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【摘 要】 本文笔者结合实例，介绍了管网补偿方式、分析了电预热安装计算及电预热效果。
【关键词】 管网补偿；电预热；回缩量；土壤密实度
1.引言
近年来直埋聚氨酯供热保温管道的应用已经进入崭新的阶段，产品的生产和加工工艺已经基本成熟，直埋供热管道产品的技术水平得到大幅提高。但是供热直埋聚氨酯直埋管道的安装技术水平一直受国内相关技术水平的影响，过去国内的供热直埋聚氨酯直埋管道安装主要采用冷安装无补偿和有补偿安装两种方式。而供热管道的预热安装是近年来的新技术，更安全可靠，管道的电预热安装尤为先进，在我国的集中供热工程中的应用日趋成熟。
2.管网补偿方式简介
直埋管道的安装方式直埋管道的安装方式主要可以归纳为两种，即无补偿安装和有补偿安装。其中，无补偿安装又可分为冷安装和预应力安装。
无补偿安装管道在施工的同时就可以回填，整体焊接管道时的温度等于回填时的环境温度，在管网中最大限度地减少甚至完全取消补偿器和固定墩，但是，由于管网运行时的温差较大，管道中锚固段的轴向应力较大，管道壁厚须增加，必要时还要对管系采取其它的加强措施。
有补偿安装在管网中用补偿器吸收管道运行中产生的膨胀变形，管道中的轴向应力最小，但由于在管网中大量应用了补偿器和固定墩，增加了管网的建设投资，同时一定程度上降低了管网的安全性。
电预热安装方式为预应力安装方式中的一种，其基本原理为在管道整体回填之前，将管道受热以后产生的一部分热膨胀变形提前释放，从而降低管道的轴向应力，减小管道滑动段的位移量，提高热网运行安全稳定性的一种管道直埋敷设方式。电预热技术是在钢管中通过适当的电流，利用钢管自身电阻发热的原理，就可以对一定长度的钢管进行均匀和稳定地加热。
3.项目概述
开发区四号热源厂配套管网由四号热源厂出线后沿海通街向东敷设至东海路，沿东海路向南敷设至第九大街，再沿第九大街向西敷设至北海路，沿北海路向南将原DN600管线改造，敷设至泰达大街，沿泰达大街向东敷设与现状保税生活区DN800主干线衔接。
管网总长度约7.5公里，管径为DN1000。设计温度125℃，设计压力1.6MPa。
该项目分段实施，一期工程由四号热源厂出口至八大街与北海路交口，管网路由总长度约4.3km的管网采用了电预热安装，目前该工程已完工并投入运行四个采暖季，运行状态良好。
4.电预热安装计算分析
4.1循环塑性变形验算
根据《城镇供热直埋管道设计规程》CJJ/T81-98，应满足下列表达式：
本项目最大管径为Φ1020×12；
最高循环温度t1=130℃，最低循环温度t2=10℃；
设计压力1.6MPa。
计算结果为：允许的最大循环温差[Δt]=134℃。
由于t1-t2=130-10=120℃<[Δt]=134℃，满足应力验算的要求，因此，本项目可采用无补偿安装方式（冷安装或电预热）。
4.2局部屈曲验算
4.3安装方式
综上所述，本工程若采用冷安装，虽然管道不会产生循环塑性变形破坏，但会出现局部屈曲破坏，而采用预热安装的方式管网安全可靠。
仅考虑在如下两种情况下设置一次性补偿器：
（1）对于相邻两电预热安装的直管段，中间需采用一次性补偿器将其连接。
（2）电预热安装方式要求管道埋深在1.5m，同时需要长时间晾槽，如不能同时满足以上两个条件，需安装一次性补偿器。
4.4预热温度
（1）电预热设备设置预热目标温度计算：
——管道工作循环最高温度，通常指管道最高设计温度，℃；
——管道工作循环最低温度，只在采暖季运行的管道通常取10℃，对于全年运行的管网取30℃；
——中间温度，即管段内平均应力为零的温度，也是电预热设备设置温度，℃；
本工程设计温度为130℃，因此预热温度=（130+10）/2=70℃。
（2）预热管段伸长量的计算：
——预热管段伸长量，m；
——钢材的平均线膨胀系数，对于Q235材质取，1/℃；参照标准GB50316-2000《工业金属管道设计规范》；
——预热管段初始应力为零时管道温度，即电预热设备的开机时钢管的温度，℃；
——预热管段长度（管沟长度），m；
4.5预热段长度
根据《城镇供热直埋管道设计规程》CJJ/T81-98，本工程主要规格的管道预热段长度如下：
DN1000，预热段长度≥412米；
DN800，预热段长度≥342米；
本工程具体预热段长度及分段如下：
（1）第一预热段为由热源厂出口至海通街与东海路交口，预热段长度约620m；
（2）第二预热段十二大街与东海路交口至十一大街与东海路交口以南分段阀门，预热段长度约550m；
（3）第三预热段十一大街与东海路交口以南分段阀门至十大街与东海路交口，预热段长度约570m；
（4）第四预热段十大街与东海路交口至九大街与东海路交口，预热段长度约590m；
5.电预热效果
（1）第一预热段长度约575米，设计预热温度为70℃，计算伸长量为0.41米，计算回缩量0.06米；但由于第一预热段现场地质条件的限制，出现了沉陷，因此改为了有补偿方式，采用旋转补偿器，并未进行预热。
（2）第二预热段长度约550米，设计预热温度为70℃，计算伸长量为0.39米，计算回缩量0.06米，实际预热温度为68℃，实际伸长量为0.40米，实际回缩量为0.08米。
（3）第三预热段长度约570米，设计预热温度为70℃，计算伸长量为0.402米，计算回缩量0.06米，实际预热温度为68℃，实际伸长量为0.41米，实际回缩量为0.075米。
（4）第四预热段长度约590米，设计预热温度为70℃，计算伸长量为0.424米，计算回缩量0.06米，实际预热温度为68℃，实际伸长量为0.40米，实际回缩量为0.08米。
由于预热环境温度及回填土密实度的影响，管道预热后回缩量虽稍大于设计计算值，但也基本满足设计要求。
电预热安装是界于无补偿安装和有补偿安装之间的一种安装方式，管沟在回填之前管道的一半热膨胀变形已经提前释放，管道轴向应力降低到冷安装无补偿的一半，而且取消了管网中的大部分补偿器和固定支架，大大降低了工程的建设成本，同时提高了管网的安全性。但由于管道与管沟之间的摩擦力较大，因此预热伸长量不容易实现，预热周期较长。同时电预热安装方式要求管道埋深在1.5m以下，以保证土壤对管网冷态时的束缚力。由于开发区特殊的地质条件，热管网又建于绿化下，因此增加了施工难度和费用。如果在地质条件允许且管网最高运行温度不超过140℃的情况下，电预热安装是管道直埋敷设的最佳安装方式。尤其是對管网设计温度较高，管径较大的直埋管道采用预热安装方式具有明显的优势。
【关键词】 管网补偿；电预热；回缩量；土壤密实度
1.引言
近年来直埋聚氨酯供热保温管道的应用已经进入崭新的阶段，产品的生产和加工工艺已经基本成熟，直埋供热管道产品的技术水平得到大幅提高。但是供热直埋聚氨酯直埋管道的安装技术水平一直受国内相关技术水平的影响，过去国内的供热直埋聚氨酯直埋管道安装主要采用冷安装无补偿和有补偿安装两种方式。而供热管道的预热安装是近年来的新技术，更安全可靠，管道的电预热安装尤为先进，在我国的集中供热工程中的应用日趋成熟。
2.管网补偿方式简介
直埋管道的安装方式直埋管道的安装方式主要可以归纳为两种，即无补偿安装和有补偿安装。其中，无补偿安装又可分为冷安装和预应力安装。
无补偿安装管道在施工的同时就可以回填，整体焊接管道时的温度等于回填时的环境温度，在管网中最大限度地减少甚至完全取消补偿器和固定墩，但是，由于管网运行时的温差较大，管道中锚固段的轴向应力较大，管道壁厚须增加，必要时还要对管系采取其它的加强措施。
有补偿安装在管网中用补偿器吸收管道运行中产生的膨胀变形，管道中的轴向应力最小，但由于在管网中大量应用了补偿器和固定墩，增加了管网的建设投资，同时一定程度上降低了管网的安全性。
电预热安装方式为预应力安装方式中的一种，其基本原理为在管道整体回填之前，将管道受热以后产生的一部分热膨胀变形提前释放，从而降低管道的轴向应力，减小管道滑动段的位移量，提高热网运行安全稳定性的一种管道直埋敷设方式。电预热技术是在钢管中通过适当的电流，利用钢管自身电阻发热的原理，就可以对一定长度的钢管进行均匀和稳定地加热。
3.项目概述
开发区四号热源厂配套管网由四号热源厂出线后沿海通街向东敷设至东海路，沿东海路向南敷设至第九大街，再沿第九大街向西敷设至北海路，沿北海路向南将原DN600管线改造，敷设至泰达大街，沿泰达大街向东敷设与现状保税生活区DN800主干线衔接。
管网总长度约7.5公里，管径为DN1000。设计温度125℃，设计压力1.6MPa。
该项目分段实施，一期工程由四号热源厂出口至八大街与北海路交口，管网路由总长度约4.3km的管网采用了电预热安装，目前该工程已完工并投入运行四个采暖季，运行状态良好。
4.电预热安装计算分析
4.1循环塑性变形验算
根据《城镇供热直埋管道设计规程》CJJ/T81-98，应满足下列表达式：
本项目最大管径为Φ1020×12；
最高循环温度t1=130℃，最低循环温度t2=10℃；
设计压力1.6MPa。
计算结果为：允许的最大循环温差[Δt]=134℃。
由于t1-t2=130-10=120℃<[Δt]=134℃，满足应力验算的要求，因此，本项目可采用无补偿安装方式（冷安装或电预热）。
4.2局部屈曲验算
4.3安装方式
综上所述，本工程若采用冷安装，虽然管道不会产生循环塑性变形破坏，但会出现局部屈曲破坏，而采用预热安装的方式管网安全可靠。
仅考虑在如下两种情况下设置一次性补偿器：
（1）对于相邻两电预热安装的直管段，中间需采用一次性补偿器将其连接。
（2）电预热安装方式要求管道埋深在1.5m，同时需要长时间晾槽，如不能同时满足以上两个条件，需安装一次性补偿器。
4.4预热温度
（1）电预热设备设置预热目标温度计算：
——管道工作循环最高温度，通常指管道最高设计温度，℃；
——管道工作循环最低温度，只在采暖季运行的管道通常取10℃，对于全年运行的管网取30℃；
——中间温度，即管段内平均应力为零的温度，也是电预热设备设置温度，℃；
本工程设计温度为130℃，因此预热温度=（130+10）/2=70℃。
（2）预热管段伸长量的计算：
——预热管段伸长量，m；
——钢材的平均线膨胀系数，对于Q235材质取，1/℃；参照标准GB50316-2000《工业金属管道设计规范》；
——预热管段初始应力为零时管道温度，即电预热设备的开机时钢管的温度，℃；
——预热管段长度（管沟长度），m；
4.5预热段长度
根据《城镇供热直埋管道设计规程》CJJ/T81-98，本工程主要规格的管道预热段长度如下：
DN1000，预热段长度≥412米；
DN800，预热段长度≥342米；
本工程具体预热段长度及分段如下：
（1）第一预热段为由热源厂出口至海通街与东海路交口，预热段长度约620m；
（2）第二预热段十二大街与东海路交口至十一大街与东海路交口以南分段阀门，预热段长度约550m；
（3）第三预热段十一大街与东海路交口以南分段阀门至十大街与东海路交口，预热段长度约570m；
（4）第四预热段十大街与东海路交口至九大街与东海路交口，预热段长度约590m；
5.电预热效果
（1）第一预热段长度约575米，设计预热温度为70℃，计算伸长量为0.41米，计算回缩量0.06米；但由于第一预热段现场地质条件的限制，出现了沉陷，因此改为了有补偿方式，采用旋转补偿器，并未进行预热。
（2）第二预热段长度约550米，设计预热温度为70℃，计算伸长量为0.39米，计算回缩量0.06米，实际预热温度为68℃，实际伸长量为0.40米，实际回缩量为0.08米。
（3）第三预热段长度约570米，设计预热温度为70℃，计算伸长量为0.402米，计算回缩量0.06米，实际预热温度为68℃，实际伸长量为0.41米，实际回缩量为0.075米。
（4）第四预热段长度约590米，设计预热温度为70℃，计算伸长量为0.424米，计算回缩量0.06米，实际预热温度为68℃，实际伸长量为0.40米，实际回缩量为0.08米。
由于预热环境温度及回填土密实度的影响，管道预热后回缩量虽稍大于设计计算值，但也基本满足设计要求。
电预热安装是界于无补偿安装和有补偿安装之间的一种安装方式，管沟在回填之前管道的一半热膨胀变形已经提前释放，管道轴向应力降低到冷安装无补偿的一半，而且取消了管网中的大部分补偿器和固定支架，大大降低了工程的建设成本，同时提高了管网的安全性。但由于管道与管沟之间的摩擦力较大，因此预热伸长量不容易实现，预热周期较长。同时电预热安装方式要求管道埋深在1.5m以下，以保证土壤对管网冷态时的束缚力。由于开发区特殊的地质条件，热管网又建于绿化下，因此增加了施工难度和费用。如果在地质条件允许且管网最高运行温度不超过140℃的情况下，电预热安装是管道直埋敷设的最佳安装方式。尤其是對管网设计温度较高，管径较大的直埋管道采用预热安装方式具有明显的优势。