冬期大直径直埋保温管电预热施工关键技术

电预热无补偿安装工艺是国内外大直径聚乙烯供热管道安装过程中的一个成熟的先进工艺，但是在地下水位较高、–20℃的环境中施工时，质量及安全控制存在问题，如电预热过程中如何防止管道焊口的渗水、漏电问题；DN1400的大管径保温管在低温且风速较大条件下如何保证管道焊口的焊接质量、预热完毕后补偿器中缝的焊接质量；低温环境中、风雪天气下管道热量会迅速流失，如何保证回填 质量。

在查阅大量聚乙烯直埋保温管直埋施工资料的基础上，发现在不同环境下进行大直径直埋电预热无补偿施工各不相同，其研究方向主要集中在普通施工环境下施工，而对冬期高水位施工研究方面较少。因此，项目部进行了施工技术难题攻关，改进的电预热施工技术在某集中供热管网工程项目中得到了很好的实施，经过室外–20℃，沟槽中有水情况下，保证了焊接质量和电预热的顺利进行，在后续使用过程中，管网运行正常稳定。

1   工程概况

某热源集中供热管网工程四标段项目，DN1400管道供热保温管安装施工环境为室外–20℃，沟槽中有水情况下施工1.8?kg，共分两个预热段进行检测。

2   电预热补偿施工工艺特点及原理

2.1   工艺适用范围

适用于供热、燃气等大管径聚乙烯直埋保温管道，地下水位较高或者基槽荷载不均匀的管网工程的施工。在冬期施工、风雪环境中容易流失热量的低温环境下的施工。

2.2   工艺原理

改进工艺后，管道接口利用耐低温、柔性较强的热熔套粘结，同时热熔套安装完毕后，还需要在热熔连接缝隙处，采用受热粘结性较强的伸缩带密封，防止地下水进入。管道、补偿器焊接过程中，由于在低温、风雪条件下施工，为了能够保证焊接质量，需要搭设防风棚，用电焊成型更好的J427焊条，同时焊条必须经过电烘烤箱烘干加热后，利用保温桶提装，在焊接过程中焊条处于180℃高温状态，保证焊缝质量，焊缝外表用加强板补强，防止内力作用下补偿器中缝拉裂。回填过程中，将管腔回填砂换为0~20?mm石硝，既保证了管道的流动伸缩，又缩短了回填时间。

2.3   工艺特点

改进的电预热无补偿施工方法与传统水预热、风预热和电预热在冬期、地下水位较高的施工环境下，提高了管道和补偿器的焊接质量，降低了传统电预热漏电的风险，提高了管网的安全性，降低了管网后期维护和检修的风险，降低了施工成本，在工期、质量、安全、节能、环保、造价等技术经济效能等方面体现了先进性和创新性。

3   新电预热补偿施工工艺流程及要点

3.1   工艺流程

施工准备→热熔套保温接口→一次性补偿器安装→电预热→补偿器中缝焊接→磁粉无损探伤→补偿器加强板焊接→24?h抢回填。

3.2   工艺操作要点

3.2.1   施工准备

电预热施工之前，首先要保证已经通过氩电联焊相互连接的管道，各个焊口100%通过无损射线探伤检测且合格。预热段内供回水管道之间没有相互连接的地方，否则会形成电流短路，影响电预热的施工。

3.2.2   热熔套保温接口

管道焊口在保温接口之前，需要做除污、除锈处理，以便热熔套能够与管皮100%粘结，不留缝隙。

热熔套选用耐低温、柔韧性非常好的聚乙烯材料制作，防止保温套在热胀冷缩作用下开裂，并且热熔接口处采用热缩带封闭，否则由于地下水位高水流会沿着接口缝隙渗入保温层，首先会损坏聚氨酯保温材料；其次在电预热过程中会与大地连接形成导电环路，严重影响电预热的效果（图1）。

图1??热熔套保温接口

3.2.3   一次性补偿器的安装

（1）一次性补偿器安装在管道的直线部分，按固定的间距安装一次性补偿器，同时补偿器两端必须保证一根12?m直管。

（2）安装前，检查补偿器的实际长度与规定的最大安装长度是否一致，若不一致调整调节螺杆，并使膨胀节两端面的平行度不大于3mm。

（3）一次性补偿器的最大补偿量应大于管道预热后每个补偿器所在独立管段的膨胀量。

3.2.4   电预热

（1）管线安装完毕，且经过相应的检测手段检测合格的管线方可进行预热。石硝回填至管材的3/4高处，沟槽内不得有任何可能阻碍管道自由伸长的土石方或结构。在弯头处不进行覆土，以便弯头在受热后可以运动。在预热过程中，不得再向沟槽内填石硝，以免阻碍管道的运动。弯头两侧2m内的部分不回填，以便管子来回移动（图2）。

图2??管腔回填材料换为石硝

（2）在每个管子的端口处焊接11个螺栓，每个螺栓之间相距100?mm，以便安装电缆，螺栓必须满焊，不允许有虚焊处 （图3）。

图3??管子端口处焊接螺栓示意

（3）在保温管外塑料管上距离管端向内12?m的位置处开一个洞，以安装传感器。必须将传感器探头紧密贴合固定在钢管上，管道末端要密封。

（4）供水管和回水管之间，除了形成回路在钢管末端安装的专用电缆外，不能在其他地方形成短路。

（5）管道末端必须用塑料端帽密封，禁止管内空气流动。

（6）预热段内不能含有变径或者存在不同材质、不同规格的管材（图4）。

图4??补偿器两端焊接螺栓以及导线连接

（7）在管线两个端头的管沟壁上用钢筋棍和工程白线设立标志线，在管道上钢管伸长方向用钢尺设置标尺，零刻度对准白线，以便测量管道的伸长量。通知监理开机，调节设备上的螺旋微调器，使电压电流逐步达到事先计算好的最佳数值，每一小时记录一次钢管温度和全线伸长以及环境温度和相应的电压电流数值，直至管线达到预热温度和预计伸长量。

（8）预热温度必须保证达到设计要 求，管道的伸长量以实际伸长量为准。达到设计温度后，即进入回填、保温阶段。在保温回填过程中，全线边加热边回填石硝，可直至管顶处，初期分步回填，宜采用机械回填人工夯实，在回填厚度达到管顶1?000?mm后，可用机械夯实。整个预热段回填完毕后，经项目部、监理、业主三方现场签字确认，方可停止加热，关闭机器，拆除附件。

3.2.5   补偿器中缝焊接

由于管径较大，已超过了国家标准DN1200，补偿器管壁18?mm，以达到收缩量。在低温大风的条件下，为保证补偿器中缝的焊接质量，需采取了以下措施。搭设防风棚施工；选用成型更好的J427焊条；利用电烤箱将焊条加热到180?℃，用保温桶提装，采用氩电联焊四遍成型；焊缝要求满焊成外坡状。在实践中，采取措施后，焊缝质量得到了明显的提高，不合格探伤检测片的数量大幅降低，达到了国家焊接 标准。

3.2.6   磁粉无损探伤

一次性补偿器在中缝焊接完成后，已与管道连接成一个整体，失去了补偿作用。因为补偿器中缝焊接时，补偿器处于收缩状态，而管道则处于拉伸状态，伸缩应力非常大，是供热管道中应力集中点，为了保证补偿器中缝的焊接质量，采用磁粉无损探伤检测和超声波检测双向检测，并且出具相关合格的检测报告。

3.2.7   补偿器加强板焊接

在室外低温、风雪环境中热量会迅速流失，为了防止补偿器拉裂，每个补偿器加焊了11道加强板（图5）。

图5??补偿器加强板

3.2.8   24h抢回填

预热完成后，保证在24h回填完毕，否则在冬期低温条件，热量会快速流失，受热的管道以及补偿器在热胀冷缩的作用下，管道应力收缩，拉裂焊口和补偿器，造成严重后果。将回填砂变更为回填石硝，保证了管道的流动性，且加快了施工回填进度，大幅 缩短了回填时间，回填顺序：先两头，后中间，回填到管顶1?000?mm后，开始压实 （图6）。

图6??管腔回填材料—石硝

3.3   工艺难点分析

3.3.1   保温接口处理

保温接口采用热熔套和管皮无缝隙粘结，在接口前应当对合格焊口做除锈、除污处理，热熔时必须保证热熔时间且热熔套和管皮100%粘结成为一个整体，做好热缩带防护，防止在预热过程中发生透水，产生漏电，造成重大安全事故。

3.3.2   特殊气候下采取的措施

在低温、风雪环境下进行管道焊接施工，存在很多不利因素，为了提高焊口的合格率，采取了以下措施。

（1）搭设防风棚（图7），降低了焊接工艺中气孔的发生概率，提高了焊接质量。

图7??防风棚

（2）选用成型更好的J427焊条，降低夹渣的发生概率。

（3）冬期施工焊条容易受潮，选用电烘烤箱加热焊条，利用保温桶提装，提高焊接质量。

3.3.3   预热注意事项

在管道温度达到预热温度后，测定管道伸长量和补偿器收缩量，达到理论值后，切断电流，迅速焊接补偿器中缝，因为经过电预热后，补偿器已和管道成为一个整体，为了防止补偿器中缝发生意外拉裂，项目部通过与厂家、施工单位、监理等相关单位共同研究后，决定每个补偿器焊接11块加强板，加固补偿器中缝，降低补偿器中缝受应力拉裂的风险。

3.3.4   回填时间

管道达到预热温度后，必须保证在24h内回填完毕，回填时应采取先两头后中间的方法，同时在回填过程中宜选用20t压路机分层压实，管顶覆土应大于1.6?m，否则管道会在温度降低的过程中产生收缩，拉裂一次性补偿器。

3.3.5   现场质量保证措施

现场应有防风、防雪措施；焊接前应清除管道上的冰、霜和雪；预热温度根据焊接工艺确定，预热范围在焊口两侧50?mm；焊接应使焊缝自由收缩，不得使焊口加速冷却；焊缝表面应清理干净，焊缝应完整并圆滑过渡，不得有裂纹、气孔、夹渣及熔合性飞溅物等缺陷。

4   结语

采用改进的电预热无补偿安装方法后，节约了资金1/3，工期缩短了1/2，保证了管道、补偿器的焊接质量，提高了在低温、大风环境下焊接质量的合格率，补偿器加强板的焊接，降低了补偿器中缝拉裂的风险。本工程完工后，经过检测单位检测，管道伸长量符合理论伸长量，一次性补偿器收缩量也符合规范要求，在后期管网运行中，管网正常运行。经过冬期供暖运行后，各项指标都达到规范要求，工程取得了良好的经济和社会效益。