城市供熱管道一次性補償預熱施工方法

城市供熱管道一次性補償預熱施工方法摘要：對于城市集中供熱管道的一次性補償預熱施工方法,目前在施工中應用的較少，通過工程實例把施工過程中的實踐數(shù)據(jù)、應用公式、施工步驟、要點及應注意的問題作了介紹。實踐表明：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)點是減少了補償器損壞的機率，減少了維護費用，安全性能可靠，而缺點是預熱工藝較復雜，準備工作及預熱時間較長。關鍵詞：一次性補償，預熱施工，零應力溫度為使城市供熱管網(wǎng)在運行中安全、經(jīng)濟，城市供熱直埋管道一次性補償?shù)玫搅藦V泛應用.城市供熱管道直埋敷設方式一般可分為3種：有補償直埋敷設、無補償直埋敷設、一次性補償直埋敷設。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，使用戶和運行管理方對供熱管道，尤其是高溫熱水管道運行的安全性、穩(wěn)定性越來越重視，迫使設計和安裝工藝逐漸由有補償敷設向無補償、一次性補償直埋敷設發(fā)展。1工程概況青島山東路高溫熱管水網(wǎng)工程屬于大口徑、高溫供水熱管道，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，設計運行參數(shù)為供、回水溫度135/70℃，工作壓力1.4MPa，采用一次性補償預熱直埋敷設。其管道安裝工藝流程為:管道、溝槽檢驗作坑—機械布管—管道組對、安裝—固定支墩澆注—焊口探傷(管道試壓)—管道預熱—補償器焊接—補償器保溫—溝槽回填壓實—竣工驗收及清理?！艿李A制—開挖焊接操2技術難點1)一次性補償器的焊接：一次性補償器最后的焊接固定是角焊縫，強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償器的焊接，不同廠家的一次性補償器都規(guī)定了各自的焊接工藝，若無要求，應編制焊接方案，并征得設計、廠家的認可。2)預熱伸長量的計算及測量，此程序是保證預熱效果的關鍵，計算值與實際預熱值的誤差一般應控制在2-3cm。3)升溫速度一般不應超過4℃/h,使管道緩慢延伸，確保安全。對于較1長管線整段預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。3一次性補償器施工原理及施工要點3.1一次性補償器施工原理3.1.1熱應力計算對于熱水管道所受到的熱應力，按照供水溫度95℃，管網(wǎng)安裝溫度20℃計算，管道溫差變化產(chǎn)生的熱應力為：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×l05N/mm2×(95-20)℃=189N/mm2>123N/mm2(Q235B鋼管的許用應力)。3.1.2熱應力的釋放通過以上的計算可知，熱應力σ已大于Q235B鋼管的許用應力123N/mm2，也就是說管道的許用應力承受不了因熱脹產(chǎn)生的熱應力。因此要保證供熱管道安全運行，必須將溫度變化產(chǎn)生的熱應力合理釋放，釋放方式之一是在管道低溫狀態(tài)下對管道進行“冷緊”，迫使管道產(chǎn)生拉應力，在管道受熱膨脹時，拉應力和熱應力直埋敷設是通過管道預熱3.2一次性補償器預熱直埋施工要點焊接完畢溝槽回填后(一次性補償器處不回填)，對管道進行預熱，管道熱伸長被一次性補償器吸收，達到預熱伸長計算值后，立即將一次性補償器的固定外殼與滑動套筒焊接牢固，使其不能再次伸縮，預熱結束后管道由于溫產(chǎn)生的應力在管道中表現(xiàn)為拉應力，使管道處于冷緊狀態(tài)，用以克服管道再次受熱時產(chǎn)生的應力，這種直埋方式的安全可靠性較好，適應范圍廣，補償器僅使用一次，故障率極低，并可延長管道的使用壽命。4工程整段預熱4.1預熱資源準備該工程進行整段預熱，預熱長度已超過設計所要400-500m，預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，進出溫度為90/70℃，水流量為72m3/h，配備熱水循環(huán)泵型相互平衡達到管系穩(wěn)定。城市供熱管道的無補償、一次性補償來達到管道的“冷緊”釋放熱應力的，在管道降求的溝槽長度2

號為：KQL100/170-15/2，流量80m3/h，揚程40mH2O，功率15kW。4.2補償器預熱伸長的計算在一次性補償器安裝時，應先計算各個補償器的預熱伸長量，預熱伸長量計算式如下：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為預熱溫度(零應力溫度)℃;tp為管道補償器焊接安裝時的環(huán)境溫度℃，該工程取25℃;L為補償段長度m。預熱溫度tm：(零應力溫度)計算式如下：tm=(t1+t2)/2式中：t1為管道最高工作溫度，取熱網(wǎng)設計供水溫度;t2為管道供熱時循環(huán)最低溫度，一般供暖運行時取10℃。該工程：供水管tm=(135℃+100℃)/2=72.5℃回水管tm=(70℃+10℃)/2=40℃補償段長度計算式如下:L=(L1+L2)/2式中：L1,L2以設計尺寸為準，4.3在補償器上標記預熱伸長一次性補償器預熱伸長量計算無誤后，已安裝補償器上進行預熱伸長量標記(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熱伸長量計算值處，然后安裝。該工程中一次性補償器采用兩個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，由于設計生產(chǎn)思路不同，一種補償器是按照設計所提供的全段熱伸長量進行生產(chǎn)；另一種是按照零應力溫度計算的預熱伸長量進行生產(chǎn)。前一種補償器的外殼固定擋板與滑動套筒在預熱結束時不會接觸，兩者之間會有一定間距，焊接時需要外護鋼板加強，后一種補償器由于是按照預熱伸長量設計達到預熱伸長量時，補償器的滑動套筒應與固定擋板接觸在一起，不需要外護鋼板加強。4.5預熱并進行補償器的焊接經(jīng)過40h的加熱后，回水管溫度達到40℃，根據(jù)補償器計算的補償量不同在生產(chǎn)的，在該工程在經(jīng)檢查回水管一3

次性補償器都未到達預熱伸長量計算值位置，因此決定鍋爐繼續(xù)升溫，同時注意補償器的熱伸長量，至48h回水管升溫至53℃時回水管各個補償器先后都已達到預熱伸量計算值位置，此時保持恒溫進行回水管一次性補償器焊接。回水管補償器焊接牢固后，鍋爐繼續(xù)燃燒升溫至73℃時供水管僅有兩處補償器到達預熱伸長量計算值位置，將這兩處的補償器焊接。升溫至82℃時剩余三處補償器仍未達到位置，最大差3cm，繼續(xù)升溫至88℃最高溫度時，這三處補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，因此不再延長預熱時間，即可進行補償器的焊接。4.6問題及措施在預熱過程中，有的補償器能夠達到預熱伸長量計算值位置;有的則不能，分析達不到預熱伸長量計算值的原因：一是管段中有兩處較大的折點，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)。事實證明，管段地勢平坦，管頂覆土深度在2m以內(nèi)的，能夠及早達到預熱伸長量計算值，為了減小土壤磨擦阻力，包裹一層PVC塑料薄膜。5預熱過程中應注意的事項1)根據(jù)工程實際情況確定預熱方式，比如：工期、環(huán)境條件、現(xiàn)場地條件、設計條件等，一般來講，對于敷設在郊外，允許長時間敞槽且臨時熱源比較方便時，應優(yōu)先選用敞槽式預熱，對于沿城市街道敷設的管道，應采用部分管填后預熱的方法。2)在預熱過程中，到達定一次性補償器是否到達預熱伸長量計算值位置，若沒有，可適當提高預熱溫度使其盡量到達伸長位置，回水管一般都沒有問題，因為回水管零應力溫度（tm回）較低，即使此時一次性補償器達不到要求位置，在提高供水管〔tm供〕過程中，一般都能達到,問題在于達到供水管(tm供)以至于升到最高溫度時(預熱溫度一般不應超過900℃)，供水管一次性補償器仍然有可能達不到位置，此時可以保持最高溫度恒溫8-10h，若仍然達不到位置或效果不明顯，也應進行一次安裝管道時可以在管道外殼上形段回零應力溫度是一個標志點，此時應認真測量并確性補償器焊接，不應再繼續(xù)升溫。6結束語