直埋熱水保溫管補償安裝和無(wú)補償安裝

 在直埋熱水預制保溫管道應用中，為克服因溫差(使用溫度和安裝溫度之差)造成的熱力管道脹縮和位移變化，設計上多采用各種方式進(jìn)行補償處理。很多設計說(shuō)自己是無(wú)補償設計，很多保溫管生產(chǎn)廠(chǎng)說(shuō)自己生產(chǎn)的是無(wú)補償保溫管，但實(shí)際卻在工程上仍應用了不少的補償器，下面從補償的安裝方式和施工方法、材料選擇等方面對此簡(jiǎn)單加以比較分析： 

 有補償安裝：簡(jiǎn)單說(shuō)就是使用補償器進(jìn)行運行的安裝方式。

      有補償直埋敷設按照傳統的管道強度驗算方法，對各種載荷產(chǎn)生的應力不分類(lèi)，均按彈性分析理論或極限分析理論的強度條件控制，利用補償器吸收熱位移來(lái)降低直管段的溫度應力，隨介質(zhì)溫度變化，管道脹縮、補償器對應縮伸、吸收應力和位移進(jìn)行熱補償。設計結果是固定支架和補償器的數量很多，對保溫管的質(zhì)量要求低，對補償器的質(zhì)量要求高，但由于目前補償器的質(zhì)量很大一部分不過(guò)關(guān)，難以滿(mǎn)足管網(wǎng)30年的使用壽命要求，以后運行的潛在滲漏點(diǎn)多，而且熱水滲漏造成熱能損失和電損很多，不僅僅是水的丟失，這造成了企業(yè)的生產(chǎn)運行成本加大，是熱力企業(yè)虧損的一個(gè)很重要的原因。但很多熱力企業(yè)沒(méi)有認識到這一點(diǎn)，目前還仍在大量的應用。

無(wú)補償安裝：簡(jiǎn)單說(shuō)就是基本不使用補償器進(jìn)行運行的安裝方式。

無(wú)補償安裝分為預熱安裝和冷安裝兩種

     (1)無(wú)補償預熱安裝：預熱安裝直埋是一種可靠性高、造價(jià)低的敷設方式，在管道溫度升至預熱溫度時(shí)回填或焊接，在管道溫度恢復至環(huán)境溫度時(shí)，管道處于拉應力狀態(tài)，產(chǎn)生預應力效果。管道受到的應力大約減少一半，在運行時(shí)產(chǎn)生拉應力，停運時(shí)產(chǎn)生壓應力。由于一定量的熱脹變形提前釋放，管道在工作過(guò)程中壓應力和拉應力均不超過(guò)鋼材的許用應力。

       目前在工程應用中以預熱介質(zhì)劃分為水、氣和電三種預熱方式：

       熱水預熱由于受水的熱物理性質(zhì)的限制，施工條件要求有熱電廠(chǎng)或加熱鍋爐等加熱設備對預熱管道提供熱水熱源，管道中必須準備閥門(mén)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。在預熱中尤其對于大口徑供熱管道產(chǎn)生了諸如預熱時(shí)間過(guò)長(cháng)、水的自重影響熱膨脹、耗能耗水較多等缺點(diǎn)，管道與土壤之間的摩擦力較大，因此設計伸長(cháng)量不容易達到，大管徑管道水預熱時(shí)，管道中容易出現錨固段，影響預熱的效果。這些缺點(diǎn)在一定程度上也制約了此種敷設方式在工程中的應用；

       空氣預熱采用空氣作為預熱介質(zhì)，須具備大功率風(fēng)機對管道提供持續風(fēng)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(guò)。由于熱風(fēng)在管道回路中流動(dòng)時(shí)熱損失非常大，容易冷熱不均，，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(cháng)的均勻性。

        電預熱在中國是一種新興的預熱方式，但在歐洲和韓國等國家已使用多年，而且應用很廣泛。工藝主要是把鋼管作為負載電阻進(jìn)行管道加熱，加熱段供回水管線(xiàn)的末端用電纜短接，始端分別接電源兩端。電預熱的技術(shù)優(yōu)勢與其他預熱方式相比較，電加熱設備電預熱設備體積小、重量輕、易操作、無(wú)噪音，自動(dòng)監控、安裝簡(jiǎn)單方便，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(shí)間短；施工條件要求簡(jiǎn)單，適用范圍廣，只要金屬管為介質(zhì)輸送管，均可以實(shí)現預熱，低電壓大電流保證了施工安全性。目前在國內越來(lái)越多的地方應用。

預熱安裝以預熱施工過(guò)程劃分有敞開(kāi)式預熱安裝和設置一次性補償器覆土后預熱兩種。

敞開(kāi)式預熱安裝

　　在覆土前，管道可以進(jìn)行敞開(kāi)式預熱。由于沒(méi)有土壤摩擦力，管道的熱脹變形可以提前釋放，預熱溫度為管段內平均應力為零時(shí)的溫度。

　　管道被加熱到預熱溫度時(shí)覆土后再冷卻，使管道達到一定的平均應力水平。在運行加熱移動(dòng)后，其管端的位移與冷安裝的位移大致相同，但避免了冷安裝在移動(dòng)時(shí)的較大位移。

一次性補償預熱

    一次性補償器覆土后預熱：這種方法是在管道的直段部分，按計算的間距分段安裝一次性補償器，并僅在補償器附近的溝槽處敞口，其余溝槽回填。一次性補償器的補償量在預熱前調整為設計值，當管道加熱使補償器的伸長(cháng)量到位后將一次性補償器焊接為整體，管道的熱脹變形得到了提前釋放。把補償器焊死后補償器無(wú)補償的功能僅作為管道使用。由于土壤摩擦力的作用，在兩個(gè)一次性補償器之間的局部應力，將高于補償器處的應力，然而，由于系統溫度的變化，在多次變化以后，應力將均勻一致。

  (2)無(wú)補償冷安裝: 無(wú)補償冷安裝是指供熱管道的整體焊接溫度等于溝槽回填時(shí)的溫度，即管線(xiàn)焊接和溝槽回填等安裝過(guò)程都是在正常的環(huán)境溫度下進(jìn)行的。管道應力驗算采用分類(lèi)法和安定性分析理論，設計中考慮各種載荷條件可能的組合，將應力根據其起因、來(lái)源、作用范圍、性質(zhì)和危害程度不同進(jìn)行分類(lèi)，采用不同的強度驗算條件。按照以上方法設計的直埋熱水管道，直管段通?？梢圆辉O補償裝置且不必預熱，管道焊接和溝槽回填等安裝過(guò)程都在冷態(tài)條件下進(jìn)行。在冷態(tài)的環(huán)境溫度下管道處于零應力狀態(tài)，在運行工況下熱應力增大，但應力變化范圍始終控制在允許值之內。無(wú)補償冷安裝也依靠設計柔性管件如大倍的彎頭、L型或之型彎管進(jìn)行自然補償。該設計方法在熱水管道直埋敷設中可以發(fā)揮明顯優(yōu)勢，利用溫度應力具有自限性的特點(diǎn)，充分發(fā)揮管材的承載能力。

      由于該系統設計中沒(méi)有補償器固定墩，減少了系統中危險點(diǎn)的數量，提高了安全；投資少，無(wú)預熱或額外補償裝置所需要的費用，節約了工程資金；施工周期短，管道壽命長(cháng)；維護費用低以及熱損失小且不影響地面環(huán)境外貌等優(yōu)點(diǎn)。管網(wǎng)停運期間管道處于底應力狀態(tài)，管道維修施工和分支安裝不必采取特殊措施；但錨固段中管道軸向力較大，對于施工的墊層、回填、夯實(shí)等的要求比較高。

      無(wú)補償安裝尤其是冷安裝對于保溫管道和管件的質(zhì)量要求非常高，無(wú)補償保溫管道要保證基本的三位一體（即鋼管、發(fā)泡層、塑料防腐層）要求：

       三位一體要求泡沫粘合的抗剪強度要大于0.12Mpa、抗壓強度大于0.3Mpa；在管道發(fā)泡方面，泡沫本身的密度要高于60Kg/m3，注射壓力要大于100公斤（必須使用高壓的大排量泵），泡沫才能達到這個(gè)質(zhì)量要求。

       三位一體要求外殼塑料管要進(jìn)行電暈處理，即通過(guò)電極化或熱極化方式，打毛塑料管的內壁，保證90%的內表面檢測電暈效果達到處理表面張力在50Dyn/cm（達因/厘米）以上，保證外殼塑料和泡沫的粘結力。

    三位一體要求鋼管要進(jìn)行拋丸處理，除銹到2.5級以上，才能保證鋼管同泡沫的粘結力。

     管路附件（如三通等）是應力zui集中的地方，也是無(wú)補償設計和施工要求zui高的地方，生產(chǎn)時(shí)對鋼管件要進(jìn)行噴砂處理并加厚或加強補焊；焊披肩或焊肋板等，外殼塑料管件焊接制造要用熱板焊工藝，在難處理的工藝部位可以局部采用大排量的擠出焊槍?zhuān)蚱驴诤痛蛎幚?，如果采用塑料焊條熱吹風(fēng)的焊接工藝很難滿(mǎn)足應力的強度要求，用熱縮帶就更難以滿(mǎn)足要求了，不是熱板焊接的外殼長(cháng)期使用后很容易出現質(zhì)量問(wèn)題，很容易開(kāi)裂滲漏，形成管網(wǎng)的薄弱點(diǎn)。

      現場(chǎng)接頭安裝也是很重要的一個(gè)環(huán)節，采用可傳力的電熔接頭方式，配合焊槍及熱收縮帶的施工方案將更安全可靠，另外現場(chǎng)發(fā)泡一定要采用現場(chǎng)發(fā)泡車(chē)進(jìn)行機械發(fā)泡，才能保證接頭的可傳力性和保溫效果。

       真正能達到冷安裝無(wú)補償保溫管要求的生產(chǎn)廠(chǎng)家并不多，因為需要設備、技術(shù)、材料和管理同時(shí)到位才能夠保證質(zhì)量。