简论供热管道的电预热施工

【摘要】介绍了供热管道的预热安装方式，分析了供热管道几种预热方式的优缺点，在此基础上，重点介绍了供热管道电预热的基本原理、电预热技术、施工方法及施工中要注意的问题。

【关键词】电预热；直埋；聚氨酯；保温管；无补偿

近年来直埋聚氨酯供热保温管道的应用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，直埋供热管道产品的技术水平得到大幅提高。但是供热直埋聚氨酯直埋管道的安装技术水平一直受国内相关技术水平的影响，过去国内的供热直埋聚氨酯直埋管道安装主要采用冷安装无补偿和有补偿安装两种方式。而供热管道的预热安装是近年来的新技术，更安全可靠，管道的电预热安装尤为先进，在我国的集中供热工程中的应用日趋成熟。

在供热聚氨酯直埋管道设计和施工中，分为有补偿直埋敷设及无补偿直埋敷设两种方式。

有补偿直埋敷设方式是通过管线自然补偿或者增加补偿器吸收管道运行中产生的膨胀变形，从而使管道的轴向应力最小，来解决管道热伸长量的问题的，达到解决管道热应力最小的目的；但由于在管网中大量应用补偿器和固定支架，增加检查井、阀门井，降低了管网的安全性，而且大大增加了管网的建设投资，这是我们所不愿看到的。

无补偿直埋敷设，是供热直埋聚氨酯直埋管道在受热伸长时没有任何补偿措施，而是靠管材本身强度来吸收热应力的。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，管道锚固段的轴向应力较大。冷安装可用于小管径低温差的系统中，而在大管径尤其是高温大管径的水系统中，直接影响管网的安全运行，必要时需要对管道进行加强处理。

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。主要应用于城市热力管网中最高运行温度不超过140℃的高温热水管道。

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，降低建设成本，预热安装是管道直埋敷设的最佳安装方式。尤其是对管网设计温度较高，管径较大的直埋管道采用预热安装方式具有明显的优势。

有补偿直埋敷设在城市或道路障碍物集中或不具备预热条件的地点作为一种技术补充。有补偿直埋敷设方式加设波纹补偿器或管道伸缩节。这两种敷设方式分段混合设计、施工。

1 管道电预热安装与其他几种预热安装方式的比较

目前，在工程中直埋聚氨酯直埋管道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、预热时间进行比较。

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，在对保温管进行水预热时，需要大量的循环热水和与之配套的锅炉、水泵等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，设备拆装困难。

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。是一种对环境不造成污染的新型管网安装方式。

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。

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。

2 直埋聚氨酯管道的电预热

直埋聚氨酯管道电预热是指在管道整体回填之前，将管道受热以后产生的一部分膨胀变形提前释放。电预热是新型的管网安装方式，它不同于其他预热安装方式，既不需要大量的热水，也不需要太多的设备，只要具备380V～400V的稳定电源即可。如果现场实在不具备稳定电源，可以采用输出电压为380V～400V的发电机作为电源。

3 预热管道伸长量的计算

预热管道伸长量按式（1）计算：

X=α×（tm-ti）×Lpr。（1）

式中：X———预热管道伸长量，m；

ti———预热管道初始应力为零时的管道温度，℃；

Lpr———预热管道长度，m；

α———钢材的线膨胀系数，m/m·℃。

循环中间温度tm按式（2）计算：

tm=0.5×（t1+t2）。 （2）

式中：tm——中间温度，即管段内平均应力为零（未计入内压影响）的温度，℃；

t1——管道工作循环最高温度，℃；

t2——管道工作循环最低温度，℃。

在整个预热过程中，按钢管未发生屈服处理。

4 管道电预热安装的基本原理

预热设备的输入口处接低电流、高电压，而在输出口处则为高电流、低电压。

通过导体的电流强度越大，时间越长，发热量就越多。根据热胀冷缩的原理，保温管在升温的过程中，热量增多，长度也不断伸长。当保温管的伸长量达到设计预热伸长量时即可进行回填。为了使回填过程中钢管的伸长量不回缩，需继续预热保持恒温，直到焊接完成、回填结束方可停止预热。

5 管道电预热安装的操作步骤

5.1 预热设备摆放于管道一端的平整场地上。

5.2 在管道两端焊接接线螺栓（螺栓一般呈纵向单排焊接），并用电缆将管道同设备连接。

5.3 用电缆连接预热保温管另一端的供、回水管。

5.4 安装温度传感器。

5.5 检查仪器是否正常。

5.6 开机预热。

5.7 回填。回填过程严格按设计要求进行。

6 管道电预热安装过程中需要注意的事项

6.1 预热时间管道的预热应避开冬季施工，在条件允许时，尽量选在夏季施工。

6.2 施工准备在预热施工之前，应完成预热管段的接头保温；

6.3 管沟回填土应回填至管道高度的3/4处；

6.4 如果管道作水压试验，应确保将管道中水排放完；

6.5 将预热管段两端用端帽密封，防止气体流通；

6.6 检查预热设备及电缆是否正确连接；

6.7 预热段内不能有变径或不同材质的保温管。

6.8 在预热过程中，不允许供、回水管道之间存在任何短接，否则将发生短路或局部发热。

6.9 将管道两端管口用塑料端帽封好，以防止管内的热气散失而延长预热时间。

6.10 在管道达到预热伸长量进行焊接和回填时，一定要保证回填质量，回填的顺序为由预热管段的两端向中间回填。