電預熱技術在城鎮供熱直埋保溫管道安裝中的應用
【摘 要】本文理論與實踐相結合，詳細介紹了管道的預熱安裝方式，分析了幾種管道預熱方式的優缺點，在此基礎上，重點介紹了電預熱的基本原理、電預熱技術及電預熱設備在國內直埋管道工程中的應用情況，本文對電預熱技術在國內直埋管道工程中的廣泛應用具有重要的指導意義，對國內直埋管道安裝技術的發展具有重要的推動作用。
1、前言目前，城鎮直埋管道的應用和發展已經進入嶄新的階段，產品的生產和加工工藝已經基本成熟，直埋管道產品的技術水平得到大幅度的提高。但是，直埋管道安裝技術水平一直是制約國內直埋管道發展的瓶頸，由于受國內相關設備和技術水平的影響，國內的管道安裝主要采用冷安裝無補償以及有補償安裝兩種方式，而更加安全可靠的管道預熱安裝卻很少在工程中應用。北京豪特耐公司根據國內管道安裝技術的發展現狀，為了滿足工程中對安全可靠，切實可行的管道預熱技術及設備的迫切需求，與歐洲技術領先的電預熱設備制造商合作，共同開發了適合中國直埋管道產品和施工要求的電預熱設備，并將這一技術和設備成功應用于國內多個大口徑直埋供熱管網工程中，為國內直埋管道安裝技術的發展翻開了嶄新的一頁。
2、直埋管道的安裝方式直埋管道的安裝方式可以歸納為三種，無補償安裝、有補償安裝和預熱安裝。直埋管道安裝方式的選擇受很多因素的影響，鋼管直徑、鋼管壁厚、輸送介質溫度、敷設深度都將影響管道安裝方式的選擇，在管網設計中應針對具體的工程實際情況分析計算以后確定適當的管道安裝方式。
2.1 無補償安裝管道在施工的同時就可以回填，整體焊接管道時的溫度等于回填時的環境溫度，在管網中最大限度地減少甚至完全取消補償器和固定支架，但是，由于管網運行時的溫差較大，管道中錨固段的軸向應力較大，必要時需要對管道進行加強處理。
2.2 有補償安裝在管網中用補償器吸收管道運行中產生的膨脹變形，管道中的軸向應力最小，但由于在管網中大量應用了補償器和固定支架，增加了管網的建設投資，降低了管網的安全性。
2.3 預熱安裝預熱安裝是界與無補償安裝和有補償安裝之間的一種安裝方式，管溝在回填之前管道的一半膨脹變形已經提前釋放，管道軸向應力降低到無補償安裝的一半，而且基本取消了管網中的補償器和固定支架，大大提高了管網的安全性。
由以上分析可見，如果考慮管網的長期運行的安全性和穩定性，預熱安裝是管道直埋敷設的最佳安裝方式。尤其對管網設計溫度高于140℃大管徑直埋管道采用預熱安裝方式具有明顯的優勢。
3、幾種預熱安裝方式的比較目前，在工程中應用的預熱方式主要有水預熱、風預熱和電預熱三種，下面對各種預熱方式的施工條件要求、預熱效果、熱消耗量、預熱時間進行比較。
3.1 施工條件要求水預熱當沒有方便并且可以利用的熱水為預熱管道提供熱源時，必須具備加熱鍋爐等加熱設備對預熱管道提供熱水熱源，管道中必須為預熱準備閥門和一次性補償器，而且在管道預熱之前，預熱管道必須焊接完畢形成連續的回路。
風預熱風預熱須具備大功率風機對管道提供持續風源，預熱管段必須焊接完畢，形成完整回路，以便氣流順利通過。
電預熱除須專用的預熱設備以外，對預熱管道要求相對較低，由于管道中不需要流通水或者風等介質，因此，不需要管道形成封閉的回路，也不需要在管道中設置一次性補償器和閥門。
3.2 預熱效果水預熱預熱溫度比較均勻，但由于管道在預熱過程中必須注滿熱水，所以管道重量很大，管道與土壤之間的摩擦力較大，因此，設計伸長量不容易達到，大管徑管道水預熱時，管道中容易出現錨固段，影響預熱的效果。
由于熱風在管道回路中流動時熱損失非常大，因此，管道的預熱溫度不均勻，通常情況下，管道起始端和末端的預熱溫差在20℃左右，影響管道熱伸長的均勻性。
電預熱管道電預熱將鋼管作為電阻，利用電能對鋼管進行加熱，鋼管中沒有介質，因此，管道沿長度方向預熱均勻，預熱時間短，而且管道中不存在錨固段，能夠達到理想的管道預熱效果。
3.3 熱消耗量針對各種預熱方式，按照相同的計算條件下，對各種預熱方式所消耗的熱量進行了計算。
計算條件：鋼管直徑：DN700mm，鋼級：ST52鋼管壁厚：8mm預熱溫差：60K管溝長度：500m計算結果：
不考慮熱水和熱風在傳輸過程中的熱損失，熱傳輸效率按照100%計算，三種預熱方式熱消耗量的比值約為：
電預熱：熱水預熱：熱風預熱/1：25.8：60 3.4 預熱時間管道預熱時間受鋼管的管徑、壁厚，以及管道的熱損失的影響，在相同的條件下，由于電預熱的熱消耗量最小，因此，將管道加熱到預熱溫度所需要的時間最短;風預熱的熱消耗量最大，而水預熱的熱消耗量雖然相對較小，但水預熱由于管道的摩擦力較大，因此，達到設計伸長量所需要的時間很長，因此，風預熱和水預熱的預熱時間大約為電預熱的3~5倍。
4、電預熱技術的基本原理管道電預熱是通過預熱設備提供一個低電壓、高電流的電能，將供回水管道作為電阻通過電纜連接起來，與預熱設備形成回路，將鋼管溫度加熱到設計預熱溫度。
預熱設備輸出的電壓不高于60V，輸出電流根據管道的具體情況在3000~5000A.
5、電預熱的技術優勢與其他預熱方式相比較，電預熱技術具有明顯的技術優勢：
施工條件要求簡單，不需要在管道中安裝一次性補償器和固定支架;
熱消耗量小，預熱均勻，預熱時間短;
電預熱設備體積小、重量輕、易操作、無震動、無噪音，自動監控;
適用范圍廣，只要鋼管為介質輸送管，都可以實現;
低電壓可以保證施工安全。
6、電預熱設備的適用范圍電預熱的技術優勢必須依靠先進的電預熱設備來實現。目前，針對直埋保溫管道的現場安裝實際情況，還沒有完全可靠的技術設備實現鋼管的電預熱。北京豪特耐公司的電預熱設備，填補了這個空白。具體適用范圍如下：
直徑DN50-DN1200;
單管、多管系統并用;
供回水管不同材質的鋼管線;
鋼套鋼形式的保溫管和聚乙烯外護殼形式的保溫管連接管線;
不同直徑的管線同時預熱;
兩個有間隔的預熱段同時預熱;
7、電預熱技術的工程應用目前電預熱技術應用于國內多個集中供熱管網工程中，取得了很好的預熱效果，同時，積累了豐富的工程經驗，下面以某個集中供熱管網工程中的一段DN900mm管道電預熱為例，探討電預熱在工程中的應用效果。
預熱管段基本參數：
管道規格：920×12/1055×14mm管道長度：480m運行溫度：130℃環境溫度：15.5℃預熱溫度：68℃設計伸長量：303mm管道預熱溫度與時間關系曲線(圖3)：
由圖3可見，在預熱過程中，管道的溫度基本按照直線均勻上升，說明這種預熱方式，管道的加熱速度非常均勻平穩，沒有大的起伏，這樣可以保證管道良好的預熱效果。
管道伸長量與時間關系曲線(圖4)：
由圖4分析可知，在管道預熱的最初1~2個小時，管道中由于溫升產生的軸向力首先要克服管溝中土壤的摩擦力，因此，在預熱開始階段，管道的熱伸長速度很慢，當溫度繼續升高到超過土壤摩擦力以后，管道的膨脹量基本按照直線勻速上升。
管道長度與伸長量關系曲線(圖5)：
圖5為管道長度與管道伸長量關系曲線，在管道預熱過程中，當管道上沒有固定點時，管道向兩側伸長，由圖4可見，在預熱管線上只有一個伸長量為零的駐點，而且在駐點兩側，管道的伸長量的增加曲線沿直線變化，斜率相同，這說明管道的預熱均勻，不存在沒有預熱的管段。
8、管道電預熱應注意的問題管道的電預熱施工是一個系統工程，施工中的各個環節必須嚴格按照施工要求執行，認真準備，密切配合，這樣才能達到預期的預熱效果。
8.1 預熱時間管道的預熱應避開冬季施工，因為冬季環境溫度低，管道的伸長量大，預熱所需要的時間長，在條件允許時，盡量選在夏季施工。
8.2 施工準備在預熱施工之前，應完成預熱管段的接頭保溫;
管溝回填土應回填至管道高度的3/4處;
如果管道作水壓試驗，應確保將管道中水排放完;
在預熱設備的兩側分別設標尺，設計伸長量應等于兩側伸長量的總和;
將預熱管段兩端用端帽密封，防止氣體流通;
檢查供、回水管道上有無短路連接，如果存在短路連接點，應在預熱之前及時切斷或調整預熱管段，避開短路點;
檢查預熱設備及電纜是否正確連接;
8.3 回填要求在管道達到設計伸長量以后，開始管溝回填。為了控制管道的回縮量，回填土應每200~300mm夯實一次，回填的順序為由預熱管段的兩端向中間回填。
9、總結直埋保溫管道的預熱安裝是一種安全可靠的管道安裝方式，而電預熱是管道預熱方式的創新，它具有預熱時間短、預熱均勻、操作簡單、容易實現等優點，使管道預熱安裝變成一種可能，提高了管道的安全性和穩定性以及長期的使用壽命，推動了直埋管道安裝技術的發展。
