浅谈直埋敷设在城镇供热管网的应用与施工

吴宏彬

摘要:本文针对石家庄市栾城县大桥路供热管网改造工程,结合现场施工,就其直埋供热管道的结构特点、有偿直埋敷设、试水试压作了简要介绍,并对管网在试水试压阶段出现的一些现象进行浅析,同时提出了一些直埋聚氨酯管道的设计和施工要点。

关键词:直埋敷设保温管有补偿试水试压

0 引言

石家庄市栾城县大桥路沿线的供热管网于1990年安装运行已有18年,大部分已出现渗漏现象,已到彻底更换周期。随着大桥路改造,供热管线随着道路改造联动更新换代,其改造方案为:由宏源热电厂引出Φ325蒸汽管道送至大桥路农机公司,延伸Φ219管线至新开街工商银行处。在农机公司及大桥路与新开街交叉路口东南两处分别建换热站。此方案总投资约为730万元。

1 直埋敷设

直埋敷设是将管道直接埋设在土壤里的敷设方式。在热水供热管网中,无沟敷设在国内外已得到广泛应用。

1.1 直埋管道的结构特点 供热管道直埋结构由供热管道、保温层和保护外壳三部分紧密结合在一起,形成整体式的预制保温管结构,也称“管中管”。保温层材料多采用硬质聚氨酯泡沫塑料,其优点是密度小、导热系数低、保温性能好、吸水性小、机械强度较高。缺点是耐热温度不高。根据现行《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》(CJ/T114-2000)的要求:密度为60-80kg/m3,热导率λ≤0.027W/(m·℃),抗压强度p≥200kPa,吸水性g≤0.3kg/m2,耐热温度不超过120℃。保护外壳多采用高密度聚乙烯硬质塑料管,其特点是力学性能较高,耐磨损,抗冲击性能较好,化学稳定性好,具有良好的耐腐蚀性和抗老化性能,可焊接且便于施工。根据国家标准:高密度聚乙烯外壳的密度≥9400kg/m3,抗拉强度≥20MPa,断裂伸长率≥350%。另外,玻璃钢也是一种常见的管中管保护外壳,其优点是抗压强度较高,耐蚀性能好,造价低,缺点是抗老化性能不如高密度聚乙烯。

供热管道直埋敷设不需要砌筑地沟,土建工程明显减少,施工进度较快,可节省供热管网的投资。直埋结构占地较少,易于与其他地下管道和设施相协调。整体式预制保温管严密性好,管道不易腐蚀,使用寿命长。由于受土壤摩擦力的约束,预制保温管可实现无补偿直埋敷设,节省了基建费用,也缓解了现今综合管线各专业管系繁多、路面紧张的局面,利用保温管直埋敷设技术节省了大量空间。

1.2 有补偿直埋敷设 有补偿直埋敷设分为有固定点和无固定点两种方式。当管道温度过高或难以找到热源预热或不适于大面积敞开预热时,则可采用有补偿直埋方式。

1.2.1 有固定点直埋敷设。在补偿器两侧设置固定点,补偿器到固定点的间距不得超过管道最大安装长度,固定点所承受的水平推力为土壤对管道保护层的摩擦力。设计时,要考虑到由于土壤条件变化而造成的摩擦系数的变化。施工时,还要特别注意确保设计计算的热膨胀位移在运行时能够实现,在管网中采用固定支架来控制膨胀位移。

1.2.2 无固定点直埋敷设。对于无固定点有补偿的直埋敷设,首先应在管网平面布置及纵剖面上校核两个直管段是否超过最大安装长度Lmax的2倍。若L≤2Lmax,则需校核直管段两自由末端的自然弯管是否能吸收掉直管段的实际热伸长量;如果直管段长度L>2Lmax,则还需在L管段上设置补偿器,直到所有不带任何补偿器的直管段长度均不超过2Lmax为止。另外,只有在管段两端同为同一类型补偿器或补偿段时,直管上才可不设固定墩。有补偿直埋附设可以及时回填管槽,且运行安全,因此,被广泛应用于高温热水管网的地下敷设。采用有补偿直埋敷设的方法,宜选用“L”型、“乙”型、方形补偿器,并在这些补偿器部位做局部管沟;也可选用波纹补偿器、套管补偿器,将其置于检查井内,以便于检修。

例如,本改造工程设计,施工段在大桥路南侧便道,地处闹市区,地下各种管线交叉错乱,供热管网室外主干线全部采用直埋敷设,兼顾了社会效益和环境效益。同时,热水管道热补偿选用了“Ω”型1.0MPa级直埋型波纹管补偿器,直管段不设固定墩,为无固定点直埋敷设。热水管道保温采用聚氨酯保温,外壳首次采用5mm厚高密度聚乙烯硬质塑料管做保护。据厂家试验,氰聚塑保温管的使用寿命在15年以上,“管中管”保温管的使用寿命是35年～50年。

2 管道试压

管道安装完毕后,要进行管道水压实验,本工程供热管网设计工作压力是0.8MPa,试验压力为1.2MPa,分段试压后应做整体试压。

集中供热管网的管道直径大、管路长、用水量多、注水极慢,故可采用多位置贮水电动注水。管道试压一般按以下步骤进行:①缓慢向试压管道中注水,同时排出管道内的空气,水进入管道以防水锤或气锤。②强度试验:升压应缓慢进行,达到工作压力时,恒压3min,检查两端管身及接口,无异常情况后继续升压,升至试验压力1.2MPa,稳压0.5h,检查各接口、管身无破损及漏水现象且表压降不超过0.02MPa,试压合格。③管道试压合格后,进行水冲洗。④水压试验应做好各项记录。水压试验时,严禁对管身、焊口等部位进行敲打或修补,如有缺陷,卸压后修补。⑤水压试验完毕放水时,应先打开排气阀,防止因放水形成真空损坏管道。

例如,该工程施工中,施工队伍采用分段打压试验,自行选定分段点设临时盲板,盲板力没有作用在主固定支架上,打压两端没有固定支撑,分支管道未焊接。在泰安街至新开街段供水管道注水试压过程中,在达到试验压力1.2MPa后,经检查发现,离打压点近端的一台1.0ZBM250-250波纹管补偿器出现向外拉伸现象,补偿器一侧的限位拉杆固定端被顶坏并且向外拉展,致使补偿器损坏。我们分析造成该现象的原因有:①是补偿器自身质量偏差较大,波纹管不能承受试验压力,在水压作用下推力相差太大而向外拉伸;②是打压段供热管道没有固定端同时分支管线也未焊接致使在水压作用下管道自由项两端伸展,固定在补偿器一侧的限位螺杆焊接部位承受受不住内压推力影响而外移拉伸。

就该现象我认为:①水压试验措施设计中应预先考虑水压试验方案。试压前补偿器两端必须设固定支架,或打压直管段两端必须有固定点,以防止管道受内压推力影响外移拉伸;②波纹伸缩器的安装,建议在安装补偿器前先将管段敷设好,然后在准备安装补偿器处将管子割下一段(其长度等于补偿器的自由长度加预拉伸量),再将补偿器装上去焊接,采用割管法安装的办法。虽然造成少量管道浪费,却能保证管道同心度;③应注意不准在补偿器上吊装绑扎或焊接打火,以免碰损压伤;还要注意内套筒方向与介质流动方向一致,不准采用使波纹补偿器变形的方法来调整管道安装偏差,所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动范围;④试压前应将盲端可靠固定。最好的办法是设计中预先考虑水压试验或吹扫方案,打压的分段点的位置最好由甲方、设计方、施工单位共同确定,由设计单位负责技术交底,甲方根据设计单位意见组织实施。

3 直埋聚氨酯管道其他一些设计及施工要点

3.1 直埋聚氨酯管道设计及施工,应遵守规范CJJ34290《城市热力网设计规范及规范》、CJJ28289《城市供热工程施工及验收规范》中的有关规定。

3.2 直埋聚氨酯管道适用于输送低压蒸汽、热水等气体和液体,一般温度不超过120℃,采用聚氨酯保温时可达到150℃。

3.3 直埋聚氨酯管道的埋设深度,根据计算当覆土深度为0.5m时,其承载能力可保证载重10t卡车安全通过,但一般规定直埋聚氨酯管道应埋设在当地的冰冻线以下。

3.4 直埋聚氨酯管道的沟槽开挖尺寸,可按下列原则确定:管子与管子之间净距为200mm～250mm;管子与沟壁之间净距为200mm～250mm;管底与沟底之间净距为200mm。直埋聚氨酯管道沟槽内管子周围要填砂,然后回填土分层夯实。

3.5 管道的排水与放气。为了保证排水与排气顺利进行,应根据管段所经地区的地形状况来确定管道的坡度,管坡一般不小于2‰,室外热水管道的坡向,因受地形限制不可能都满足坡向与水流方向一致的要求,尤其是直埋敷设的管道。放气装置一般应设在管段的最高点,(包括分段阀门划分的每个管段最高处),放气阀门的管径一般采用DN15～DN32mm。为了在系统停止运行时,或在某段管道需维修时排出管道中积水,应在热水最低点安装放水装置。

3.6 所有检查井(其中安装补偿器及阀门)都应采用C15或C20混凝土浇灌的防水井,严防地下水渗漏到井内。

3.7 直埋聚氨酯管道穿过公路时,应加套管或做成管沟,管沟上面铺盖钢筋混凝土盖板。

3.8 接头处理,当安装直埋保温管道时,其管道接口处、管道与阀门、补偿器连接处,均需在现场制作氰聚塑保温结构。操作时周围环境温度应保持在10℃以上,最低温度不低于5℃。

3.9 保温管在搬运时,应在管道系绳处设护套,切忌勒痕或与尖物接触,以防损坏。在堆放保温管道时,应在管端光管处用支垫垫起。若保护层不慎损伤时,应在损伤部位涂复浸透不饱和树脂的玻璃布。

4 结语

以上为石家庄市栾城县大桥路供热管网改造工程施工中的几点体会及施工注意要点,希望能在以后工作中对大家有所帮助。

参考文献:

[1]王亦昭,刘雄.供热工程.北京:机械工业出版社.2007.

[2]田玉卓,闫全英,赵秉文.供热工程.北京:机械工业出版社.2008.