創新供熱老舊管網改造思路延長管網使用壽命

文／王彥秋、王修成、相克政、李強 華電青島熱力有限公司 山東青島 266000

1、背景

1.1 概述

隨著國家節能減排、碳中和國策的逐步落實，我國集中供熱事業發展迅猛。上世紀80年代以后、尤其到了2000年以后，隨著科技的進步、經濟的發展、節能減排國策的貫徹實施，我國集中供熱事業突飛猛進。不僅嚴寒和寒冷地區的大城市，而且中小城市、林區、農場也開始發展集中供熱；不僅“三北”地區，而且黃淮地區也發展了集中供熱；長江流域等夏熱冬冷地區要求實施集中供熱的也呼聲高漲。截止2020年底全國集中供熱面積達約122.66 億m，全國管道長度達507348 公里，城市集中供熱普及率大大提升，僅青島市市區內集中供熱普及率就超過了95%。伴隨著集中供熱事業的蓬勃發展，先期建設的集中供熱管網也開始逐漸步入老舊管網行列。

1.2 供熱老舊管網的安全隱患

供熱老舊管網保溫失效、管道腐蝕減薄不僅引起沿途熱量損失陡增、損害附近管線和園林綠化，更是導致爆管危及行人、車輛安全的重大安全隱患，是供熱公司安全生產和節能降耗工作的難點，老舊管網改造已然成為供熱公司非供熱季檢修、技改工作的重點。

1.3 供熱老舊管網改造面臨的困難

供熱老舊管網的改造可謂困難重重。

一是地下空間有限，管位難尋。隨著城市的快速發展，道路地下空間資源越來越緊張，尤其是大中城市。當初敷設供熱管線時，道路下只有自來水管、排水管，供電、通訊等電纜也不多，都符合當時規劃的安全要求，而現在，燃氣管道、供電電纜以及各種通訊線纜密密麻麻，根據最新的規劃安全要求，很多老舊管網的管位都不符合安全要求，因此，即使同管位、同管徑更換老舊管道都不能實施。

二是改造資金巨大。絕大多數供熱管道都位于主干道下，施工時要盡可能減小對交通的影響，白天基本不能施工，而晚上施工噪音又不能影響居民休息，因此，每天能施工的時間很短，晚上開挖溝槽，凌晨又要做好支護以不影響交通，導致施工費用居高不下。

三是掘路涉及部門眾多，手續辦理十分困難。辦理掘路涉及規劃、城管、交警、園林甚至鐵路等部門，任何一個部門不同意都不能掘路，各部門間協調困難重重。老舊管網改造是一項系統工程，申請費用、設計、招標采購等等與辦理掘路手續之間要想協調好也不是一件容易的事。

1.4 創新改造思路，延長供熱老舊管網的壽命

熱水供熱系統的供回水管道通常是同槽敷設，對管材、安裝工藝的要求都是相同的，在相同外部環境下，由于供水管道溫度、壓力遠高于回水管道，供水管道的老化程度遠高于回水管道，即回水管道的健康狀況要遠好于供水管道，而老舊管網改造時都是將供回水管道同時更換。實際上，如果供熱管網水質控制得較好，即使是運行十幾年的回水管道，其管材質量變化并不大，既然更新改造實施困難，我們何不換個改造思路，嘗試在故障較多的管段兩端將供回水管道交叉，把狀態較好的回水管道用作供水，把狀態較差但卻能滿足回水參數要求的供水管用作回水，開挖范圍小、費用低，即可消除安全隱患也可挖掘老舊管道的潛力，延長管網的壽命。本文介紹了成功實施該方案的真是案例。

2、改造前管道情況

2.1 管道布置情況

山東省青島市某段高溫水供熱管道始建于2005年，2007年投入使用，設計運行供水壓力1.35MPa、溫度130℃，回水壓力0.6 MPa、溫度70℃，實際運行供水壓力1.1MPa、溫度105℃，回水壓力0.4 MPa、溫度55℃。該管道管徑DN600，采用預熱無補償安裝工藝。改造前管道布置示意圖如下：

圖1 管道改造前簡圖

圖中H1 點為熱源端，H1 點至A 點管道長度約470m，H1 點至H5 點總長約670m。

2.2 管道故障情況

2020-2021 采暖季期間在H1 點至A 點之間靠近A點附近，發現地表溫度明顯高于正常地表溫度，此前，在A 點附近還曾經在一個采暖季泄漏2 次。

第一次泄漏是系統充水時供水管道一個焊口附近拉裂導致，第二次是供熱運行中供水管道另一個焊口附近受到擠壓開裂。搶修處理過程中，均觀察到漏點焊口處保溫補口開裂，焊口兩側附近的聚氨酯保溫層已經碳化，工作鋼管局部受到腐蝕，減薄呈蜂窩狀。

該段管道采用了預熱安裝工藝，管道充水時管道整體承受拉應力，供熱溫度升高時，整體又承受壓應力。管道正常的壁厚足以經受住管道從充水到升溫過程中的應力變化；但在焊口附近管道受到地下水侵蝕、減薄時，管道承受應力的能力大幅降低，導致發生了充水時拉裂、升溫時壓裂的現象。

通過對管道多點局部挖探坑檢查，該管道從H1 點到A 點，部分供水管道的焊口保溫補口破損，地下水進入供水管道，已經開始對供水管道產生腐蝕，發生泄漏的是腐蝕最為嚴重的兩個焊口。而回水管道普遍保溫良好，保溫補口亦未發生破裂，工作鋼管未發現腐蝕現象。

2.3 管道泄漏的原因

相比而言，供水管道更容易發生腐蝕。供水管道工作壓力高，溫度變化幅度大、變化頻繁，在交變熱應力的作用下，供水管道反復脹縮并使保溫補口同樣受力，經過多年運行后，保溫補口施工工藝不良處或使用材料的薄弱處出現開裂，如果地下水位較高則地下水從開裂處滲入保溫層并被加熱成蒸汽，局部形成溫差電池腐蝕。回水管道內介質的壓力低、溫度變化幅度遠低于供水管道，上述腐蝕過程不易發生。事實上，絕大部分的供熱管道泄漏都發生在供水管上。

3、改造方案的確定

3.1 改造方案的初步設想

最初的想法是將該段管道全部更換，但該段管道靠近正在運營的高速鐵路，施工受到鐵路部門的嚴格限制；管道位于繁忙的交通主干道的人行道和綠化帶中，施工時需要中斷該道路的正常通行，審批手續復雜；施工時需要遷移綠化帶中的全部綠植，遷移費用較大。種種原因使得直接全部更換該段管道的方案基本不可行。

如果按以前的思路，既然不能全部更換，只能哪里泄漏被動的處理哪里，運行安全及供熱質量均得不到保障，居民反應強烈。壓力就是動力，在山窮水盡之下，公司技術管理人員突發奇想，能否把這段健康情況較好的回水管道供水管用，而情況較差的供水管道當作回水管用，通過局部小的改造達到消除隱患提高運行安全性的目的。

3.2 方案論證

方案主要聚焦兩點：一是原來的回水管道能否用在供水上，原來的供水管道能否用在回水上；二是如果回水管道能用在供水上，但畢竟也使用了十幾年了，其強度會受到一定的影響，因此需要改善這段供水管道的應力分布，降低管道的整體應力水平，提高改造后的安全性。

經查閱竣工資料，該段管道設計時，供回水管道的材料要求、包括預熱溫度等施工工藝要求并無差別，回水管道用作供水，從管材質量上看沒有問題；除了前述已經泄漏的兩個漏點外，供水管道腐蝕程度整體相對較輕，均未達到管道原壁厚的1/3，供水管道用作回水也能滿足要求。

要改善管道的應力分布，應降低供水管道的整體應力水平，可將原預熱安裝工藝改成有補償設計，相應增加補償器和固定點。

3.3 確定方案

經與原設計單位溝通，最終確定了在A 點供回水管道上增加固定墩，H1 點至A 點之間的原回水管道上增加3個供水補償器，H1 點處熱源側供水管與H1 點后原回水管對接，H1 點處熱源側回水管與H1 點后原供水管對接，在A 點處再反向交叉接到其后相應的供回水管上，即熱源來的高溫、高壓供水在H1 點后進入原回水管道，在A 點后再進入原供水管道，用戶側來的低溫、低壓回水在在A點后進入原供水管道，在H1 點后再進入原回水管道。

為提高改造后供水管的抗沖擊能力，供水管兩端的交叉管采用溝槽底部水平布置，回水管兩端的交叉管采用高起跨越供水管的布置。

3.4 方案的優點、缺點

該方案的優點是：施工范圍小，工程量少，施工范圍僅在5 個點，而不是全線開挖，施工時間大大縮短，對附近鐵路、管線和交通影響較小，能夠取得這些管理單位的理解，協調起來就容易得多；綠植遷移量、破壞量及溝槽支護作業量都大幅度減少，改造費用大幅降低，方案可實施性大大提高。

由于回水壓力、溫度比較低，原供水管道腐蝕減薄速度將會大幅降低。退一步講，如果原供水管道仍有其它腐蝕較為嚴重、可能造成泄漏的部位，改做回水管道后，即便運行中發生泄漏，因壓力、水溫較低不會對附近行人、車輛造成大的傷害，對綠植的影響也較小，其搶修難度相對供水管要小得多，基本可以不停運搶修。

該方案的缺點是：沒有徹底解決原供水管道的腐蝕減薄問題。

改造方案示意圖如下：

圖2 管道改造后簡圖（藍色為改造部分）

圖3 管道供回水交叉立面布置簡圖

圖4 管道交叉平面布置簡圖