一、前言

    对于大管径管道直埋敷设，通常采用两种方式：有补偿安装和预应力安装。根据现场条件的不同，预应力安装方式又可分为敞槽预热方式和覆土预热方式。由于敞槽预热方式比覆土预热方式能更快达到预应力效果，通常在现场条件允许的情况下，首选敞槽预热方式。

    采用敞槽预热方式的前提是要具备稳定的临时热源，敞槽预热的热源主要为四种，分别为热水、热风、蒸汽及电预热。电预热与前三种预热技术相比较对加热设备的要求更小，更易实施，具有如下明显的技术优势：

    1.要求简单，不需要在管道中安装阀门和固定支架；

    2.热消耗量小，预热均匀；

    3.电预热设备体积小、易操作、无震动、无噪音，自动监控；

    4.适用范围广，只要钢管为介质输送管，都可以实现；

    5.低电压可以保证施工安全。    

    二、电预热技术在燕郊开发区供热工程中的应用

    燕郊开发区海油大街热力管线管径为DN800，供、回水温度为140℃/90℃，设计压力为1.6MPa。海油大街热力管线于2008投入使用，根据现场实际情况及工程进度，并考虑到甲方的资金状况，管线的敷设方式为预应力直埋敷设，工程采用了电预热方式。通过电预热技术在燕郊开发区供热工程中的应用，积累了一些实践经验供大家参考。

    1、预热准备工作

    a.管道预热应在直埋管道安装完毕后进行，若管道已作水压试验，应确保将管道中的水排放完，避免在预热过程中出现危险；

    b.预热前先对沟槽进行回填，回填高度不高于管道外径的3/4，这是为了保证管道在预热过程中始终保持同心；

    c.在预热管段的两侧分别设标尺，并派专人记录管道的伸长量，伸长量应等于两侧伸长量的总和；

    d.将预热管段两端用端帽密封，防止气体流通；

    e.检查预热设备及电缆是否正确连接，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。

    2、预热温度

    鉴于管道预热前，已对沟槽进行了部分回填，管道须克服土壤的摩擦力，且高温时管道的屈服应力下降，预热温度应该略高于循环中间温度。附加温度的推荐值为0～8℃，即

    tdp=tm＋（0～8）（公式1）

    tm=0.5×（t1＋t2）（公式2）

    式中：tdp—计算预热温度（℃）；

    tm—循环中间温度（℃）；

    t1—管道工作循环最高温度（℃）；

    t2—管道工作循环最低温度（℃）。

    以燕郊开发区海油大街热力管线为例，其最高循环温度为140℃，管道仅在供暖季工作时最低循环温度为10℃，计算预热温度为80℃最为合适。

    3、预热段的划分

    合理确定预热段的长度。既能够保证施工进度、降低施工难度，同时还节省了施工费用。以燕郊开发区海油大街热力管线为例，该段管线总长度约为3.5km，全线共设3座检查室，检查室内设分支、固定支架及补偿器（见图1）。结合工程的施工难度及工程的总体时间安排，最后确定两检查室之间管线分为两个预热段，工程共设六个预热段，预热段长度在500~800米之间（预热段编号见图1）。

    4、升温速度及预热时间

    燕郊开发区海油大街热力管线沿道路敷设，热力管线在遇到障碍时采用了连续小折角处理方式避开障碍，折角不大于2度。这种情况预热时往往因为管道膨胀不均匀，造成夹角处局部应力过大。为使管道得到充分膨胀，应严格控制升温速度。升温速度为4℃/小时，并在温度升至计算预热温度时恒温6小时。纵观整个预热过程，管道的温度基本按照设定的温升速度直线均匀上升，管道的加热速度均匀平稳，没有大的起伏。预热时间需要20至30小时。

    5、预热伸长量

    ΔL=α（tm－t0）L（公式3）

    式中：ΔL——预热段管道伸长量（m）；

    t0——预热段管道初始位移为零时管道温度（℃），一般可取预热前环境温度；

    L——预热段管道长度。

    上式为预热段管道理论伸长量计算公式，在管道预热过程中，管道中间没有固定点，管道向两侧伸长。经观察发现管道的膨胀并不是连续稳定的。在预热开始阶段，管道的热伸长速度很慢，伸长量并没有太大变化（见表1）。但当温度继续升高后，管道的膨胀量基本按照直线匀速上升（见图2）。这说明管道的预热是基本均匀的，不存在没有预热的管段。同时也印证了保持合理的升温速度是非常有必要的。

    预热时确定管道预热处理的标准应为预热伸长量，当管段的伸长量达到计算预热伸长量时，应立即回填。预热温度可以作为预热升温时的一个参考值。若附加温度已达到推荐的最大值，而伸长量尚未达到计算值，则须认真分析原因，不要盲目升温，最好采取恒温让管道充分膨胀或外力拉伸等办法，以达到计算伸长量。

    6、预热段之间的处理方法

    如何处理好预热段之间的衔接是影响管道预热效果的重要因素，两个预热段之间的管端因降温会引起管端回缩。遂采用设置一次性补偿器的方式来补偿回缩量。具体步骤如图3所示。

    一次性补偿器焊死后将成为管道系统的一部分，整个预热管道系统最后将形成一个完全与土壤隔绝的封闭系统。

但这样做势必增加了工程费用，且一次性补偿器需长时间敞槽，会对交通造成一定的影响，故还须合理划分预热段，尽量减小管端收缩量和一次性补偿器的数量。以海油大街热力管线工程为例，两检查室之间分为两个预热段，可在供水管上安装三个一次性补偿器，一次性补偿器安装位置如图1所示。一次性补偿器补偿量的选择应根据管道冷却后的收缩量确定，经观察海油大街热力管线工程每个预热段的收缩量在160mm至200mm之间，一次性补偿器的补偿量选定为240mm。

    7、管道回填

    当管道达到预热伸长量以后，应立即开始管沟回填。回填的顺序为由预热管段的两端向中间回填。回填土中不得含有碎砖、石块大于100mm的冻土块及其他杂物。

    8、管道预热后对管道的影响

    直埋管道预热后，即使在冷态时，管道中也分布着应力。在管道上开分支时，应注意保护干管的预应力状态，增加临时措施。    

    三、结论

    燕郊开发区海油大街热力管线已安全运行了4个采暖季，证明电预热技术应用于大管径管道直埋敷设是安全可靠的。采用预热安装技术比冷安装有补偿敷设方式减少了约7座补偿器检查室，不仅节省了投资，而且减少了管网的维修工作量，降低了劳动成本。对于地下水位较高、土壤具有一定腐蚀性，含氯离子较高的地区，特别适用该技术。