長輸熱力管道無補償直埋施工技術

周 妍 孫 強

（濟南熱電有限公司）

我國北方能源資源多以煤炭為主，隨著國家制定的能源結構調整、降低煤炭消費等政策措施的出臺，為滿足城市發展需求，既降低燃煤消耗，又保障大氣環境，供熱企業依靠引入城市周邊電廠的余（廢）熱替代低效燃煤鍋爐的方法，來滿足轄區內日益增長的用戶的供熱需求，同時保留清潔高效的大型燃煤熱源作為供熱應急、調峰備用熱源。

目前，國內某些城市已逐步實現通過長輸熱力管道將電廠余（廢）熱作為主要熱源引入城區。因長輸熱力管道管徑較大，施工難度增加，供熱管道長距離輸送熱量（一般電廠出口供水設計溫度130℃，設計壓力2.5MPa）時，為防止熱伸長或溫度應力引起管道變形，需在供熱管道上設置補償器，以緩解管壁應力，補償管道熱伸長。 但在長時間高溫負荷作用下， 金屬材料性能將發生改變，管道的熱膨脹增加了系統額外的拉伸力和彎曲應力［1］，導致管道與補償器相連焊口泄漏。補償器可有效降低管道運行的軸向應力、補償管道熱伸長，但經長期高溫負荷運行后，補償器壽命縮短發生泄漏，成為熱力管道安全運行中的薄弱環節。 供熱企業為提升供熱運行保障能力，盡量選用熱力管道無補償直埋敷設工藝。 為此，筆者將對熱力管道無補償直埋施工技術中的關鍵項目做一簡述。

1 自然補償

供熱管道設計時一般優先考慮自然補償，通常采用的L 形轉角、Z 形和Π 形補償管段， 就是利用管道自身的彎曲（柔性）吸收管道自身的熱伸長［2］。 自然補償可有效避免泄漏，運行安全平穩、事故率低，因結構簡單、節約成本及施工靈活便捷等優點被廣泛使用。 但是，自然補償的補償能力較小，管道走向受到街道、鐵路、河溝及洼地等地理環境的制約，需要額外設計Π 字形折角彎管，但這會增加供熱管道的局部阻力損失和工程投資。

2 電預熱

電預熱是指管道受熱后產生拉伸，提前釋放部分膨脹變形，從而降低管道的軸向應力［3］。與風預熱、水預熱等其他預熱形式相比，電預熱設備占地小，便于操作，可實現加熱穩定、升溫過程均勻，預熱效果較好，預熱成本相對較低。

電預熱采取分段預熱方式， 宜以1 000m 為一段，敷設在郊外允許開槽施工的大口徑供熱管道多采用敞開式預熱安裝，對于城市內網多采用覆土電預熱敷設方式。 覆土電預熱施工時，待溝槽開挖完成后，先進行管道焊接、探傷、接口保溫和局部回填，一般供熱管頂預留1m 覆土，電預熱設備連接工作鋼管，安裝溫度傳感器，開機預熱，測量管道伸長量同步記錄相關數據，達到目標溫度和熱伸長量后回填。

施工前，供、回水工作鋼管末端采用電纜線連接，另一端連接電預熱設備，溫度傳感器安裝在管段向內12m 處（圖1），注意供、回水工作鋼管需提前用盲板密封，如有預留分支處需提前增加連通。 如果70℃預熱補償量未達到設計伸長量，則提高預熱溫度，以5℃為階梯提高溫度，最高溫度建議不超過75℃。

圖1 電預熱工作鋼管示意圖

3 一次性補償器

一次性補償器多應用在供熱管道預應力安裝工藝中，配合供熱管道電預熱安裝。 對于覆土電預熱施工，當管道焊接、接口保溫完畢土方部分回填后，先進行管道預熱，一次性補償器的補償量達到設計的預熱伸長量時， 管道熱伸長量被一次性補償器吸收［4］，斷電施焊，將安裝的一次性補償器的二次焊口密封焊接牢固，整體回填后停止預熱。 根據金屬材料熱脹冷縮特性， 管道由于降溫產生的熱應力將轉化為拉應力， 以克服管道供熱運行時的熱應力，其作用只補償預熱管段的伸長量，其伸縮原件只使用一次，不具備補償功能。

一般每個預熱段有幾組的一次性補償器，各補償器按等距離布置， 補償器之間不設置固定墩，安裝一次性補償器的管段應與其他管段用固定墩隔開，以確保吸收定長管道預熱伸長量。 管道采取分管預熱時， 要考慮管道冷卻的收縮量，將收縮值加到所接管段新的長度上。

一次性補償器安裝完畢后，其強度和疲勞壽命與管道的相同， 可大幅提高管道的安全性，一次性補償器的事故率較低，耐腐蝕性能好，安全可靠性較高，施工方便，可節約成本。

4 加設泡沫墊

對于管道產生側向變形較大的區域，可在管道的轉彎處（彎頭）和T 形分支處（三通管件）兩側加裝泡沫墊（圖2）。

圖2 彎頭和三通管件的泡沫墊位置示意圖

圖3 膨脹區局部加寬示意圖

表1 彎頭附近膨脹區尺寸簡表 mm

根據《熱水管道直埋敷設》圖集［5］，泡沫墊加設在膨脹區局部加寬的位置，如圖3 所示，對應的大口徑供熱管道與膨脹區凈距參數可參考表1所列的數據。 泡沫墊應選取具備一定彈性和承載力且化學性能穩定的材料，實際工程中選用密度在70～80kg/m3的防潮型彈性PUR 泡沫墊， 該泡沫墊富有彈性并且耐磨性能優越，在一定承載負荷下，可以起到降低彎頭和三通處管道應力的作用。 泡沫墊的一側寬度根據計算的位移量確定，外側填砂，同時需在距管道管頂400mm 的上側加設保護蓋板［6］。

5 關鍵部位壁厚加強

一般泄水和放氣管采用無縫鋼管，壁厚比主管道的薄，承壓能力弱，工程實際中要注意增加泄水和放氣管的壁厚，并加設保護套管。 對于重要供熱管道支線、河底直埋供熱管線、頂管/拉管供熱管線或者危險性較大的工程作業供熱管線，為保障運行安全性，建議采用加厚2mm 的管道［7］。對于輸送干線和輸配干線設置的彎頭、三通等管件的壁厚， 應比同規格的主管壁厚2～4mm，利用彎頭自然張力進行補償的多采用曲率半徑2.5D、3.0D 的成品壓制彎頭。 三通采用成品加強跨越式三通，做好加固，如披肩式加強三通（圖4，根據設計預先定制）。

圖4 披肩式加強三通結構示意圖

6 結束語

在長輸熱力管道無補償直埋敷設施工中，需結合電預熱、一次性補償器及加設泡沫墊等無補償直埋方式，降低熱力管道的軸向應力和管壁局部屈曲危險性， 可有效縮短施工工期，降低工程造價。 無補償直埋敷設對于提高供熱保障能力、確保供熱管道安全平穩運行以及節約供熱管網后期運行維護成本等方面起到重要作用。