摘要：對于城市集中供熱管道的一次性補(bǔ)償預(yù)熱施工方法, 目前在施工中應(yīng)用的較少，通過工程實(shí)例把施工過程中的實(shí)踐數(shù)據(jù)、應(yīng)用公式、施工步驟、要點(diǎn)及應(yīng)注意的問題作了介紹。實(shí)踐表明：在城市主干道上的埋地集中供熱管道采用此種施工工藝，優(yōu)點(diǎn)是減少了補(bǔ)償器損壞的機(jī)率，減少了維護(hù)費(fèi)用，安全性能可靠，而缺點(diǎn)是預(yù)熱工藝較復(fù)雜，準(zhǔn)備工作及預(yù)熱時間較長。
關(guān)鍵詞：一次性補(bǔ)償，預(yù)熱施工，零應(yīng)力溫度
中圖分類號： TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
為使城市供熱管網(wǎng)在運(yùn)行中安全、經(jīng)濟(jì)，城市供熱直埋管道一次性補(bǔ)償?shù)玫搅藦V泛應(yīng)用.城市供熱管道直埋敷設(shè)方式一般可分為3種：有補(bǔ)償直埋敷設(shè)、無補(bǔ)償直埋敷設(shè)、一次性補(bǔ)償直埋敷設(shè)。隨著社會的發(fā)展，居民生活水平的提高，城鎮(zhèn)冬季供熱的集中化、普及化，使用戶和運(yùn)行管理方對供熱管道，尤其是高溫?zé)崴艿肋\(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性越來越重視，迫使設(shè)計(jì)和安裝工藝逐漸由有補(bǔ)償敷設(shè)向無補(bǔ)償、一次性補(bǔ)償直埋敷設(shè)發(fā)展。
1 工程概況
青島山東路高溫?zé)崴芫W(wǎng)工程屬于大口徑、高溫水供熱管道，DN800管道約為3200m，DN400管道約為400m，溝槽長度約為1800m，充水量約為1600m，設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)為供、回水溫度135/70℃，工作壓力1. 4MPa，采用一次性補(bǔ)償預(yù)熱直埋敷設(shè)。其管道安裝工藝流程為: 管道、溝槽檢驗(yàn)―管道預(yù)制―開挖焊接操作坑―機(jī)械布管―管道組對、安裝―固定支墩澆注―焊口探傷(管道試壓)―管道預(yù)熱―補(bǔ)償器焊接―補(bǔ)償器保溫―溝槽回填壓實(shí)―竣工驗(yàn)收及清理。
2 技術(shù)難點(diǎn)
1) 一次性補(bǔ)償器的焊接：一次性補(bǔ)償器最后的焊接固定是角焊縫，強(qiáng)度要比管道上的對接焊縫小，是一個薄弱環(huán)節(jié), 因此一定要控制好一次性補(bǔ)償器的焊接，不同廠家的一次性補(bǔ)償器都規(guī)定了各自的焊接工藝，若無要求，應(yīng)編制焊接方案，并征得設(shè)計(jì)、廠家的認(rèn)可。
2) 預(yù)熱伸長量的計(jì)算及測量，此程序是保證預(yù)熱效果的關(guān)鍵，計(jì)算值與實(shí)際預(yù)熱值的誤差一般應(yīng)控制在2-3cm。
3) 升溫速度一般不應(yīng)超過4℃/h, 使管道緩慢延伸，確保安全。對于較長管線整段預(yù)熱由于采用的熱源功率一般不會太大，大火燃燒溫升速度一般不會超過4℃ /h。
3 一次性補(bǔ)償器施工原理及施工要點(diǎn)
3. 1一次性補(bǔ)償器施工原理
3.1.1熱應(yīng)力計(jì)算對于熱水管道所受到的熱應(yīng)力，按照供水溫度95℃，管網(wǎng)安裝溫度20℃計(jì)算，管道溫差變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力為：
σ=α×E×Δt
式中：α為鋼材線脹軸向系數(shù)1.2×10-5℃;E為鋼材彈性模量2. 0 ×105N/ mm2 ; Δt
為溫度差℃，即：σ=1.2×10-5 /℃×2.0×l05 N/mm2 ×(95-20)℃=189 N/mm2>123N/mm2(Q235B鋼管的許用應(yīng)力)。
3.1.2熱應(yīng)力的釋放通過以上的計(jì)算可知，熱應(yīng)力σ已大于Q235B鋼管的許用應(yīng)力123N/mm2，也就是說管道的許用應(yīng)力承受不了因熱脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力。因此要保證供熱管道安全運(yùn)行，必須將溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力合理釋放，釋放方式之一是在管道低溫狀態(tài)下對管道進(jìn)行“冷緊”，迫使管道產(chǎn)生拉應(yīng)力，在管道受熱膨脹時，拉應(yīng)力和熱應(yīng)力相互平衡達(dá)到管系穩(wěn)定。城市供熱管道的無補(bǔ)償、一次性補(bǔ)償直埋敷設(shè)是通過管道預(yù)熱來達(dá)到管道的“冷緊”釋放熱應(yīng)力的，
3. 2一次性補(bǔ)償器預(yù)熱直埋施工要點(diǎn)
在管道焊接完畢溝槽回填后(一次性補(bǔ)償器處不回填)，對管道進(jìn)行預(yù)熱，管道熱伸長被一次性補(bǔ)償器吸收，達(dá)到預(yù)熱伸長計(jì)算值后，立即將一次性補(bǔ)償器的固定外殼與滑動套筒焊接牢固，使其不能再次伸縮，預(yù)熱結(jié)束后管道由于溫降產(chǎn)生的應(yīng)力在管道中表現(xiàn)為拉應(yīng)力，使管道處于冷緊狀態(tài)，用以克服管道再次受熱時產(chǎn)生的應(yīng)力，這種直埋方式的安全可靠性較好，適應(yīng)范圍廣，補(bǔ)償器僅使用一次，故障率極低，并可延長管道的使用壽命。
4工程整段預(yù)熱
4. 1預(yù)熱資源準(zhǔn)備
該工程進(jìn)行整段預(yù)熱，預(yù)熱長度已超過設(shè)計(jì)所要求的溝槽長度400 -500m，預(yù)熱熱源采用移動式常壓燃油熱水鍋爐，型號為：CWHS2-1-90/05，額定功率為2. 1MW，進(jìn)出溫度為90/70 ℃，水流量為72m3/h，配備熱水循環(huán)泵型號為：KQL100/170-15/2，流量80m3 /h，揚(yáng)程40mH2 O，功率15kW。
4. 2補(bǔ)償器預(yù)熱伸長的計(jì)算
在一次性補(bǔ)償器安裝時，應(yīng)先計(jì)算各個補(bǔ)償器的預(yù)熱伸長量，預(yù)熱伸長量計(jì)算式如下：
ΔL=α（tm.一tp)L
式中α為鋼材的線脹軸向系數(shù)，1.2×10-5//℃;tm為預(yù)熱溫度(零應(yīng)力溫度)℃ ;tp為管道補(bǔ)償器焊接安裝時的環(huán)境溫度℃，該工程取25℃;L為補(bǔ)償段長度m。
預(yù)熱溫度tm： (零應(yīng)力溫度)計(jì)算式如下：
tm=(t1+t2)/2
式中：t1為管道最高工作溫度，取熱網(wǎng)設(shè)計(jì)供水溫度;t2為管道供熱時循環(huán)最低溫度，一般供暖運(yùn)行時取10℃。
該工程：供水管tm=(135℃+100℃ )/2=72. 5℃
回水管tm=(70 ℃+10℃)/2=40℃
補(bǔ)償段長度計(jì)算式如下:
L=( L1+L2)/2
式中： L1 ,L2以設(shè)計(jì)尺寸為準(zhǔn)，
4. 3在補(bǔ)償器上標(biāo)記預(yù)熱伸長
一次性補(bǔ)償器預(yù)熱伸長量計(jì)算無誤后，根據(jù)補(bǔ)償器計(jì)算的補(bǔ)償量不同在已安裝補(bǔ)償器上進(jìn)行預(yù)熱伸長量標(biāo)記(焊接固定檔板)或者在安裝前調(diào)整定位螺栓使滑動套筒限制在預(yù)熱伸長量計(jì)算值處，然后安裝。該工程中一次性補(bǔ)償器采用兩個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，由于設(shè)計(jì)生產(chǎn)思路不同，一種補(bǔ)償器是按照設(shè)計(jì)所提供的全段熱伸長量進(jìn)行生產(chǎn)；另一種是按照零應(yīng)力溫度計(jì)算的預(yù)熱伸長量進(jìn)行生產(chǎn)。前一種補(bǔ)償器的外殼固定擋板與滑動套筒在預(yù)熱結(jié)束時不會接觸，兩者之間會有一定間距，焊接時需要外護(hù)鋼板加強(qiáng)，后一種補(bǔ)償器由于是按照預(yù)熱伸長量設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，在達(dá)到預(yù)熱伸長量時，補(bǔ)償器的滑動套筒應(yīng)與固定擋板接觸在一起，不需要外護(hù)鋼板加強(qiáng)。
4. 5預(yù)熱并進(jìn)行補(bǔ)償器的焊接
該工程在經(jīng)過40h的加熱后，回水管溫度達(dá)到40℃，經(jīng)檢查回水管一次性補(bǔ)償器都未到達(dá)預(yù)熱伸長量計(jì)算值位置，因此決定鍋爐繼續(xù)升溫，同時注意補(bǔ)償器的熱伸長量，至48h回水管升溫至53℃時回水管各個補(bǔ)償器先后都已達(dá)到預(yù)熱伸量計(jì)算值位置，此時保持恒溫進(jìn)行回水管一次性補(bǔ)償器焊接�；厮苎a(bǔ)償器焊接牢固后，鍋爐繼續(xù)燃燒升溫至73℃時供水管僅有兩處補(bǔ)償器到達(dá)預(yù)熱伸長量計(jì)算值位置，將這兩處的補(bǔ)償器焊接。升溫至82℃時剩余三處補(bǔ)償器仍未達(dá)到位置，最大差3 cm，繼續(xù)升溫至88℃最高溫度時，這三處補(bǔ)償器基本無再伸長變化，維持86-88℃近40h后，觀察仍無伸長變化，因此不再延長預(yù)熱時間，即可進(jìn)行補(bǔ)償器的焊接。
4. 6問題及措施
在預(yù)熱過程中，有的補(bǔ)償器能夠達(dá)到預(yù)熱伸長量計(jì)算值位置;有的則不能，分析達(dá)不到預(yù)熱伸長量計(jì)算值的原因：一是管段中有兩處較大的折點(diǎn)，大大增加了管道熱伸長的約束力，二是管段覆土較深(埋深在4m以上，局部管段埋深在7m左右)。事實(shí)證明，管段地勢平坦，管頂覆土深度在2m以內(nèi)的，能夠及早達(dá)到預(yù)熱伸長量計(jì)算值，為了減小土壤磨擦阻力，安裝管道時可以在管道外殼上包裹一層PVC塑料薄膜。
5預(yù)熱過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)
1) 根據(jù)工程實(shí)際情況確定預(yù)熱方式，比如：工期、環(huán)境條件、現(xiàn)場地形條件、設(shè)計(jì)條件等，一般來講，對于敷設(shè)在郊外，允許長時間敞槽且臨時熱源比較方便時，應(yīng)優(yōu)先選用敞槽式預(yù)熱，對于沿城市街道敷設(shè)的管道，應(yīng)采用部分管段回填后預(yù)熱的方法。
2) 在預(yù)熱過程中，到達(dá)零應(yīng)力溫度是一個標(biāo)志點(diǎn)，此時應(yīng)認(rèn)真測量并確定一次性補(bǔ)償器是否到達(dá)預(yù)熱伸長量計(jì)算值位置，若沒有，可適當(dāng)提高預(yù)熱溫度使其盡量到達(dá)伸長位置，回水管一般都沒有問題，因?yàn)榛厮芰銘?yīng)力溫度（tm回）較低，即使此時一次性補(bǔ)償器達(dá)不到要求位置，在提高供水管〔tm供〕過程中，一般都能達(dá)到,問題在于達(dá)到供水管(tm供)以至于升到最高溫度時(預(yù)熱溫度一般不應(yīng)超過900℃)，供水管一次性補(bǔ)償器仍然有可能達(dá)不到位置，此時可以保持最高溫度恒溫8-10h，若仍然達(dá)不到位置或效果不明顯，也應(yīng)進(jìn)行一次性補(bǔ)償器焊接，不應(yīng)再繼續(xù)升溫。
6結(jié)束語
熱水預(yù)熱的優(yōu)點(diǎn)是升溫穩(wěn)定，容易進(jìn)行溫度控制，采用此種方式預(yù)熱管道可以敞槽也可以回填；缺點(diǎn)是預(yù)熱所用設(shè)備、管道連接較復(fù)雜，升溫慢、時間長、前期造價相對較高，需要充、排水，對于較長管線，充、排水需要較長時間，且水源、排水不方便時較麻煩，因此，采用該方法，事先必需充分考慮上水水源和廢水排放，避免因考慮不周對周邊建筑物、構(gòu)筑物等造成影響。
參考文獻(xiàn)
CJJ 34-2005城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范〔s].
CJJ/T 81-98城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程[s].
