电预热技术在城镇供热直埋保温管道安装中的应用分析

　　电预热技术在城镇供热直埋保温管道安装中的应用
　　【摘 要】本文理论与实践相结合，详细介绍了管道的预热安装方式，分析了几种管道预热方式的优缺点，在此基础上，重点介绍了电预热的基本原理、电预热技术及电预热设备在国内直埋管道工程中的应用情况，本文对电预热技术在国内直埋管道工程中的广泛应用具有重要的指导意义，对国内直埋管道安装技术的发展具有重要的推动作用。
　　1、前言目前，城镇直埋管道的应用和发展已经进入崭新的阶段，产品的生产和加工工艺已经基本成熟，直埋管道产品的技术水平得到大幅度的提高。但是，直埋管道安装技术水平一直是制约国内直埋管道发展的瓶颈，由于受国内相关设备和技术水平的影响，国内的管道安装主要采用冷安装无补偿以及有补偿安装两种方式，而更加安全可靠的管道预热安装却很少在工程中应用。北京豪特耐公司根据国内管道安装技术的发展现状，为了满足工程中对安全可靠，切实可行的管道预热技术及设备的迫切需求，与欧洲技术领先的电预热设备制造商合作，共同开发了适合中国直埋管道产品和施工要求的电预热设备，并将这一技术和设备成功应用于国内多个大口径直埋供热管网工程中，为国内直埋管道安装技术的发展翻开了崭新的一页。
　　2、直埋管道的安装方式直埋管道的安装方式可以归纳为三种，无补偿安装、有补偿安装和预热安装。直埋管道安装方式的选择受很多因素的影响，钢管直径、钢管壁厚、输送介质温度、敷设深度都将影响管道安装方式的选择，在管网设计中应针对具体的工程实际情况分析计算以后确定适当的管道安装方式。
　　2.1 无补偿安装管道在施工的同时就可以回填，整体焊接管道时的温度等于回填时的环境温度，在管网中最大限度地减少甚至完全取消补偿器和固定支架，但是，由于管网运行时的温差较大，管道中锚固段的轴向应力较大，必要时需要对管道进行加强处理。
　　2.2 有补偿安装在管网中用补偿器吸收管道运行中产生的膨胀变形，管道中的轴向应力最小，但由于在管网中大量应用了补偿器和固定支架，增加了管网的建设投资，降低了管网的安全性。
　　2.3 预热安装预热安装是界与无补偿安装和有补偿安装之间的一种安装方式，管沟在回填之前管道的一半膨胀变形已经提前释放，管道轴向应力降低到无补偿安装的一半，而且基本取消了管网中的补偿器和固定支架，大大提高了管网的安全性。
　　由以上分析可见，如果考虑管网的长期运行的安全性和稳定性，预热安装是管道直埋敷设的最佳安装方式。尤其对管网设计温度高于140℃大管径直埋管道采用预热安装方式具有明显的优势。
　　3、几种预热安装方式的比较目前，在工程中应用的预热方式主要有水预热、风预热和电预热三种，下面对各种预热方式的施工条件要求、预热效果、热消耗量、预热时间进行比较。
　　3.1 施工条件要求水预热当没有方便并且可以利用的热水为预热管道提供热源时，必须具备加热锅炉等加热设备对预热管道提供热水热源，管道中必须为预热准备阀门和一次性补偿器，而且在管道预热之前，预热管道必须焊接完毕形成连续的回路。
　　风预热风预热须具备大功率风机对管道提供持续风源，预热管段必须焊接完毕，形成完整回路，以便气流顺利通过。
　　电预热除须专用的预热设备以外，对预热管道要求相对较低，由于管道中不需要流通水或者风等介质，因此，不需要管道形成封闭的回路，也不需要在管道中设置一次性补偿器和阀门。
　　3.2 预热效果水预热预热温度比较均匀，但由于管道在预热过程中必须注满热水，所以管道重量很大，管道与土壤之间的摩擦力较大，因此，设计伸长量不容易达到，大管径管道水预热时，管道中容易出现锚固段，影响预热的效果。
　　由于热风在管道回路中流动时热损失非常大，因此，管道的预热温度不均匀，通常情况下，管道起始端和末端的预热温差在20℃左右，影响管道热伸长的均匀性。
　　电预热管道电预热将钢管作为电阻，利用电能对钢管进行加热，钢管中没有介质，因此，管道沿长度方向预热均匀，预热时间短，而且管道中不存在锚固段，能够达到理想的管道预热效果。
　　3.3 热消耗量针对各种预热方式，按照相同的计算条件下，对各种预热方式所消耗的热量进行了计算。
　　计算条件：钢管直径：DN700mm，钢级：ST52钢管壁厚：8mm预热温差：60K管沟长度：500m计算结果：
　　不考虑热水和热风在传输过程中的热损失，热传输效率按照100%计算，三种预热方式热消耗量的比值约为：
　　电预热：热水预热：热风预热/1：25.8：60 3.4 预热时间管道预热时间受钢管的管径、壁厚，以及管道的热损失的影响，在相同的条件下，由于电预热的热消耗量最小，因此，将管道加热到预热温度所需要的时间最短；风预热的热消耗量最大，而水预热的热消耗量虽然相对较小，但水预热由于管道的摩擦力较大，因此，达到设计伸长量所需要的时间很长，因此，风预热和水预热的预热时间大约为电预热的3~5倍。
　　4、电预热技术的基本原理管道电预热是通过预热设备提供一个低电压、高电流的电能，将供回水管道作为电阻通过电缆连接起来，与预热设备形成回路，将钢管温度加热到设计预热温度。
　　预热设备输出的电压不高于60V，输出电流根据管道的具体情况在3000~5000A.
　　5、电预热的技术优势与其他预热方式相比较，电预热技术具有明显的技术优势：
　　施工条件要求简单，不需要在管道中安装一次性补偿器和固定支架；
　　热消耗量小，预热均匀，预热时间短；
　　电预热设备体积小、重量轻、易操作、无震动、无噪音，自动监控；
　　适用范围广，只要钢管为介质输送管，都可以实现；
　　低电压可以保证施工安全。
　　6、电预热设备的适用范围电预热的技术优势必须依靠先进的电预热设备来实现。目前，针对直埋保温管道的现场安装实际情况，还没有完全可靠的技术设备实现钢管的电预热。北京豪特耐公司的电预热设备，填补了这个空白。具体适用范围如下：
　　直径DN50-DN1200；
　　单管、多管系统并用；
　　供回水管不同材质的钢管线；
　　钢套钢形式的保温管和聚乙烯外护壳形式的保温管连接管线；
　　不同直径的管线同时预热；
　　两个有间隔的预热段同时预热；
　　7、电预热技术的工程应用目前电预热技术应用于国内多个集中供热管网工程中，取得了很好的预热效果，同时，积累了丰富的工程经验，下面以某个集中供热管网工程中的一段DN900mm管道电预热为例，探讨电预热在工程中的应用效果。
　　预热管段基本参数：
　　管道规格：920×12/1055×14mm管道长度：480m运行温度：130℃环境温度：15.5℃预热温度：68℃设计伸长量：303mm管道预热温度与时间关系曲线（图3）：
　　由图3可见，在预热过程中，管道的温度基本按照直线均匀上升，说明这种预热方式，管道的加热速度非常均匀平稳，没有大的起伏，这样可以保证管道良好的预热效果。
　　管道伸长量与时间关系曲线（图4）：
　　由图4分析可知，在管道预热的最初1~2个小时，管道中由于温升产生的轴向力首先要克服管沟中土壤的摩擦力，因此，在预热开始阶段，管道的热伸长速度很慢，当温度继续升高到超过土壤摩擦力以后，管道的膨胀量基本按照直线匀速上升。
　　管道长度与伸长量关系曲线（图5）：
　　图5为管道长度与管道伸长量关系曲线，在管道预热过程中，当管道上没有固定点时，管道向两侧伸长，由图4可见，在预热管线上只有一个伸长量为零的驻点，而且在驻点两侧，管道的伸长量的增加曲线沿直线变化，斜率相同，这说明管道的预热均匀，不存在没有预热的管段。
　　8、管道电预热应注意的问题管道的电预热施工是一个系统工程，施工中的各个环节必须严格按照施工要求执行，认真准备，密切配合，这样才能达到预期的预热效果。
　　8.1 预热时间管道的预热应避开冬季施工，因为冬季环境温度低，管道的伸长量大，预热所需要的时间长，在条件允许时，尽量选在夏季施工。
　　8.2 施工准备在预热施工之前，应完成预热管段的接头保温；
　　管沟回填土应回填至管道高度的3/4处；
　　如果管道作水压试验，应确保将管道中水排放完；
　　在预热设备的两侧分别设标尺，设计伸长量应等于两侧伸长量的总和；
　　将预热管段两端用端帽密封，防止气体流通；
　　检查供、回水管道上有无短路连接，如果存在短路连接点，应在预热之前及时切断或调整预热管段，避开短路点；
　　检查预热设备及电缆是否正确连接；
　　8.3 回填要求在管道达到设计伸长量以后，开始管沟回填。为了控制管道的回缩量，回填土应每200~300mm夯实一次，回填的顺序为由预热管段的两端向中间回填。
　　9、总结直埋保温管道的预热安装是一种安全可靠的管道安装方式，而电预热是管道预热方式的创新，它具有预热时间短、预热均匀、操作简单、容易实现等优点，使管道预热安装变成一种可能，提高了管道的安全性和稳定性以及长期的使用寿命，推动了直埋管道安装技术的发展。——北京豪特耐管道设备有限公司 周抗冰 王松涛