直埋熱水保溫管補償安裝和無補償安裝

 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行補償處理。很多設計說自己是無補償設計，很多保溫管生產廠說自己生產的是無補償保溫管，但實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。

      有補償直埋敷設按照傳統的管道強度驗算方法，對各種載荷產生的應力不分類，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力，隨介質溫度變化，管道脹縮、補償器對應縮伸、吸收應力和位移進行熱補償。設計結果是固定支架和補償器的數量很多，對保溫管的質量要求低，對補償器的質量要求高，但由于目前補償器的質量很大一部分不過關，難以滿足管網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，這造成了企業的生產運行成本加大，是熱力企業虧損的一個很重要的原因。但很多熱力企業沒有認識到這一點，目前還仍在大量的應用。

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。

無補償安裝分為預熱安裝和冷安裝兩種

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

       目前在工程應用中以預熱介質劃分為水、氣和電三種預熱方式：

       熱水預熱由于受水的熱物理性質的限制，施工條件要求有熱電廠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生了諸如預熱時間過長、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，因此設計伸長量不容易達到，大管徑管道水預熱時，管道中容易出現錨固段，影響預熱的效果。這些缺點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，須具備大功率風機對管道提供持續風源，預熱管段必須焊接完畢，形成完整回路，以便氣流順利通過。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。電預熱的技術優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、無噪音，自動監控、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，預熱均勻，預熱時間短；施工條件要求簡單，適用范圍廣，只要金屬管為介質輸送管，均可以實現預熱，低電壓大電流保證了施工安全性。目前在國內越來越多的地方應用。

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

敞開式預熱安裝

　　在覆土前，管道可以進行敞開式預熱。由于沒有土壤摩擦力，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的溫度。

　　管道被加熱到預熱溫度時覆土后再冷卻，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的功能僅作為管道使用。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境溫度下進行的。管道應力驗算采用分類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、來源、作用范圍、性質和危害程度不同進行分類，采用不同的強度驗算條件。按照以上方法設計的直埋熱水管道，直管段通常可以不設補償裝置且不必預熱，管道焊接和溝槽回填等安裝過程都在冷態條件下進行。在冷態的環境溫度下管道處于零應力狀態，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型或之型彎管進行自然補償。該設計方法在熱水管道直埋敷設中可以發揮明顯優勢，利用溫度應力具有自限性的特點，充分發揮管材的承載能力。

      由于該系統設計中沒有補償器固定墩，減少了系統中危險點的數量，提高了安全；投資少，無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；維護費用低以及熱損失小且不影響地面環境外貌等優點。管網停運期間管道處于底應力狀態，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，也是無補償設計和施工要求zui高的地方，生產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質量問題，很容易開裂滲漏，形成管網的薄弱點。

      現場接頭安裝也是很重要的一個環節，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，另外現場發泡一定要采用現場發泡車進行機械發泡，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廠家并不多，因為需要設備、技術、材料和管理同時到位才能夠保證質量。