對供熱管道一次性補償預(yù)熱施工方法的探討
為使城市供熱管網(wǎng)在運行中安全、經(jīng)濟,城市供熱直埋管道一次性補償?shù)玫搅藦V泛應(yīng)用.城市供熱管道直埋敷設(shè)方式一般可分為3種:有補償直埋敷設(shè)、無補償直埋敷設(shè)、一次性補償直埋敷設(shè)。隨著社會的發(fā)展,居民生活水平的提高,城鎮(zhèn)冬季供熱的集中化、普及化,使用戶和運行管理方對供熱管道,尤其是高溫?zé)崴艿肋\行的安全性、穩(wěn)定性越來越重視,迫使設(shè)計和安裝工藝逐漸由有補償敷設(shè)向無補償、一次性補償直埋敷設(shè)發(fā)展。
1 工程概況
某高溫?zé)崴芫W(wǎng)工程屬于大口徑、高溫水供熱管道,DN800管道約為3200m,DN400管道約為400m,溝槽長度約為1800m,充水量約為1600m,設(shè)計運行參數(shù)為供、回水溫度135/70℃,工作壓力1. 4MPa,采用一次性補償預(yù)熱直埋敷設(shè)。其管道安裝工藝流程為: 管道、溝槽檢驗—管道預(yù)制—開挖焊接操作坑—機械布管—管道組對、安裝—固定支墩澆注—焊口探傷(管道試壓)—管道預(yù)熱—補償器焊接—補償器保溫—溝槽回填壓實—竣工驗收及清理。
2 技術(shù)難點
2.1 一次性補償器的焊接:一次性補償器最后的焊接固定是角焊縫,強度要比管道上的對接焊縫小,是一個薄弱環(huán)節(jié), 因此一定要控制好一次性補償器的焊接,不同廠家的一次性補償器都規(guī)定了各自的焊接工藝,若無要求,應(yīng)編制焊接方案,并征得設(shè)計、廠家的認(rèn)可。
2.2 預(yù)熱伸長量的計算及測量,此程序是保證預(yù)熱效果的關(guān)鍵,計算值與實際預(yù)熱值的誤差一般應(yīng)控制在2-3cm。
2.3 升溫速度一般不應(yīng)超過4℃/h, 使管道緩慢延伸,確保安全。對于較長管線整段預(yù)熱由于采用的熱源功率一般不會太大,大火燃燒溫升速度一般不會超過4℃ /h。
3 一次性補償器施工原理及施工要點
3.1 一次性補償器施工原理
3.1.1 熱應(yīng)力計算對于熱水管道所受到的熱應(yīng)力,按照供水溫度95℃,管網(wǎng)安裝溫度20℃計算,管道溫差變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力為:
σ=α×E×Δt
式中:α為鋼材線脹軸向系數(shù)1.2×10-5℃;E為鋼材彈性模量2. 0 ×105N/ mm2 ; Δt
為溫度差℃,即:σ=1.2×10-5 /℃×2.0× l05 N/mm2 ×(95-20)℃=189 N/mm2> 123N/ mm2(Q235B鋼管的許用應(yīng)力)。
3.1.2 熱應(yīng)力的釋放通過以上的計算可知,熱應(yīng)力σ已大于Q235B鋼管的許用應(yīng)力123N/mm2,也就是說管道的許用應(yīng)力承受不了因熱脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力。因此要保證供熱管道安全運行,必須將溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力合理釋放,釋放方式之一是在管道低溫狀態(tài)下對管道進行“冷緊”,迫使管道產(chǎn)生拉應(yīng)力,在管道受熱膨脹時,拉應(yīng)力和熱應(yīng)力相互平衡達(dá)到管系穩(wěn)定。城市供熱管道的無補償、一次性補償直埋敷設(shè)是通過管道預(yù)熱來達(dá)到管道的“冷緊”釋放熱應(yīng)力的,
3.2 一次性補償器預(yù)熱直埋施工要點
在管道焊接完畢溝槽回填后(一次性補償器處不回填),對管道進行預(yù)熱,管道熱伸長被一次性補償器吸收,達(dá)到預(yù)熱伸長計算值后,立即將一次性補償器的固定外殼與滑動套筒焊接牢固,使其不能再次伸縮,預(yù)熱結(jié)束后管道由于溫降產(chǎn)生的應(yīng)力在管道中表現(xiàn)為拉應(yīng)力,使管道處于冷緊狀態(tài),用以克服管道再次受熱時產(chǎn)生的應(yīng)力,這種直埋方式的安全可靠性較好,適應(yīng)范圍廣,補償器僅使用一次,故障率極低,并可延長管道的使用壽命。
4 工程整段預(yù)熱
4.1 預(yù)熱資源準(zhǔn)備
該工程進行整段預(yù)熱,預(yù)熱長度已超過設(shè)計所要求的溝槽長度400 -500m,預(yù)熱熱源采用移動式常壓燃油熱水鍋爐,型號為:CWHS2-1-90/05,額定功率為2. 1MW,進出溫度為90/70 ℃,水流量為72m3/h,配備熱水循環(huán)泵型號為:KQL100/170-15/2,流量80m3 /h,揚程40mH2 O,功率15kW。
4.2 補償器預(yù)熱伸長的計算
在一次性補償器安裝時,應(yīng)先計算各個補償器的預(yù)熱伸長量,預(yù)熱伸長量計算式如下:
ΔL=α(tm.-tp)L
式中α為鋼材的線脹軸向系數(shù),1.2×10-5//℃;tm為預(yù)熱溫度(零應(yīng)力溫度)℃ ;tp為管道補償器焊接安裝時的環(huán)境溫度℃,該工程取25℃;L為補償段長度m。
預(yù)熱溫度tm: (零應(yīng)力溫度)計算式如下:
tm=(t1 t2)/2
式中:t1為管道最高工作溫度,取熱網(wǎng)設(shè)計供水溫度;t2為管道供熱時循環(huán)最低溫度,一般供暖運行時取10℃。
該工程:供水管tm=(135℃ 100℃ )/2=72. 5℃
回水管tm=(70 ℃ 10℃)/2=40℃
補償段長度計算式如下:
L=( L1 L2)/2
式中: L1 ,L2以設(shè)計尺寸為準(zhǔn),
4.3 在補償器上標(biāo)記預(yù)熱伸長
一次性補償器預(yù)熱伸長量計算無誤后,根據(jù)補償器計算的補償量不同在已安裝補償器上進行預(yù)熱伸長量標(biāo)記(焊接固定檔板)或者在安裝前調(diào)整定位螺栓使滑動套筒限制在預(yù)熱伸長量計算值處,然后安裝。該工程中一次性補償器采用兩個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品,由于設(shè)計生產(chǎn)思路不同,一種補償器是按照設(shè)計所提供的全段熱伸長量進行生產(chǎn);另一種是按照零應(yīng)力溫度計算的預(yù)熱伸長量進行生產(chǎn)。前一種補償器的外殼固定擋板與滑動套筒在預(yù)熱結(jié)束時不會接觸,兩者之間會有一定間距,焊接時需要外護鋼板加強,后一種補償器由于是按照預(yù)熱伸長量設(shè)計生產(chǎn)的,在達(dá)到預(yù)熱伸長量時,補償器的滑動套筒應(yīng)與固定擋板接觸在一起,不需要外護鋼板加強。
4.5 預(yù)熱并進行補償器的焊接
該工程在經(jīng)過40h的加熱后,回水管溫度達(dá)到40℃,經(jīng)檢查回水管一次性補償器都未到達(dá)預(yù)熱伸長量計算值位置,因此決定鍋爐繼續(xù)升溫,同時注意補償器的熱伸長量,至48h回水管升溫至53℃時回水管各個補償器先后都已達(dá)到預(yù)熱伸量計算值位置,此時保持恒溫進行回水管一次性補償器焊接。回水管補償器焊接牢固后,鍋爐繼續(xù)燃燒升溫至73℃時供水管僅有兩處補償器到達(dá)預(yù)熱伸長量計算值位置,將這兩處的補償器焊接。升溫至82℃時剩余三處補償器仍未達(dá)到位置,最大差3 cm,繼續(xù)升溫至88℃最高溫度時,這三處補償器基本無再伸長變化,維持86-88℃近40h后,觀察仍無伸長變化,因此不再延長預(yù)熱時間,即可進行補償器的焊接。
4.6 問題及措施
在預(yù)熱過程中,有的補償器能夠達(dá)到預(yù)熱伸長量計算值位置;有的則不能,分析達(dá)不到預(yù)熱伸長量計算值的原因:一是管段中有兩處較大的折點,大大增加了管道熱伸長的約束力,二是管段覆土較深(埋深在4m以上,局部管段埋深在7m左右)。事實證明,管段地勢平坦,管頂覆土深度在2m以內(nèi)的,能夠及早達(dá)到預(yù)熱伸長量計算值,為了減小土壤磨擦阻力,安裝管道時可以在管道外殼上包裹一層PVC塑料薄膜。
5預(yù)熱過程中應(yīng)注意的事項
5.1 根據(jù)工程實際情況確定預(yù)熱方式,比如:工期、環(huán)境條件、現(xiàn)場地形條件、設(shè)計條件等,一般來講,對于敷設(shè)在郊外,允許長時間敞槽且臨時熱源比較方便時,應(yīng)優(yōu)先選用敞槽式預(yù)熱,對于沿城市街道敷設(shè)的管道,應(yīng)采用部分管段回填后預(yù)熱的方法。
5.2 在預(yù)熱過程中,到達(dá)零應(yīng)力溫度是一個標(biāo)志點,此時應(yīng)認(rèn)真測量并確定一次性補償器是否到達(dá)預(yù)熱伸長量計算值位置,若沒有,可適當(dāng)提高預(yù)熱溫度使其盡量到達(dá)伸長位置,回水管一般都沒有問題,因為回水管零應(yīng)力溫度(tm回)較低,即使此時一次性補償器達(dá)不到要求位置,在提高供水管〔tm供〕過程中,一般都能達(dá)到,問題在于達(dá)到供水管(tm供)以至于升到最高溫度時(預(yù)熱溫度一般不應(yīng)超過900℃),供水管一次性補償器仍然有可能達(dá)不到位置,此時可以保持最高溫度恒溫8-10h,若仍然達(dá)不到位置或效果不明顯,也應(yīng)進行一次性補償器焊接,不應(yīng)再繼續(xù)升溫。
6 結(jié)束語
熱水預(yù)熱的優(yōu)點是升溫穩(wěn)定,容易進行溫度控制,采用此種方式預(yù)熱管道可以敞槽也可以回填;缺點是預(yù)熱所用設(shè)備、管道連接較復(fù)雜,升溫慢、時間長、前期造價相對較高,需要充、排水,對于較長管線,充、排水需要較長時間,且水源、排水不方便時較麻煩,因此,采用該方法,事先必需充分考慮上水水源和廢水排放,避免因考慮不周對周邊建筑物、構(gòu)筑物等造成影響。

