长输热力管道无补偿直埋施工技术

周 妍 孙 强

（济南热电有限公司）

我国北方能源资源多以煤炭为主，随着国家制定的能源结构调整、降低煤炭消费等政策措施的出台，为满足城市发展需求，既降低燃煤消耗，又保障大气环境，供热企业依靠引入城市周边电厂的余（废）热替代低效燃煤锅炉的方法，来满足辖区内日益增长的用户的供热需求，同时保留清洁高效的大型燃煤热源作为供热应急、调峰备用热源。

目前，国内某些城市已逐步实现通过长输热力管道将电厂余（废）热作为主要热源引入城区。因长输热力管道管径较大，施工难度增加，供热管道长距离输送热量（一般电厂出口供水设计温度130℃，设计压力2.5MPa）时，为防止热伸长或温度应力引起管道变形，需在供热管道上设置补偿器，以缓解管壁应力，补偿管道热伸长。 但在长时间高温负荷作用下， 金属材料性能将发生改变，管道的热膨胀增加了系统额外的拉伸力和弯曲应力［1］，导致管道与补偿器相连焊口泄漏。补偿器可有效降低管道运行的轴向应力、补偿管道热伸长，但经长期高温负荷运行后，补偿器寿命缩短发生泄漏，成为热力管道安全运行中的薄弱环节。 供热企业为提升供热运行保障能力，尽量选用热力管道无补偿直埋敷设工艺。 为此，笔者将对热力管道无补偿直埋施工技术中的关键项目做一简述。

1 自然补偿

供热管道设计时一般优先考虑自然补偿，通常采用的L 形转角、Z 形和Π 形补偿管段， 就是利用管道自身的弯曲（柔性）吸收管道自身的热伸长［2］。 自然补偿可有效避免泄漏，运行安全平稳、事故率低，因结构简单、节约成本及施工灵活便捷等优点被广泛使用。 但是，自然补偿的补偿能力较小，管道走向受到街道、铁路、河沟及洼地等地理环境的制约，需要额外设计Π 字形折角弯管，但这会增加供热管道的局部阻力损失和工程投资。

2 电预热

电预热是指管道受热后产生拉伸，提前释放部分膨胀变形，从而降低管道的轴向应力［3］。与风预热、水预热等其他预热形式相比，电预热设备占地小，便于操作，可实现加热稳定、升温过程均匀，预热效果较好，预热成本相对较低。

电预热采取分段预热方式， 宜以1 000m 为一段，敷设在郊外允许开槽施工的大口径供热管道多采用敞开式预热安装，对于城市内网多采用覆土电预热敷设方式。 覆土电预热施工时，待沟槽开挖完成后，先进行管道焊接、探伤、接口保温和局部回填，一般供热管顶预留1m 覆土，电预热设备连接工作钢管，安装温度传感器，开机预热，测量管道伸长量同步记录相关数据，达到目标温度和热伸长量后回填。

施工前，供、回水工作钢管末端采用电缆线连接，另一端连接电预热设备，温度传感器安装在管段向内12m 处（图1），注意供、回水工作钢管需提前用盲板密封，如有预留分支处需提前增加连通。 如果70℃预热补偿量未达到设计伸长量，则提高预热温度，以5℃为阶梯提高温度，最高温度建议不超过75℃。

图1 电预热工作钢管示意图

3 一次性补偿器

一次性补偿器多应用在供热管道预应力安装工艺中，配合供热管道电预热安装。 对于覆土电预热施工，当管道焊接、接口保温完毕土方部分回填后，先进行管道预热，一次性补偿器的补偿量达到设计的预热伸长量时， 管道热伸长量被一次性补偿器吸收［4］，断电施焊，将安装的一次性补偿器的二次焊口密封焊接牢固，整体回填后停止预热。 根据金属材料热胀冷缩特性， 管道由于降温产生的热应力将转化为拉应力， 以克服管道供热运行时的热应力，其作用只补偿预热管段的伸长量，其伸缩原件只使用一次，不具备补偿功能。

一般每个预热段有几组的一次性补偿器，各补偿器按等距离布置， 补偿器之间不设置固定墩，安装一次性补偿器的管段应与其他管段用固定墩隔开，以确保吸收定长管道预热伸长量。 管道采取分管预热时， 要考虑管道冷却的收缩量，将收缩值加到所接管段新的长度上。

一次性补偿器安装完毕后，其强度和疲劳寿命与管道的相同， 可大幅提高管道的安全性，一次性补偿器的事故率较低，耐腐蚀性能好，安全可靠性较高，施工方便，可节约成本。

4 加设泡沫垫

对于管道产生侧向变形较大的区域，可在管道的转弯处（弯头）和T 形分支处（三通管件）两侧加装泡沫垫（图2）。

图2 弯头和三通管件的泡沫垫位置示意图

图3 膨胀区局部加宽示意图

表1 弯头附近膨胀区尺寸简表 mm

根据《热水管道直埋敷设》图集［5］，泡沫垫加设在膨胀区局部加宽的位置，如图3 所示，对应的大口径供热管道与膨胀区净距参数可参考表1所列的数据。 泡沫垫应选取具备一定弹性和承载力且化学性能稳定的材料，实际工程中选用密度在70～80kg/m3的防潮型弹性PUR 泡沫垫， 该泡沫垫富有弹性并且耐磨性能优越，在一定承载负荷下，可以起到降低弯头和三通处管道应力的作用。 泡沫垫的一侧宽度根据计算的位移量确定，外侧填砂，同时需在距管道管顶400mm 的上侧加设保护盖板［6］。

5 关键部位壁厚加强

一般泄水和放气管采用无缝钢管，壁厚比主管道的薄，承压能力弱，工程实际中要注意增加泄水和放气管的壁厚，并加设保护套管。 对于重要供热管道支线、河底直埋供热管线、顶管/拉管供热管线或者危险性较大的工程作业供热管线，为保障运行安全性，建议采用加厚2mm 的管道［7］。对于输送干线和输配干线设置的弯头、三通等管件的壁厚， 应比同规格的主管壁厚2～4mm，利用弯头自然张力进行补偿的多采用曲率半径2.5D、3.0D 的成品压制弯头。 三通采用成品加强跨越式三通，做好加固，如披肩式加强三通（图4，根据设计预先定制）。

图4 披肩式加强三通结构示意图

6 结束语

在长输热力管道无补偿直埋敷设施工中，需结合电预热、一次性补偿器及加设泡沫垫等无补偿直埋方式，降低热力管道的轴向应力和管壁局部屈曲危险性， 可有效缩短施工工期，降低工程造价。 无补偿直埋敷设对于提高供热保障能力、确保供热管道安全平稳运行以及节约供热管网后期运行维护成本等方面起到重要作用。