电预热技术的应用
来源：www.37lw.cn
编辑：admin
时间：2017-10-27
1 直埋管道安装方式及特点
直埋管道的安装方式包括无补偿安装、有补偿安装以及预热安装三种方式[1]。
1.1 无补偿安装
采用无补偿技术进行安装的管道在施工的同时就能够直接进行回填，整体焊接管道时的温度与回填时的环境温度相同，在管网中最大限度地减少甚至完全取消补偿器以及固定支架。但是由于管网运行过程中会形成较大的温差，会导致管道中的锚固段的轴向应力增加，因此如有必要需要对管道进行强化处理。
1.2 有补偿安装
采用有补偿安装的管网，通过补偿器吸收管道运行过程中产生的膨胀变形，管道中的轴向应力非常小。但是由于管网安装过程中需要大量应用补偿器和固定支架，会导致管网整体施工成本大幅度上升（见图1）。
1.3 预热安装
预热安装是介于前面两种安装方式之间的一种安装方式，管沟在回填之前，管道的一半膨胀变形已经提前释放，管道的轴向应力降到无补偿安装的一半左右，基本上不需要补偿器和固定支架，管网的安全性和施工成本得到了较大幅度的提升。
通过上面对无补偿安装、有补偿安装和预热安装三种技术的简单分析可以看出，如果考虑到管网长期运行的安全性和稳定性，预热安装是最佳的管道直埋敷设方式。预热安装技术在管网设计温度大于140℃、管路直径较大的管道敷设施工中的优势表现的尤为明显[2]。
2 电预热技术基本原理
采用电预热技术进行管道预热时，主要时通过电预热专用设备向需要预热的管道提供一个低电压、高电流的电能，将供回水管道作为电阻通过电缆进行连接，从而与电预热专用设备形成一个回路，在通电之后将钢管温度加热到设计预热温度。预热设备输出的电压值不高于60V，输出的电流根据管道的材料进行选择，通常在3000A～5000A之间[3]。
相对于其它的预热方式而言，电预热技术具有以下几个方面的明显优势：
（1）施工条件要求相对较为简单，不需要在管道中安装一次性补偿器以及固定支架，能够降低施工成本，同时还能提高施工效率，确保施工质量。（2）热消耗量相对其它预热技术更小，而且预热效果较好，预热时间较短。（3）电预热专用设备的体积较小、重量轻、操作便捷、无振动和噪音，能够适应流动作业的要求。（4）适用范围较广，能够满足DN50～1200mm的管道。（5）采用了低电压预热，因此能够很好地保证施工安全。（6）由于不需要安装补偿器，避免可拆卸连接导致的泄漏隐患，有效降低了维修的成本。
3 电预热技术工程实力应用
当前，电预热技术在集中供热直埋热水管网工程中进行了大量的应用，也取得了一些成功的经验，下面以大唐户县第二热电厂热力管网工程为例，对电预热技术在热力管网工程中的应用进行了分析。
大唐户县第二热电厂位于陕西省显示户县余下镇，该热电厂拥有两台300MW发电机组，根据相关统计数据来看，大唐户县第二热电厂2015年与2016年全年售热量（包含老厂区）基本持平，均为195万GJ，而考虑到2017年长安区供热为新的热负荷增长点，按照采暖季售热量150万GJ预计，全年售热量预计将达到约245万GJ（不包含老厂区）。同时，预计大唐户县第二热电厂2017年将新增用热面积43.7万m2。对于新增供热而言，需要进行大面积的热力管网建设。电预热技术的选用对于成本的控制以及管网长期运行的安全性和稳定性而言非常重要。以某段DN1000mm管道电预热为例，对电预热在工程中应用的实际效果进行了讨论。
3.1 预热管道基本参数
工作钢管的直徑为Φ1020×12；长度780m；设计供回水运行温度分别为135℃和70℃，安装温度为13.5℃，预热温度为72℃；计算预热伸长量为Δl=525mm；预热时土壤回填至管径的1/4位置。
3.2 管道的预热温度与时间变化的关系曲线
从图2可以看出，在预热的过程中，管道的温度上升斜率基本上保持较为均匀的变化趋势，这说明管道的加热速度较为均匀平稳，波动不大，这样能很好的确保预热管道的应力得到充分释放，这也是实现良好预热效果的基础。
3.3 管道伸长量与时间变化关系曲线
从图3来看，在预热的最初2个小时内，由于管道中温度应力所产生的轴向力与土壤的静摩擦力基本处于平衡的状态，因此在预热开始的阶段，管道的热伸长量非常小。而随着温度的继续上升，管道中的温度应力所产生的轴向力不断增加，打破了与土壤静摩擦力之间的平衡，管道的膨胀量基本保持直线匀速上升的状态。
3.4 管道长度与伸长量变化的关系曲线
图4为管道长度与管道伸长量变化的关系曲线，在预热管道上虽然并未设置固定点，但是实际上在预热管道0～48m之间会自然形成一个伸长量为零的驻点，而且在驻点的两侧，管道的伸长量的增加曲线会沿直线发生变化，斜率保持不变，这表明管道的预热较为均匀，不存在未预热的管段。
3.5 电预热在热力管网安装中应用需要注意的问题
3.5.1 预热时间的选择
管道的预热应该尽量避开冬季施工，户县冬季的温度较低，其中11月平均温度在3～12℃之间，12月最低温度基本在0℃以下，管道的伸长量较大，预热需要花费较长的时间，因此，如果条件允许，应该尽量选择在夏季进行热力管网的施工。
直埋管道的安装方式包括无补偿安装、有补偿安装以及预热安装三种方式[1]。
1.1 无补偿安装
采用无补偿技术进行安装的管道在施工的同时就能够直接进行回填，整体焊接管道时的温度与回填时的环境温度相同，在管网中最大限度地减少甚至完全取消补偿器以及固定支架。但是由于管网运行过程中会形成较大的温差，会导致管道中的锚固段的轴向应力增加，因此如有必要需要对管道进行强化处理。
1.2 有补偿安装
采用有补偿安装的管网，通过补偿器吸收管道运行过程中产生的膨胀变形，管道中的轴向应力非常小。但是由于管网安装过程中需要大量应用补偿器和固定支架，会导致管网整体施工成本大幅度上升（见图1）。
1.3 预热安装
预热安装是介于前面两种安装方式之间的一种安装方式，管沟在回填之前，管道的一半膨胀变形已经提前释放，管道的轴向应力降到无补偿安装的一半左右，基本上不需要补偿器和固定支架，管网的安全性和施工成本得到了较大幅度的提升。
通过上面对无补偿安装、有补偿安装和预热安装三种技术的简单分析可以看出，如果考虑到管网长期运行的安全性和稳定性，预热安装是最佳的管道直埋敷设方式。预热安装技术在管网设计温度大于140℃、管路直径较大的管道敷设施工中的优势表现的尤为明显[2]。
2 电预热技术基本原理
采用电预热技术进行管道预热时，主要时通过电预热专用设备向需要预热的管道提供一个低电压、高电流的电能，将供回水管道作为电阻通过电缆进行连接，从而与电预热专用设备形成一个回路，在通电之后将钢管温度加热到设计预热温度。预热设备输出的电压值不高于60V，输出的电流根据管道的材料进行选择，通常在3000A～5000A之间[3]。
相对于其它的预热方式而言，电预热技术具有以下几个方面的明显优势：
（1）施工条件要求相对较为简单，不需要在管道中安装一次性补偿器以及固定支架，能够降低施工成本，同时还能提高施工效率，确保施工质量。（2）热消耗量相对其它预热技术更小，而且预热效果较好，预热时间较短。（3）电预热专用设备的体积较小、重量轻、操作便捷、无振动和噪音，能够适应流动作业的要求。（4）适用范围较广，能够满足DN50～1200mm的管道。（5）采用了低电压预热，因此能够很好地保证施工安全。（6）由于不需要安装补偿器，避免可拆卸连接导致的泄漏隐患，有效降低了维修的成本。
3 电预热技术工程实力应用
当前，电预热技术在集中供热直埋热水管网工程中进行了大量的应用，也取得了一些成功的经验，下面以大唐户县第二热电厂热力管网工程为例，对电预热技术在热力管网工程中的应用进行了分析。
大唐户县第二热电厂位于陕西省显示户县余下镇，该热电厂拥有两台300MW发电机组，根据相关统计数据来看，大唐户县第二热电厂2015年与2016年全年售热量（包含老厂区）基本持平，均为195万GJ，而考虑到2017年长安区供热为新的热负荷增长点，按照采暖季售热量150万GJ预计，全年售热量预计将达到约245万GJ（不包含老厂区）。同时，预计大唐户县第二热电厂2017年将新增用热面积43.7万m2。对于新增供热而言，需要进行大面积的热力管网建设。电预热技术的选用对于成本的控制以及管网长期运行的安全性和稳定性而言非常重要。以某段DN1000mm管道电预热为例，对电预热在工程中应用的实际效果进行了讨论。
3.1 预热管道基本参数
工作钢管的直徑为Φ1020×12；长度780m；设计供回水运行温度分别为135℃和70℃，安装温度为13.5℃，预热温度为72℃；计算预热伸长量为Δl=525mm；预热时土壤回填至管径的1/4位置。
3.2 管道的预热温度与时间变化的关系曲线
从图2可以看出，在预热的过程中，管道的温度上升斜率基本上保持较为均匀的变化趋势，这说明管道的加热速度较为均匀平稳，波动不大，这样能很好的确保预热管道的应力得到充分释放，这也是实现良好预热效果的基础。
3.3 管道伸长量与时间变化关系曲线
从图3来看，在预热的最初2个小时内，由于管道中温度应力所产生的轴向力与土壤的静摩擦力基本处于平衡的状态，因此在预热开始的阶段，管道的热伸长量非常小。而随着温度的继续上升，管道中的温度应力所产生的轴向力不断增加，打破了与土壤静摩擦力之间的平衡，管道的膨胀量基本保持直线匀速上升的状态。
3.4 管道长度与伸长量变化的关系曲线
图4为管道长度与管道伸长量变化的关系曲线，在预热管道上虽然并未设置固定点，但是实际上在预热管道0～48m之间会自然形成一个伸长量为零的驻点，而且在驻点的两侧，管道的伸长量的增加曲线会沿直线发生变化，斜率保持不变，这表明管道的预热较为均匀，不存在未预热的管段。
3.5 电预热在热力管网安装中应用需要注意的问题
3.5.1 预热时间的选择
管道的预热应该尽量避开冬季施工，户县冬季的温度较低，其中11月平均温度在3～12℃之间，12月最低温度基本在0℃以下，管道的伸长量较大，预热需要花费较长的时间，因此，如果条件允许，应该尽量选择在夏季进行热力管网的施工。
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