱溫度和加熱電流。開始預熱前，先記錄一次初始鋼管溫度。

（2）先將設備放置在預熱管道的一端，在使用電纜將設備的正負極分別與事先焊接在管道一端上的螺栓連接，管道另一端也使用短接電纜連接，然后再安裝溫度傳感器（圖 5、圖 6）。

（3） 在預熱管道最兩邊管端頭的管溝槽壁上用300mm 長的鋼筋棍插入土壤中，再使用白色線繩及線墜綁扎在鋼筋上面設置標志基準線，然后在預熱段管道上面，兩側伸長方向使用鋼尺設置臨時標尺，零刻度與白線垂直，以便記錄測量管道的伸縮量（圖7）。

以上準備工作完成后，啟動電預熱設備，調節設備上的螺旋微調器，使電預熱設備的電壓、電流匹配，保證電預熱時的各項數據能夠滿足要求，每間隔一小時記錄一次電預熱段鋼管溫度和全線鋼管伸長量，以及環境溫度和相應的電壓、電流數值，直到電預熱段管道達到預熱溫度或預計伸長量。

（4）如果在電預熱施工過程中，預熱段兩端端頭出現積水時必須立即將水抽干。

（5）電預熱完成之后，及時按設計要求進行回填土（圖8）和分層夯實并鋪設標識帶（圖9），并在規定時間內完成回填?；靥詈秃粚嵾_到設計要求后，關閉機器，拆除附件。

6 注意事項

（1）電預熱施工前檢查管道內無垃圾雜物，要保證管道內干燥、無積水；電預熱段管道的接口保溫必須全部施工完成，并且驗收合格；管腔的回填砂，均勻密實，滿足管道敞槽預熱的回填高度。

（2）如果施工時有臨時約束裝置需要進行檢查，并全部拆除，拆除完成后，用磨光機打磨干凈，并進行防腐處理[4]。

（3）電預熱段管道預熱完成后，回填土施工時，嚴格按設計要求分層回填，要求用機械進行夯實，保證足夠大的牽引力和壓力，保證預熱的效果，回縮量控制在允許范圍內（圖10）。

（4）所有閥門、三通的位置在預熱時要預留伸縮的空間，防止因伸縮量過大，開口支線產生應力變形，增大運行時的風險。預熱達到設計要求時，三通位置與管線同時回填[5]。

7 結語

本供熱工程利用無補償電預熱施工，采用合理的設備及預熱工序，操作簡單，安全快速；預熱專用設備小、移動方便、預熱效果較好，克服了傳統的有補償管道焊接量大、勞動強度高、施工周期長的缺點，有效的解決了供熱管道運行中受熱膨脹問題，滿足現場施工及運行需求。該項施工技術工藝操作簡便，工作效率高，能夠產生較好的經濟和社會效益，具有一定的推廣應用價值。

實踐證明，在本工程大直徑供熱管道電預熱施工過程中，由于采用了電預熱施工技術，在管線敷設、焊接、回填等工序配合良好的情況下，縮短了施工進度、節約成本、提高了施工質量，確保按期優質完成了施工任務。