冬期大直徑直埋保溫管電預熱施工關鍵技術

電預熱無補償安裝工藝是國內(nèi)外大直徑聚乙烯供熱管道安裝過程中的一個成熟的先進工藝，但是在地下水位較高、–20℃的環(huán)境中施工時，質(zhì)量及安全控制存在問題，如電預熱過程中如何防止管道焊口的滲水、漏電問題；DN1400的大管徑保溫管在低溫且風速較大條件下如何保證管道焊口的焊接質(zhì)量、預熱完畢后補償器中縫的焊接質(zhì)量；低溫環(huán)境中、風雪天氣下管道熱量會迅速流失，如何保證回填質(zhì)量。在查閱大量聚乙烯直埋保溫管直埋施工資料的基礎上，發(fā)現(xiàn)在不同環(huán)境下進行大直徑直埋電預熱無補償施工各不相同，其研究方向主要集中在普通施工環(huán)境下施工，而對冬期高水位施工研究方面較少。因此，項目部進行了施工技術難題攻關，改進的電預熱施工技術在某集中供熱管網(wǎng)工程項目中得到了很好的實施，經(jīng)過室外–20℃，溝槽中有水情況下，保證了焊接質(zhì)量和電預熱的順利進行，在后續(xù)使用過程中，管網(wǎng)運行正常穩(wěn)定。1、工程概況某熱源集中供熱管網(wǎng)工程四標段項目，DN1400管道供熱保溫管安裝施工環(huán)境為室外–20℃，溝槽中有水情況下施工1.8?kg，共分兩個預熱段進行檢測。2、電預熱補償施工工藝特點及原理2.1

工藝適用范圍適用于供熱、燃氣等大管徑聚乙烯直埋保溫管道，地下水位較高或者基槽荷載不均勻的管網(wǎng)工程的施工。在冬期施工、風雪環(huán)境中容易流失熱量的低溫環(huán)境下的施工。2.2

工藝原理改進工藝后，管道接口利用耐低溫、柔性較強的熱熔套粘結，同時熱熔套安裝完畢后，還需要在熱熔連接縫隙處，采用受熱粘結性較強的伸縮帶密封，防止地下水進入。管道、補償器焊接過程中，由于在低溫、風雪條件下施工，為了能夠保證焊接質(zhì)量，需要搭設防風棚，用電焊成型更好的J427焊條，同時焊條必須經(jīng)過電烘烤箱烘干加熱后，利用保溫桶提裝，在焊接過程中焊條處于180℃高溫狀態(tài)，保證焊縫質(zhì)量，焊縫外表用加強板補強，防止內(nèi)力作用下補償器中縫拉裂?；靥钸^程中，將管腔回填砂換為0~20?mm石硝，既保證了管道的流動伸縮，又縮短了回填時間。2.3

工藝特點改進的電預熱無補償施工方法與傳統(tǒng)水預熱、風預熱和電預熱在冬期、地下水位較高的施工環(huán)境下，提高了管道和補償器的焊接質(zhì)量，降低了傳統(tǒng)電預熱漏電的風險，提高了管網(wǎng)的安全性，降低了管網(wǎng)后期維護和檢修的風險，降低了施工成本，在工期、質(zhì)量、安全、節(jié)能、環(huán)保、造價等技術經(jīng)濟效能等方面體現(xiàn)了先進性和創(chuàng)新性。3、新電預熱補償施工工藝流程及要點3.1

工藝流程施工準備→熱熔套保溫接口→一次性補償器安裝→電預熱→補償器中縫焊接→磁粉無損探傷→補償器加強板焊接→24?h搶回填。3.2

工藝操作要點3.2.1

施工準備電預熱施工之前，首先要保證已經(jīng)通過氬電聯(lián)焊相互連接的管道，各個焊口100%通過無損射線探傷檢測且合格。預熱段內(nèi)供回水管道之間沒有相互連接的地方，否則會形成電流短路，影響電預熱的施工。3.2.2

熱熔套保溫接口管道焊口在保溫接口之前，需要做除污、除銹處理，以便熱熔套能夠與管皮100%粘結，不留縫隙。熱熔套選用耐低溫、柔韌性非常好的聚乙烯材料制作，防止保溫套在熱脹冷縮作用下開裂，并且熱熔接口處采用熱縮帶封閉，否則由于地下水位高水流會沿著接口縫隙滲入保溫層，首先會損壞聚氨酯保溫材料；其次在電預熱過程中會與大地連接形成導電環(huán)路，嚴重影響電預熱的效果（圖1）。圖1熱熔套保溫接口3.2.3

一次性補償器的安裝（1）一次性補償器安裝在管道的直線部分，按固定的間距安裝一次性補償器，同時補償器兩端必須保證一根12?m直管。（2）安裝前，檢查補償器的實際長度與規(guī)定的最大安裝長度是否一致，若不一致調(diào)整調(diào)節(jié)螺桿，并使膨脹節(jié)兩端面的平行度不大于3mm。（3）一次性補償器的最大補償量應大于管道預熱后每個補償器所在獨立管段的膨脹量。3.2.4

電預熱（1）管線安裝完畢，且經(jīng)過相應的檢測手段檢測合格的管線方可進行預熱。石硝回填至管材的3/4高處，溝槽內(nèi)不得有任何可能阻礙管道自由伸長的土石方或結構。在彎頭處不進行覆土，以便彎頭在受熱后可以運動。在預熱過程中，不得再向溝槽內(nèi)填石硝，以免阻礙管道的運動。彎頭兩側(cè)2m內(nèi)的部分不回填，以便管子來回移動（圖2）。圖2管腔回填材料換為石硝（2）在每個管子的端口處焊接11個螺栓，每個螺栓之間相距100?mm，以便安裝電纜，螺栓必須滿焊，不允許有虛焊處（圖3）。圖3管子端口處焊接螺栓示意（3）在保溫管外塑料管上距離管端向內(nèi)12?m的位置處開一個洞，以安裝傳感器。必須將傳感器探頭緊密貼合固定在鋼管上，管道末端要密封。（4）供水管和回水管之間，除了形成回路在鋼管末端安裝的專用電纜外，不能在其他地方形成短路。（5）管道末端必須用塑料端帽密封，禁止管內(nèi)空氣流動。（6）預熱段內(nèi)不能含有變徑或者存在不同材質(zhì)、不同規(guī)格的管材（圖4）。圖4補償器兩端焊接螺栓以及導線連接（7）在管線兩個端頭的管溝壁上用鋼筋棍和工程白線設立標志線，在管道上鋼管伸長方向用鋼尺設置標尺，零刻度對準白線，以便測量管道的伸長量。通知監(jiān)理開機，調(diào)節(jié)設備上的螺旋微調(diào)器，使電壓電流逐步達到事先計算好的最佳數(shù)值，每一小時記錄一次鋼管溫度和全線伸長以及環(huán)境溫度和相應的電壓電流數(shù)值，直至管線達到預熱溫度和預計伸長量。（8）預熱溫度必須保證達到設計要求，管道的伸長量以實際伸長量為準。達到設計溫度后，即進入回填、保溫階段。在保溫回填過程中，全線邊加熱邊回填石硝，可直至管頂處，初期分步回填，宜采用機械回填人工夯實，在回填厚度達到管頂1?000?mm后，可用機械夯實。整個預熱段回填完畢后，經(jīng)項目部、監(jiān)理、業(yè)主三方現(xiàn)場簽字確認，方可停止加熱，關閉機器，拆除附件。3.2.5

補償器中縫焊接由于管徑較大，已超過了國家標準DN1200，補償器管壁18?mm，以達到收縮量。在低溫大風的條件下，為保證補償器中縫的焊接質(zhì)量，需采取了以下措施。搭設防風棚施工；選用成型更好的J427焊條；利用電烤箱將焊條加熱到180?℃，用保溫桶提裝，采用氬電聯(lián)焊四遍成型；焊縫要求滿焊成外坡狀。在實踐中，采取措施后，焊縫質(zhì)量得到了明顯的提高，不合格探傷檢測片的數(shù)量大幅降低，達到了國家焊接標準。3.2.6

磁粉無損探傷一次性補償器在中縫焊接完成后，已與管道連接成一個整體，失去了補償作用。因為補償器中縫焊接時，補償器處于收縮狀態(tài)，而管道則處于拉伸狀態(tài)，伸縮應力非常大，是供熱管道中應力集中點，為了保證補償器中縫的焊接質(zhì)量，采用磁粉無損探傷檢測和超聲波檢測雙向檢測，并且出具相關合格的檢測報告。3.2.7

補償器加強板焊接在室外低溫、風雪環(huán)境中熱量會迅速流失，為了防止補償器拉裂，每個補償器加焊了11道加強板（圖5）。圖5補償器加強板3.2.8

24h搶回填預熱完成后，保證在24h回填完畢，否則在冬期低溫條件，熱量會快速流失，受熱的管道以及補償器在熱脹冷縮的作用下，管道應力收縮，拉裂焊口和補償器，造成嚴重后果。將回填砂變更為回填石硝，保證了管道的流動性，且加快了施工回填進度，大幅縮短了回填時間，回填順序：先兩頭，后中間，回填到管頂1?000?mm后，開始壓實（圖6）。圖6管腔回填材料—石硝3.3

工藝難點分析3.3.1

保溫接口處理保溫接口采用熱熔套和管皮無縫隙粘結，在接口前應當對合格焊口做除銹、除污處理，熱熔時必須保證熱熔時間且熱熔套和管皮100%粘結成為一個整體，做好熱縮帶防護，防止在預熱過程中發(fā)生透水，產(chǎn)生漏電，造成重大安全事故。3.3.2

特殊氣候下采取的措施在低溫、風雪環(huán)境下進行管道焊接施工，存在很多不利因素，為了提高焊口的合格率，采取了以下措施。（1）搭設防風棚（圖7），降低了焊接工藝中氣孔的發(fā)生概率，提高了焊接質(zhì)量。圖7防風棚（2）選用成型更好的J427焊條，降低夾渣的發(fā)生概率。（3）冬期施工焊條容易受潮，選用電烘烤箱加熱焊條，利用保溫桶提裝，提高焊接質(zhì)量。3.3.3

預熱注意事項在管道溫度達到預熱溫度后，測定管道伸長量和補償器收縮量，達到理論值后，切斷電流，迅速焊接補償器中縫，因為經(jīng)過電預熱后，補償器已和管道成為一個整體，為了防止補償器中縫發(fā)生意外拉裂，項目部通過與廠家、施工單位、監(jiān)理等相關單位共同研究后，決定每個補償器焊接11塊加強板，加固補償器中縫，降低補償器中縫受應力拉裂的風險。3.3.4

回填時間管道達到預熱溫度后，必須保證在24h內(nèi)回填完畢，回填時應采取先兩頭后中間的方法，同時在回填過程中宜選用20t壓路機分層壓實，管頂覆土應大于1.6?m，否則管道會在溫度降低的過程中產(chǎn)生收縮，拉裂一次性補償器。3.3.5

現(xiàn)場質(zhì)量保證措施現(xiàn)場應有防風、防雪措施；焊接前應清除管道上的冰、霜和雪；預熱溫度根據(jù)焊接工藝確定，預熱范圍在焊口兩側(cè)50?mm；焊接應使焊縫自由收縮，不得使焊口加速冷卻；焊縫表面應清理干凈，焊縫應完整并圓滑過渡，不得有裂紋、氣孔、夾渣及熔合性飛濺物等缺陷。4、結語采用改