直埋熱水保溫管補償安裝和無補償安裝

 在直埋熱水預(yù)制保溫管道應(yīng)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(shè)計上多采用各種方式進行補償處理。很多設(shè)計說自己是無補償設(shè)計，很多保溫管生產(chǎn)廠說自己生產(chǎn)的是無補償保溫管，但實際卻在工程上仍應(yīng)用了不少的補償器，下面從補償?shù)陌惭b方式和施工方法、材料選擇等方面對此簡單加以比較分析： 

 有補償安裝：簡單說就是使用補償器進行運行的安裝方式。

      有補償直埋敷設(shè)按照傳統(tǒng)的管道強度驗算方法，對各種載荷產(chǎn)生的應(yīng)力不分類，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降低直管段的溫度應(yīng)力，隨介質(zhì)溫度變化，管道脹縮、補償器對應(yīng)縮伸、吸收應(yīng)力和位移進行熱補償。設(shè)計結(jié)果是固定支架和補償器的數(shù)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)量很大一部分不過關(guān)，難以滿足管網(wǎng)30年的使用壽命要求，以后運行的潛在滲漏點多，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)虧損的一個很重要的原因。但很多熱力企業(yè)沒有認識到這一點，目前還仍在大量的應(yīng)用。

無補償安裝：簡單說就是基本不使用補償器進行運行的安裝方式。

無補償安裝分為預(yù)熱安裝和冷安裝兩種

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

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

       熱水預(yù)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或加熱鍋爐等加熱設(shè)備對預(yù)熱管道提供熱水熱源，管道中必須準備閥門和一次性補償器，而且在管道預(yù)熱之前，預(yù)熱管道必須焊接完畢形成連續(xù)的回路。在預(yù)熱中尤其對于大口徑供熱管道產(chǎn)生了諸如預(yù)熱時間過長、水的自重影響熱膨脹、耗能耗水較多等缺點，管道與土壤之間的摩擦力較大，因此設(shè)計伸長量不容易達到，大管徑管道水預(yù)熱時，管道中容易出現(xiàn)錨固段，影響預(yù)熱的效果。這些缺點在一定程度上也制約了此種敷設(shè)方式在工程中的應(yīng)用；

       空氣預(yù)熱采用空氣作為預(yù)熱介質(zhì)，須具備大功率風機對管道提供持續(xù)風源，預(yù)熱管段必須焊接完畢，形成完整回路，以便氣流順利通過。由于熱風在管道回路中流動時熱損失非常大，容易冷熱不均，，因此，管道的預(yù)熱溫度不均勻，通常情況下，管道起始端和末端的預(yù)熱溫差在20℃左右，影響管道熱伸長的均勻性。

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

預(yù)熱安裝以預(yù)熱施工過程劃分有敞開式預(yù)熱安裝和設(shè)置一次性補償器覆土后預(yù)熱兩種。

敞開式預(yù)熱安裝

　　在覆土前，管道可以進行敞開式預(yù)熱。由于沒有土壤摩擦力，管道的熱脹變形可以提前釋放，預(yù)熱溫度為管段內(nèi)平均應(yīng)力為零時的溫度。

　　管道被加熱到預(yù)熱溫度時覆土后再冷卻，使管道達到一定的平均應(yīng)力水平。在運行加熱移動后，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時的較大位移。

一次性補償預(yù)熱

    一次性補償器覆土后預(yù)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(yù)熱前調(diào)整為設(shè)計值，當管道加熱使補償器的伸長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補償?shù)墓δ軆H作為管道使用。由于土壤摩擦力的作用，在兩個一次性補償器之間的局部應(yīng)力，將高于補償器處的應(yīng)力，然而，由于系統(tǒng)溫度的變化，在多次變化以后，應(yīng)力將均勻一致。

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

      由于該系統(tǒng)設(shè)計中沒有補償器固定墩，減少了系統(tǒng)中危險點的數(shù)量，提高了安全；投資少，無預(yù)熱或額外補償裝置所需要的費用，節(jié)約了工程資金；施工周期短，管道壽命長；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。管網(wǎng)停運期間管道處于底應(yīng)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、夯實等的要求比較高。

      無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），泡沫才能達到這個質(zhì)量要求。

       三位一體要求外殼塑料管要進行電暈處理，即通過電極化或熱極化方式，打毛塑料管的內(nèi)壁，保證90%的內(nèi)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(jié)力。

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

     管路附件（如三通等）是應(yīng)力zui集中的地方，也是無補償設(shè)計和施工要求zui高的地方，生產(chǎn)時對鋼管件要進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，但要打坡口和打毛處理，如果采用塑料焊條熱吹風的焊接工藝很難滿足應(yīng)力的強度要求，用熱縮帶就更難以滿足要求了，不是熱板焊接的外殼長期使用后很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，很容易開裂滲漏，形成管網(wǎng)的薄弱點。

      現(xiàn)場接頭安裝也是很重要的一個環(huán)節(jié)，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(xiàn)場發(fā)泡一定要采用現(xiàn)場發(fā)泡車進行機械發(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補償保溫管要求的生產(chǎn)廠家并不多，因為需要設(shè)備、技術(shù)、材料和管理同時到位才能夠保證質(zhì)量。