专利名称：直埋管道电预热施工方法
技术领域：
本发明是关于一种直埋管道的施工方法，尤其是一种在管道安装过程中对管道进 行通电预热保温，能充分释放管道热应力的直埋管道电预热施式方法。
背景技术：
随着社会的发展，生产和生活水平的不断提高，集中供热的范围也在不断增加，因 此供热管道的辅设量也逐年上升。由于供热管道中输送高温液体，因此管道的温度应力取 决于温度变化产生的热胀冷缩变形的大小和变形的释放程度，为减小使用中温度的变化对 管道的伸缩量的影响，在进行管道辅设时通常对管道进行加热处理，释放掉管道中的应力， 以避免因温度的变化而导致管道的破坏，保证运行的稳定性。目前，在集中供热工程中应用对管道进行预热处理的方法主要有两种，一种是水 预热，另一种是风预热。对直埋管道进行水预热处理，是利用热水锅炉将管道中的水加热，利用热水的热 能将钢管加热到一定温度的过程，对直埋预制保温供热管道进行水预热，使管道自由伸长， 消除管道中安装残余应力。其方法是，在进行水预热前，先回填沙土压住管道，将管道与热 水锅炉相连接，使热水在管道和热水锅炉之间循环流动，对管道进行预热，当管道伸长量达 到或接近理论伸长量时，使用一次性补偿器连接封闭管道。管道在通热水进行预热工作时， 随着温度的升高，管道拉应力逐渐减少，当达到预热温度时，整体管道在此温度下应力为 零；继续升温，管道的压应力产生，并随着温度的升高而逐渐增加，当温度升到工作温度时， 管道的压力仍然小于管道的许用应力。对直埋管道进行风预热处理，是利用加热风机将加热的空气吹入管道的内部，利 用热风将钢管的温度加热到一定的温度。如第“03144267. 6”号中国专利就公开了一种“供 热直埋管道热风预热方法及所用热风供热装置”，该方法是对直埋预制保温供热管道进行 热风预热，使管道自由伸长，消除管道中安装残余应力；当管道伸长量达到或接近理论伸长 量时，回填沙土压住管道；将管道降温，并在各个预热段之间用一次性补偿器连接封闭；当 管道通热工作时，随着温度的升高，管道拉应力逐渐减少，当达到预热温度时，整体管道在 此温度下应力为零；继续升温，管道的压应力产生，并随着温度的升高而逐渐增加，当温度 升到工作温度时，管道的压力仍然小于管道的许用应力。上述两种公知的预热方法在施工过程中存在如下的一些不足之处在辅设管道的施工过程中，采用水预热的方法对管道进行预热处理，由于管道内 部必须要有加热的介质，因此导致传热效率低，能耗大；对管道进行水预热时，需要向管道 内注入大量的高温热水，因此要用热水锅炉将管道内的水加热，而该加热设备的体积庞大， 在施工现场需要占据较大的场地，扩大了施工的所占区域，特别对于在现代化的城市中施 工将对周边较大区域的道路、生活造成影响；此外，水预热时间长，利用水预热将钢管的温 度升到设计预热温度时间一般需要一周时间；水预热过程中，管道内部有大量的热水，由于 水的重量加大了摩擦力，一般都需要覆土预热，覆土预热过程中土壤会吸收一定的热量导致加热时间过长，加热温度不均勻，管道的伸长量不稳定的情况出现；且利用水预热管道必 须在管道上加装一次性补偿器和阀门，施工工艺复杂，同时增加了施工成本。而在辅设管道的施工过程中，采用风预热的方法对管道进行预热处理，需要主、副 两组加热装置分别为供、回水管道供热风，两组加装置均包括有直燃式热风机、循环风机、 混合箱、联接管道、温度显示及控制箱，因此在对供、回水管道进行预热处理的过程中，需两 套风预热加热装置，所需设备较多；风预热过程中密封是一个关键问题，目前在风预热过程 中很难做到对被预热段管道的完全密封，造成热风散热较大，钢管在加热过程中加热不均 勻，易出现伸长量不稳定的现象；另外，由于风预热时密封难度大，施工时无法对管道进行 完全的密封，因此将钢管的温度升到设计预热温度时间通常需要五天，导致风预热加热时 间长。因此，目前公知的水预热、风预热方法的预热成本高，现场施工难度大，设备与管 道的密封要求比较高，由于设备体积大，设备的搬运比较麻烦，且施工占地面积大，不能满 足不断提高的施工要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服现有技术存在的缺陷，达到节能降耗、提高施 工效率目的的直埋管道电预热施工方法，该方法特别适用于在被预热段管道中带变径、补 偿器、三通、阀门等管部件的预热施工。为此，本发明提出的直埋管道电预热施工方法包括开挖沟槽，将管道放入所述沟 槽内；向设有被预热段管道的沟槽内回填沙土，使该回填的沙土距被预热段管道的两端部 有一规定距离；将被预热段管道的两端部密封封闭，以防止管内的热气散失；所述被预热 段管道的两端部分别与至少一根电缆线相连接，所述电缆线连接供电设备，形成一封闭的 回路；在靠近被预热段管道的端部设置管道伸长量检测装置；在被预热段管道的一端设置 温度传感器，以随时调整所述回路中的电流量；在被预热段管道通电前，至少要记录温度传 感器显示的初始温度和伸长量检测装置的初始位置；经检测所述被预热段管道达到规定的 温度和伸长量后，并对整个沟槽进行回填和压实；在沟槽回填完成后，切断系统电源，拆除 在被预热段管道上设置的预热用装置。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，在所述被预热段管道的两端部焊接 至少一个螺栓，所述电缆线与所述螺栓固定连接；当在所述被预热段管道的两端焊接有多 个螺栓时，各螺栓之间间隔100mm，每个螺栓与一根电缆线相固定连接；且所述螺栓距所述 管道端部的距离大于等于30mm。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，所述被预热段管道中具有直径较大 的管道和小直径管道时，在变径处进行分段，使变径处位于预热段的起始端或末端。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，所述被预热段管道中具有直径较大 的管道和小直径管道时，在每个变径处两侧设置温度传感器，实时对变径处两侧管道的温 度进行测量，并对不同直径的管道分别计算升温速度和最终达到的预热温度。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，将连接在变径一侧直径较大的管道 的一端部通过电缆线与供电设备相连接，将连接在变径另一侧的小直径管道的端部通过短 接电缆线串联连接；当小直径管道的温度和伸长量达到预热要求时，停止对该部分管道的加热；将连接小直径管道的短接电缆线拆除，并将该短接电缆线连接到与所述变径相连接 的所述直径较大的管道的另一端，使该直径较大的管道与供电设备之间形成一封闭的回 路，继续对该直径较大的管道进行预热，并对设置小直径管道的沟槽进行回填。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，所述短接电缆线与所述直径较大的 管道另一端的连接处距所述变径的距离大于200mm。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，所述被预热段管道中具有补偿器或 通过法兰相连接的阀门时，在连接于所述阀门或补偿器两侧的所述管道上设置螺栓，并将 跨接电缆线与所述阀门或补偿器两侧的所述管道上设置的螺栓相连接，使所述阀门、补偿 器内通过的电流所造成的温升小于阀门或补偿器内密封件的耐热温度。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，所述被预热段管道包括供水管道和 回水管道，所述供水、回水管道之间通过短接电缆线串联连接。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，在所述被预热段管道的最长的直管 段上至少安装两个长度检查装置，以验证计算伸长和理论伸长的一致性；且所述被预热段 管道的两端部通过盖合塑料端帽进行封闭。如上所述的直埋管道电预热施工方法，其中，在开始预热前，回填至所述沟槽内的 沙土高度要达到所述管道外径的3/4高度处，并夯实；然后继续回填至高出所述管道外径 50mm，不须夯实；且该回填的沙土距被预热段管道的两端部的距离约为12米，所述管道伸 长量检测装置设置在距被预热段管道的端部大约2米的位置，所述温度传感器设置在距被 预热段管道的端部大约11米-12米的位置；在对所述被预热段管道的加热过程中，对所述 温度传感器所显示的温度值以及伸长量检测装置所测得的管道的长度变化量至少进行三 次测量。与公知技术相比本发明的直埋管道电预热施工方法的特点和优点是本发明提出的直埋管道电预热施工方法通过将被预热段管道与供电装置相连接， 构成一闭合回路，对被预热段管段施加低电压、高电流的电能，利用管道(钢管)自身电阻 发热的原理，将钢管的温度加热到设计预热温度。此施工方法简单，与公知的风预热、水预 热相比热消耗量小，预热均勻，所需预热时间短，缩短了施工周期，大大提高了生产效率。此外，本发明采用20-56V的低电压进行预热处理，有效地保证了施工安全。本发明的直埋管道电预热施工方法与公知的水预热、风预热方法相比，预热设备 简单、体积小、重量轻，且易于操作，无震动、无噪音。且适用范围广，只要钢管为介质输送 管，都可以实现。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图1是本发明的直埋管道电预热施工方法中设有管道的沟槽横截面示意图，示意 性地表示了回填的各沙土层；图2是本发明的直埋管道电预热施工方法的连接关系示意图；图3是本发明的直埋管道电预热施工方法中管道端侧视部示意图，示意性地表示 了螺栓的设置位置；图4是本发明的直埋管道电预热施工方法中管道端部主视示意图，示意性地表示了螺栓在管道长度方向上的设置位置；图5是本发明的直埋管道电预热施工方法中具有变径管道的预热步骤一示意图；图6是本发明的直埋管道电预热施工方法中具有变径管道的预热步骤二示意图；图7是本发明的直埋管道电预热施工方法中设置了补偿器的连接关系示意图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发 明的具体实施方式
。图1是本发明的直埋管道电预热施工方法中设有管道的沟槽横截面示意图，示意 性地表示了回填的各沙土层；图2是本发明的直埋管道电预热施工方法的连接关系示意 图；图3是本发明的直埋管道电预热施工方法中管道端侧视部示意图，示意性地表示了螺 栓的设置位置；图4是本发明的直埋管道电预热施工方法中管道端部主视示意图，示意性 地表示了螺栓在管道长度方向上的设置位置。如图所示，本发明提出的直埋管道电预热施式方法包括按常规的施工程序开挖 沟槽1，将管道放入所述沟槽1内。向设有被预热段管道2的沟槽1内回填沙土，对于被预 热段管道2的两端部的规定范围内不回填沙土，即，该回填的沙土距被预热段管道2的两端 部有一规定距离，其中，所述管道中确定需要进行预热处理的那部分管道称为被预热段管 道2。将被预热段管道2的两端部密封封闭，以防止管内的热气散失。例如，在一个可行的 实施例中，在被预热段管道的两端部通过盖合塑料端帽进行密封，或以其它公知材料制成 的非导热体进行密封封闭。所述被预热段管道2的两端部分别与至少一根电缆线相连接， 所述电缆线连接供电设备，形成一封闭的回路。在靠近被预热段管道2的端部设置管道伸 长量检测装置。在被预热段管道的一端设置温度传感器，以随时调整所述回路中的电流量。 在被预热段管道2通电前，至少要记录温度传感器显示的初始温度和伸量检测装置的初始 位置。经检测所述被预热段管道2达到规定的温度和伸长量后，并对整个沟槽1进行回填 和压实。在沟槽回填完成后，切断系统电源，拆除其上设置的预热用装置，即拆除设置在被 预热段管道上的电缆线、温度传感器、伸长量检测装置、连接螺栓等用于对管道进行预热处 理的装置。如图1所示，在开始预热前，在沟槽1内先填底层埋沙土 Li，将该底层沙土 Ll夯 实，然后放入被预热段管道2，回填至所述沟槽1内的填埋沙土层L2的高度要达到所述被预 热段管道2外径的大约3/4高度处，并夯实；最后继续回填顶层沙土 L3至高出所述被预热 段管道2外径大约50mm，不须夯实。且该回填的填埋沙土 L2、顶层沙土 L3距被预热段管道 2的两端部的距离约h约为12米。在所述被预热段管道2中，如果具有弯头，则在预热前，弯头处的沟槽1内不覆土。 即，弯头的两侧两米内的部分不回填沙土，以保证弯头受热后能自由移动。如果弯头处必须 覆土后再预热，则需要在弯头背弯处设置泡沫，然后覆土。在弯头处设置位移量测量装置， 已利计算预热段总的位移量。在所述被预热段管道2中，如果具有三通，则所有分支三通在预热过程中必须保 持敞沟(即，设有三通处的沟槽1内不回填沙土)以保证三通能自由移动。预热前三通不 能与支线管道连接。必须等预热完成后，预热管段的回缩稳定以后，三通才能与分支管道连接。另外，对于被预热段管道2中存在的三通等分支管道均需进行密封封闭，且保证在全部 所述被预热段管道内没有积水，以免通电后出现短路。进一步，在所述被预热段管道2的两端部焊接至少一个螺栓，所述电缆线与所述 螺栓固定连接。如图3、4所示，在本实施例中，在所述被预热段管道2的两端焊接多个螺栓 21，各螺栓21之间间隔IOOmm左右，每个螺栓21与一根电缆线相固定连接。所述螺栓21 距所述管道端部的距离H大于等于30mm。例如，可以在距被预然段管道的端口 30mm处的 管道外表面的正上方，焊接7条或5条规格为M12xl6-25的螺栓，每个螺栓连接一根电缆线 3。如图2所示，当所述被预热段管道2包括供水管道22和回水管道23时，所述供水、 回水管道22、23之间一端通过短接电缆线4串联连接，另一端通过电缆线3与供电设备相 连接，使被预热段管道与供电设备之间形成一封闭的回路。所述管道伸长量检测装置(未图示)通常设置在距被预热段管道2的端部大约 2米的位置，该管道伸长量检测装置例如可以是一个量尺，可以将其固定在被预热段管道2 易于观测的外表面上。在所述被预热段管道的最长的直管段上至少安装两个长度检查装 置，以验证计算伸长和理论伸长的一致性。并且在被预热段管道通电前，在量尺上标注零伸 长位置。此外，所述温度传感器5通常设置在距被预热段管道的端部大约11米-12米的位 置，以保证所测预热温度的准确性。在对所述被预热段管道的加热过程中，对所述温度传感器所显示的温度值以及伸 长量检测装置所测得的管道的长度变化量至少进行三次测量，通过温度可计算出理论伸长 量，与实际伸长量进行比对，确保整个预热过程符合要求。此外，所述被预热段管道中当管道直径发生变化时，需通过异径接头，又称为变径 6将两段不同直径的管道相连接。图5是本发明的直埋管道电预热施工方法中具有变径管道的预热步骤一示意图； 图6是本发明的直埋管道电预热施工方法中具有变径管道的预热步骤二示意图。具有变径管时，由于变径6两端连接的管道壁厚不同(通常大直径管道的壁厚大 于小直径管道的壁厚)，单位长度的电阻不同，因此在进行电预热时，会出现大口径管道升 温慢，小口径管道升温快的情况，最后导致整个被预热段管道的温升及伸长量不一致。为避 免这一问题的出现，在划分预热段时通常在变径管处进行分段，使变径处位于预热段的起 始端或末端。如果施工现场的条件不允许将变径放在起始端或末端，则需要对预热段内不同壁 厚(不同直径)的管道分别计算升温速度和最终能达到的预热温度及伸长量。即，当所述 被预热段管道中具有变径管时，在每个变径处两侧设置温度传感器，实时对变径处两侧管 道的温度进行测量，防止小口径管道温度升高过快和过高从而破坏保温层，并对不同直径 的管道分别计算升温速度和最终达到的预热温度。对带变径6的被预热段管道进行预热的具体步骤是，首先如图5所示，将连接在变 径6 —侧的直径较大的供水、回水管道22、23的一端部通过电缆线3与供电设备相连接，将 连接在变径6另一侧的小直径管道22 ’、23 ’的端部通过短接电缆线4串联连接。由于变径 6两端的管道直径和壁厚不同，小直径管道22’、23’的温度上升会比大直径供水、回水管道22,23温度上升的快，因此在变径6的两侧的管道上分别设置温度传感器5，分别监测变径 6两端管道的温度，当小直径管道22’、23’的温度达到预热要求时，停止对该部分管道的加 热，并对设有小直径管道22’、23’的管沟进行回填。然后如图6所示，将连接小直径管道 22’、23’的短接电缆线4拆除，并在距变径6的大口径端与供水、回水管道22、23的焊道处 有一间距S的位置焊接连接螺栓21，将该短接电缆线4与所述连接螺栓21相连接，使该直 径较大的供水、回水管道22、23与供电设备之间形成一封闭的回路。优选所述间距S应大 于200mm。重新开机，并调整预热设备的输出电流，其中，连接螺栓21的设置方法和设置位 置与上述在被预热段管道2的两端部焊接的螺栓方法相同，在此不再赘述。图7是本发明本发明的直埋管道电预热施工方法中设置了补偿器的连接关系示 意图。如图所示，在所述被预热段管道中具有补偿器7或通过法兰相连接的阀门(未图 示)时，在连接于所述阀门或补偿器两侧的所述管道上设置螺栓，并将跨接电缆线8与所述 补偿器7或阀门两侧的所述管道上设置的螺栓相连接，以减少预热电流流经该补偿器或阀 门。其中，在阀门或补偿器两侧设置的螺栓方法与在所述被预热段管道2的两端部焊接的 螺栓方法一样。并且，通过所述跨接电缆线8的设置，能够使所述阀门或补偿器内通过的电 流所造成的温升小于阀门或补偿器内密封件的耐热温度。对于在被预热段管道中设置的阀门是通过焊接的方法连接在管道上时，可以不对 阀门进行特殊处理，将阀门作为直管处理即可。本发明提出的直埋管道电预热施工方法通过将被预热段管道与供电装置相连接， 构成一闭合回路，对被预热段管段施加低电压、高电流的电能，利用管道(钢管)自身电阻 发热的原理，将钢管的温度加热到设计预热温度。此施工方法简单，与公知的风预热、水预 热相比热消耗量小，预热均勻，所需预热时间短，缩短了施工周期，大大提高的生产效率。此 外，本发明采用低电压、高电流进行预热处理，例如可以选用20-56V电压、3000-10000A的 电流进行预热处理，从而有效地保证了施工安全。下表为本发明的直埋管道电预热施工方法与采用水预热、风预热施工方法的比
较
权利要求
一种直埋管道电预热施工方法，包括开挖沟槽，将管道放入所述沟槽内；向设有被预热段管道的沟槽内回填沙土，使该回填的沙土距被预热段管道的两端部有一规定距离；将被预热段管道的两端部密封封闭，以防止管内的热气散失；所述被预热段管道的两端部分别与至少一根电缆线相连接，所述电缆线连接供电设备，形成一封闭的回路；在靠近被预热段管道的端部设置管道伸长量检测装置；在被预热段管道的一端设置温度传感器，以随时调整所述回路中的电流量；在被预热段管道通电前，至少要记录温度传感器显示的初始温度和伸长量检测装置的初始位置；经检测所述被预热段管道达到规定的温度和伸长量后，并对整个沟槽进行回填和压实；在沟槽回填完成后，切断系统电源，拆除在被预热段管道上设置的预热用装置。
2.如权利要求1所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，在所述被预热段管道 的两端部焊接至少一个螺栓，所述电缆线与所述螺栓固定连接；当在所述被预热段管道的 两端焊接有多个螺栓时，各螺栓之间间隔100mm，每个螺栓与一根电缆线相固定连接；且所 述螺栓距所述管道端部的距离大于等于30mm。
3.如权利要求1所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，所述被预热段管道中 具有直径较大的管道和小直径管道时，在变径处进行分段，使变径处位于预热段的起始端 或末端。
4.如权利要求1所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，所述被预热段管道中 具有直径较大的管道和小直径管道时，在每个变径处两侧设置温度传感器，实时对变径处 两侧管道的温度进行测量，并对不同直径的管道分别计算升温速度和最终达到的预热温度。
5.如权利要求3或4所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，将连接在变径一侧 直径较大的管道的一端部通过电缆线与供电设备相连接，将连接在变径另一侧的小直径管 道的端部通过短接电缆线串联连接；当小直径管道的温度达到预热要求时，停止对该部分 管道的加热；将连接小直径管道的短接电缆线拆除，并将该短接电缆线连接到与所述变径 相连接的所述直径较大的管道的另一端，使该直径较大的管道与供电设备之间形成一封闭 的回路，继续对该直径较大的管道进行预热，并对设置小直径管道的沟槽进行回填。
6.如权利要求5所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，所述短接电缆线与所 述直径较大的管道另一端的连接处距所述变径的距离大于200mm。
7.如权利要求1所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，所述被预热段管道中 具有补偿器或通过法兰相连接的阀门时，在连接于所述阀门或补偿器两侧的所述管道上设 置螺栓，并将跨接电缆线与所述阀门或补偿器两侧的所述管道上设置的螺栓相连接，使所 述阀门、补偿器内通过的电流所造成的温升小于阀门或补偿器内密封件的耐热温度。
8.如权利要求1或2所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，所述被预热段管道 包括供水管道和回水管道，所述供水、回水管道之间通过短接电缆线串联连接。
9.如权利要求1所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，在所述被预热段管道 的最长的直管段上至少安装两个长度检查装置，以验证计算伸长和理论伸长的一致性；且 所述被预热段管道的两端部通过盖合塑料端帽进行封闭。
10.如权利要求1所述的直埋管道电预热施工方法，其特征在于，在开始预热前，回填 至所述沟槽内的沙土高度要达到所述管道外径的3/4高度处，并夯实；然后继续回填至高 出所述管道外径50mm，不须夯实；且该回填的沙土距被预热段管道的两端部的距离约为12 米，所述管道伸长量检测装置设置在距被预热段管道的端部大约2米的位置，所述温度传 感器设置在距被预热段管道的端部大约11米-12米的位置；在对所述被预热段管道的加热 过程中，对所述温度传感器所显示的温度值以及伸长量检测装置所测得的管道的长度变化 量至少进行三次测量。
全文摘要
本发明涉及一种直埋管道电预热施工方法，包括将管道及管部件放入所述沟槽内；向设有被预热段管道的沟槽内回填沙土，使该回填的沙土距被预热段管道的两端部有一规定距离；将被预热段管道的两端部密封封闭；被预热段管道的两端部分别与至少一根电缆线相连接，所述电缆线连接供电设备；在被预热段管道上设置管道伸长量检测装置；在被预热段管道的一端设置温度传感器；在被预热段管道通电后，至少要记录温度传感器显示的初始温度和伸长量检测装置的初始位置；经检测所述被预热段管道达到规定的温度和伸长量后，拆除其上设置的预热用装置，并对整个沟槽进行回填和压实。本发明施工方法简单，热消耗量小，预热均匀，缩短了施工周期，大大提高了生产效率。
文档编号F16L53/00GK101975324SQ20091024329
公开日2011年2月16日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者叶勇 申请人:北京豪特耐管道设备有限公司