大管径长输供热管道施工关键技术实践.pdf

2023.09Doors&Windows1 1前言前言大管径长输供热管道是热力工程中的重点施工大管径长输供热管道是热力工程中的重点施工内容内容，具有稳定可靠具有稳定可靠、经济高效等优势经济高效等优势，但施工条件但施工条件复杂复杂，受到现场地质条件受到现场地质条件、周边既有建周边既有建（构构）筑物等因筑物等因素的干扰素的干扰。在此背景下在此背景下，有必要对大管径长输供热有必要对大管径长输供热管道施工技术进行探讨管道施工技术进行探讨，采取科学可行的施工方法采取科学可行的施工方法，保证大管径长输供热管道的施工质量保证大管径长输供热管道的施工质量。2 2工程概况工程概况某热力工程某热力工程，主管径为主管径为DNDN14001400，长度长度1818.1 1kmkm，设设计压力计压力1 1.6 6MPaMPa，设计供回水温度设计供回水温度120120/5555。管道规管道规模大模大，管道铺设沿线存在岩石管道铺设沿线存在岩石、河流淤泥等地质河流淤泥等地质，局局部缺乏稳定性部缺乏稳定性，加之基坑开挖的扰动作用加之基坑开挖的扰动作用，可能引起可能引起坍塌坍塌。为保障施工安全和施工质量为保障施工安全和施工质量，用拉森钢板桩用拉森钢板桩对基坑做支护处理对基坑做支护处理，由由Q Q235235B B碳素结构钢为基础材碳素结构钢为基础材料加工成预制直埋保温管料加工成预制直埋保温管，搭配聚氨酯硬质泡沫塑搭配聚氨酯硬质泡沫塑料料，提升保温性能提升保温性能。3 3大管径长输供热管道的设计要点大管径长输供热管道的设计要点3 3.1 1固定支座的设计固定支座的设计（1 1）支座的材料支座的材料。以金属类材料制作固定支座以金属类材料制作固定支座，原因在于此类材料的刚度原因在于此类材料的刚度、硬度均较高硬度均较高，耐久可靠耐久可靠，使用过程中支座松动的可能性较低使用过程中支座松动的可能性较低，能够满足大管能够满足大管径长输供热管道对支座的质量要求径长输供热管道对支座的质量要求。在确定固定支在确定固定支座的基本材料后座的基本材料后，根据工程需求制定材料采购方案根据工程需求制定材料采购方案，初步筛选供应商初步筛选供应商，做对比分析做对比分析，尽可能挑选质量可尽可能挑选质量可靠靠、成本低的供应商成本低的供应商，以期在保证固定支座施工质量以期在保证固定支座施工质量的前提下降低成本的前提下降低成本。（2 2）工艺的设计工艺的设计。遵循因地制宜的原则遵循因地制宜的原则，根据工根据工程施工条件选择合适的固定支座施工工艺程施工条件选择合适的固定支座施工工艺，并以类并以类似工程的施工经验为参考进行优化似工程的施工经验为参考进行优化，提高工艺的可提高工艺的可行性行性。（3 3）其它方面其它方面。设计时设计时，密切关注管道工作温密切关注管道工作温度度、压力等参数压力等参数，验算管道在不同埋深时各项参数的验算管道在不同埋深时各项参数的可行性可行性，具体涉及到转角应力具体涉及到转角应力、轴向压力轴向压力、摩擦力摩擦力、分分支点位移量等参数支点位移量等参数，针对缺乏可行性的参数进行调针对缺乏可行性的参数进行调整整，保证各项参数符合规范且在工程实际环境中具保证各项参数符合规范且在工程实际环境中具有可行性有可行性。在技术参数的核算中在技术参数的核算中，考虑安装考虑安装、运行运行、检修等场景检修等场景，确保各项技术参数在不同的场景中均确保各项技术参数在不同的场景中均可行可行。3 3.2 2补偿设计补偿设计直管段直管段，根据热伸长量根据热伸长量、管道规格管道规格、补偿器类型补偿器类型等因素综合分析等因素综合分析，确定合适的补偿段长度确定合适的补偿段长度，再以此为再以此为准准，采取分段补偿的方法采取分段补偿的方法。条件允许时条件允许时，根据现场地根据现场地形进行自然补偿形进行自然补偿，基本思路是将管道直角转弯处作基本思路是将管道直角转弯处作为自然补偿器为自然补偿器，优势在于缩短补偿段的长度优势在于缩短补偿段的长度，减少补减少补偿器的用量偿器的用量。不规则管道不规则管道，根据拆分的思路进行补根据拆分的思路进行补偿设计偿设计，以转弯部位为轴线划分为多个直线段以转弯部位为轴线划分为多个直线段，用支用支架固定架固定。4 4大管径长输供热管道施工关键技术大管径长输供热管道施工关键技术4 4.1 1管道焊接管道焊接在本工程中在本工程中，采用的是壁厚为采用的是壁厚为 1818mmmm、直径直径DNDN14001400的大管径管道的大管径管道，其在使用过程中存在错边量其在使用过程中存在错边量控制难度高控制难度高、易变形等问题易变形等问题。焊接作为管道安装中焊接作为管道安装中的重要环节的重要环节，合理进行焊接有利于提高大管径长输合理进行焊接有利于提高大管径长输供热管道的施工质量供热管道的施工质量，经过焊接后经过焊接后，要求焊缝内部和要求焊缝内部和外部的质量均达到要求外部的质量均达到要求。为提高焊接质量为提高焊接质量，在施焊在施焊前制定焊接工艺方案前制定焊接工艺方案，做好人员做好人员、材料材料、设备等的配设备等的配置工作置工作，规划焊接工艺流程规划焊接工艺流程，确定焊接参数确定焊接参数（焊接电焊接电压压、焊缝尺寸等焊缝尺寸等），），由专员规范完成大管径长输供热由专员规范完成大管径长输供热管道的焊接作业管道的焊接作业；确定强度和严密性检验的操作方确定强度和严密性检验的操作方法法，以便在焊接结束后进行质量检验以便在焊接结束后进行质量检验，评价焊接评价焊接效果效果。以以“内撑外箍尾托内撑外箍尾托”法施工法施工，目的在于控制大管目的在于控制大管径管道的管口错边量径管道的管口错边量，即通过内支撑的方式维持管即通过内支撑的方式维持管道的圆度道的圆度；通过外抱箍对口器在管外进行控制通过外抱箍对口器在管外进行控制；根据根据管道的规格管道的规格，在管尾部配置专用支撑拖动装置在管尾部配置专用支撑拖动装置，根据根据现场施工情况灵活地进行位置的调节现场施工情况灵活地进行位置的调节。在联合采取在联合采取大管径长输供热管道施工关键技术实践大管径长输供热管道施工关键技术实践陈亭亭陈亭亭山西省安装集团股份有限公司山西省安装集团股份有限公司摘摘要要：本文以某热力工程为例本文以某热力工程为例，从大管径固定支座设计从大管径固定支座设计、补偿设计两方面剖析供热管道的设计要点补偿设计两方面剖析供热管道的设计要点，进而重点探讨大管径进而重点探讨大管径长输供热管道施工关键技术长输供热管道施工关键技术，提出管道焊接提出管道焊接、电预热电预热、穿河施工的作业方法穿河施工的作业方法，并就本工程的大管径供热管道施工效果进行评价并就本工程的大管径供热管道施工效果进行评价。实践表明实践表明，供热管道的焊接质量达标供热管道的焊接质量达标，管道铺设路径合理管道铺设路径合理，管网水温损失较小管网水温损失较小，大管径长输供热管道的综合质量得到保障大管径长输供热管道的综合质量得到保障，工程采工程采取的施工技术具有可行性取的施工技术具有可行性，可供参考可供参考。关键词关键词：热力工程热力工程；大管径大管径；长输供热管道长输供热管道；设计设计；关键技术关键技术；效果评价效果评价DOI：10.12258/j.issn.1673-8780.2023.18.022施工技术施工技术642023.09Doors&Windows多项控制措施后多项控制措施后，使大管径管道的管口错边量稳定使大管径管道的管口错边量稳定在许可范围内在许可范围内。在焊接工艺评定时进行试验在焊接工艺评定时进行试验，确定对口间隙确定对口间隙，对对此项参数予以控制此项参数予以控制，保证对口质量以及提高对口作保证对口质量以及提高对口作业效率业效率。管道坡口的处理在加工厂内便完成管道坡口的处理在加工厂内便完成，但在但在管道装卸管道装卸、运输运输、敷设等环节中敷设等环节中，可能由于磕碰或其可能由于磕碰或其它原因而引起划伤它原因而引起划伤、裂纹等管口质量缺陷裂纹等管口质量缺陷，为此需进为此需进行质量检查行质量检查，针对存在质量问题的部位进行打磨修针对存在质量问题的部位进行打磨修复复，确认管口质量无误后方可焊接确认管口质量无误后方可焊接。管道下向焊采取对称施焊的作业方法管道下向焊采取对称施焊的作业方法，安排两安排两名员工从管顶中心开始名员工从管顶中心开始，同步向下焊接同步向下焊接。引弧以平引弧以平焊位置坡口内为宜焊位置坡口内为宜，设焊接质量控制点设焊接质量控制点，用于管控焊用于管控焊接质量接质量。在立焊位置焊接时在立焊位置焊接时，适当延长电弧适当延长电弧，熔池有熔池有圆度圆度。以回焊法熄弧以回焊法熄弧，需拉过需拉过6 6点钟位置点钟位置，填满弧坑填满弧坑。根焊后随即热焊及填充焊根焊后随即热焊及填充焊，每相邻每相邻2 2层焊道中的接头层焊道中的接头错开不少于错开不少于2020mmmm，焊道间温度不低于焊道间温度不低于100100。为检为检验氩电联焊下向焊在本工程中的可行性验氩电联焊下向焊在本工程中的可行性，将其与将其与COCO2 2气体保护焊气体保护焊、埋弧自动焊做对比分析埋弧自动焊做对比分析，具体如表具体如表 1 1所示所示。表表1 1焊接方法应用效果对比焊接方法应用效果对比.焊接方法CO2气体保护焊埋弧自动焊氩电联焊下向焊变形大小较小较小小热影响区大小大较小小焊接效率低较低高焊接消耗大小极小焊接后焊接后，通过外观检查通过外观检查、无损检验等方法评价焊无损检验等方法评价焊接效果接效果，发现问题后随即处理发现问题后随即处理。在无损检验中在无损检验中，考虑考虑的是射线探伤和超声波探伤的综合方式的是射线探伤和超声波探伤的综合方式。经过焊接经过焊接质量检验后质量检验后，采取防腐措施采取防腐措施。4 4.2 2电预热技术电预热技术管道经过电预热后产生的热膨胀变形可通过一管道经过电预热后产生的热膨胀变形可通过一次性补偿器进行释放次性补偿器进行释放，达到减小管道轴向力达到减小管道轴向力、维持管维持管道稳定性的效果道稳定性的效果，使管道在回填前的应力便满足运使管道在回填前的应力便满足运行阶段的要求行阶段的要求，保证建设成型的大管径长输供热管保证建设成型的大管径长输供热管道能够正常使用道能够正常使用。管道电预热后的热膨胀变形释放管道电预热后的热膨胀变形释放效果与补偿器有关效果与补偿器有关，因此必须严格控制补偿器的质因此必须严格控制补偿器的质量量。从装置自身的角度来看从装置自身的角度来看，实地考核补偿器生产实地考核补偿器生产厂家的生产能力厂家的生产能力，进场时进行质量检验进场时进行质量检验。从工艺的从工艺的角度来看角度来看，重点在于提升补偿器安装方式的合理性重点在于提升补偿器安装方式的合理性，要求焊后一次性补偿器和直管段的同轴度均达到要要求焊后一次性补偿器和直管段的同轴度均达到要求求；由具有资质的焊工对管道做整体焊接处理由具有资质的焊工对管道做整体焊接处理，安排安排探伤检验探伤检验，评价管道焊接质量评价管道焊接质量，若无误则进行切割安若无误则进行切割安装装，切割长度根据补偿器厂家提供的技术参数做精切割长度根据补偿器厂家提供的技术参数做精确的控制确的控制，通常约为通常约为2 2m m。一次性补偿器安装时涉及到二次焊接作业一次性补偿器安装时涉及到二次焊接作业，为为保证焊接的有效性保证焊接的有效性，提前制定适应于补偿器的二次提前制定适应于补偿器的二次焊接工艺方案焊接工艺方案。在本工程中在本工程中，采取采取3 3遍焊接工艺遍焊接工艺，焊焊接后进行探伤接后进行探伤、保温保温，经过质量检验后若确认补偿器经过质量检验后若确认补偿器焊接效果达到要求焊接效果达到要求，开始填沙开始填沙，密实度与主管道保持密实度与主管道保持一致一致。电预热结构电预热结构，如图如图1 1所示所示。热量与电流的平热量与电流的平方方、运行时间均呈正比运行时间均呈正比，在电预热的方式下在电预热的方式下，使管道使管道伸长至设计值伸长至设计值，此时仍维持恒温状态此时仍维持恒温状态，进行固定补偿进行固定补偿器的焊接器的焊接、管沟回填管沟回填，待前述提及的几项工作均完成待前述提及的几项工作均完成后后，停止预热停止预热。为有条不紊地进行电预热并取得良为有条不紊地进行电预热并取得良好的施工效果好的施工效果，采取分段预热的方法采取分段预热的方法，各段的长度控各段的长度控制在制在350350mm10001000m m，根据管道敷设沿线的地质条件根据管道敷设沿线的地质条件、周边建筑物分布状况等在该区间内进行调整周边建筑物分布状况等在该区间内进行调整，同时同时确保变径或不同材质的保温管不在同一段内确保变径或不同材质的保温管不在同一段内，按照按照该思路该思路，最终产生最终产生2020个预热段个预热段，根据分段情况依次施根据分段情况依次施工工。施工前施工前，用端帽对预热管段的两端做密封处理用端帽对预热管段的两端做密封处理，以免在预热过程中因气体的流动而带走热量以免在预热过程中因气体的流动而带走热量。电预热设备短线连接温度传感器标尺标尺标尺标尺图图1 1电预热结构示意图电预热结构示意图4 4.3 3穿河施工技术穿河施工技术水平定向钻水平定向钻、顶管顶管、围岩开挖沟埋等均是供热管围岩开挖沟埋等均是供热管道穿越河流水域的常见方法道穿越河流水域的常见方法，在本工程中在本工程中，考虑到穿考虑到穿河段以粉质黏土居多的地质条件河段以粉质黏土居多的地质条件，采用水平定向钻采用水平定向钻穿河的方法穿河的方法，原因在于定向钻成孔难度较低原因在于定向钻成孔难度较低，在该类在该类地质条件中具有可行性地质条件中具有可行性，同时河岸外侧空旷同时河岸外侧空旷，能够提能够提供充足的空间进行供热管道穿河施工供充足的空间进行供热管道穿河施工。4 4.3 3.1 1 管材设计管材设计聚乙烯外护管聚乙烯外护管D D13701370 1717、工作钢管工作钢管D D12201220 1717、聚氨酯保温层聚氨酯保温层（厚度为厚度为5858.0 0mmmm）。）。抗拉强度校核抗拉强度校核：P=F/AP=F/A 1010MPaMPa式中式中：F-F-回拖力回拖力。抗拉强度不低于抗拉强度不低于400400MPaMPa，根据管材试验结果得根据管材试验结果得知知，实际抗拉强度达到该要求实际抗拉强度达到该要求，定向钻回拉强度具有定向钻回拉强度具有合理性合理性。4 4.3 3.2 2曲率半径曲率半径为使穿河施工顺利进行并保证施工的有效性为使穿河施工顺利进行并保证施工的有效性，重点考虑到最小曲率半径重点考虑到最小曲率半径Rmin（单位单位，m m），），计算方法计算方法如下如下：Rmin=260DSK2式中式中：D-钢管外直径钢管外直径，mmmm；K2-钢材屈服极限钢材屈服极限，MPaMPa；S S-安全系数安全系数，取取1 1 2 2；206206-常量常量，MPaMPa m m。在参数取值方面在参数取值方面，以保障管道运行安全为基本以保障管道运行安全为基本前提前提，将将S S值取值取1 1.8 8，结合上述公式进行计算结合上述公式进行计算，弯管段弯管段施工技术施工技术652023.09Doors&Windows曲率半径约为曲率半径约为18001800m m。4 4.3 3.3 3 导向孔轨迹导向孔轨迹穿河轨迹穿河轨迹，如图如图2 2所示所示。第二曲线段直线段第一曲线段图图2 2穿河轨迹示意图穿河轨迹示意图图中图中：A-A-入土点入土点；B B、C C分别为第一曲线段分别为第一曲线段、第二第二曲线段各自与直线段的轨迹变化点曲线段各自与直线段的轨迹变化点；D-D-出土点出土点；1 1-入土角入土角；2 2-出土角出土角；h-h-轨迹深度轨迹深度；定向钻铺管水平总定向钻铺管水平总长为直线段和两个曲线段的总和长为直线段和两个曲线段的总和，即即：L L1 1+L+L2 2+L+L3 3。入土点入土点、出土点管底高程分别为出土点管底高程分别为6666.9 9、6767.6 6，最低最低点管底高程点管底高程4848.9 9，计算结果为计算结果为：=-=-=+=+=-=-=-=-=4.82arctan282arctan2740259227254321259)7.181800*2(7.18)2(32272254)181800*2(18)2(1221121hRhahRhammmmLLLmhRhLmLhRhL4 4.3 3.4 4管道回拉力管道回拉力回拉力主要取决于两方面回拉力主要取决于两方面，一是管道在孔内移一是管道在孔内移动时与泥浆的摩擦力动时与泥浆的摩擦力，二是管道浮力对上孔壁的摩二是管道浮力对上孔壁的摩阻力阻力，在定向钻穿越回拉力的计算中在定向钻穿越回拉力的计算中，需要考虑到前需要考虑到前述提及的两项因素述提及的两项因素。在本工程中在本工程中，采取管道内注水采取管道内注水的方法的方法，目的在于减小管道浮力对孔壁产生的摩阻目的在于减小管道浮力对孔壁产生的摩阻力力。按孔壁维持完整按孔壁维持完整、管道充满水管道充满水、钻孔充满泥浆考钻孔充满泥浆考虑虑，便捷地进行计算便捷地进行计算。管道在钻孔所受的浮力管道在钻孔所受的浮力F F浮浮，按按如下方法计算如下方法计算：F F浮浮=混混gLgL D D2 2/4 4管道自身重力管道自身重力G G管管：G G管管=钢钢gLgL （D D2 2-d-d2 2）/4 4管道注满水的重力管道注满水的重力G G水水：G G水水=水水gLgL D D2 2/4 4若拖管的注水量适宜若拖管的注水量适宜，管道所受的浮力等同于管道所受的浮力等同于管道及水的重力总和管道及水的重力总和，此作关系下的管道呈悬浮状此作关系下的管道呈悬浮状态态，管道的姿态良好管道的姿态良好，可消除浮力对孔壁的摩阻力可消除浮力对孔壁的摩阻力。在管道回拉阶段在管道回拉阶段，重点设计指标在于拉力重点设计指标在于拉力F F拉拉，其其等同于等同于F F摩摩，即管道受到的粘滞综合摩擦力即管道受到的粘滞综合摩擦力，计算方法计算方法如下如下：F F拉拉=F=F摩摩=D DL=L=807807kNkN式中式中：-泥浆的切应力泥浆的切应力，取取1919.5 5N/mN/m2 2；-固相含量固相含量系数系数，取取1313。4 4.3 3.5 5管道摆放管道摆放机器吊空属于常规的管道摆放方法机器吊空属于常规的管道摆放方法，但本工程但本工程所用的供热管道自重较大所用的供热管道自重较大，且在采取注水的处理措且在采取注水的处理措施后施后，将进一步增加自重将进一步增加自重（每米约为每米约为1 1.7 7t t），），不宜采用不宜采用该方法该方法。经过技术可行性分析后经过技术可行性分析后，认为对地面预制认为对地面预制管道采用开挖发送沟注水漂管的方法回拖管道采用开挖发送沟注水漂管的方法回拖，避免管避免管道与地面直接摩擦造成防腐保温层损坏的方法是可道与地面直接摩擦造成防腐保温层损坏的方法是可行的行的，具体按照长具体按照长740740m m、宽宽2 2.5 5m m、深深2 2m m的要求控制发的要求控制发送沟的尺寸送沟的尺寸。5 5效果评价效果评价在本工程的施工中在本工程的施工中，关键技术的选取遵循因地关键技术的选取遵循因地制宜的原则制宜的原则，充分考虑到安全充分考虑到安全、质量可靠质量可靠、便捷便捷、经济经济等要求等要求。焊接时焊接时，应用到接口对正应用到接口对正、焊缝检测焊缝检测、焊缝焊缝防腐等技术防腐等技术。探伤检测结果显示探伤检测结果显示，焊缝的合格率超焊缝的合格率超过过9999.6 6%，焊接质量良好焊接质量良好。联合应用电预热技术和一联合应用电预热技术和一次性补偿器次性补偿器，以较少的成本以较少的成本、较快的速度完成大管径较快的速度完成大管径供热管道无补偿安装作业供热管道无补偿安装作业。管道过河难度降低管道过河难度降低，质质量可靠量可靠，效率高效率高。从大管径长输供热管道多年的使从大管径长输供热管道多年的使用情况来看用情况来看，管网水温损失约为管网水温损失约为1 1.0 0，在许可范围在许可范围内内，运行品质良好运行品质良好，技术指标和经济指标处于较高水技术指标和经济指标处于较高水平平。总体上总体上，工程采取的大管径长输供热管道施工工程采取的大管径长输供热管道施工技术具有可行性技术具有可行性。6 6结束语结束语综上所述综上所述，城市供热管网的建设条件复杂城市供热管网的建设条件复杂，而居而居民对供热管网服务品质的要求逐步提高民对供热管网服务品质的要求逐步提高，在此背景在此背景下下，相关单位必须科学进行管网施工作业相关单位必须科学进行管网施工作业，保证质保证质量量。大管径长输供热管道在城市热力工程中取得广大管径长输供热管道在城市热力工程中取得广泛应用泛应用，施工时前需从现场作业条件出发施工时前需从现场作业条件出发，根据安根据安全全、质量质量、成本多方面的要求选取施工技术成本多方面的要求选取施工技术，做好规做好规划划，再由专员按照方案进行施工再由专员按照方案进行施工，期间注重质量检查期间注重质量检查和质量问题的处理和质量问题的处理，最终顺利完成大管径长输供热最终顺利完成大管径长输供热管道的施工作业管道的施工作业，提高热力系统的运行水平提高热力系统的运行水平，为居民为居民提供高品质的供暖服务提供高品质的供暖服务。参考文献参考文献：1 1 蔡蕊蔡蕊.DNDN14001400长输直埋供热管道安装质量控制长输直埋供热管道安装质量控制 J J.四川建材四川建材,20232023(3 3):):242242 244244.2 2 郭宏郭宏.补偿器在长输热力管道中分析与探讨补偿器在长输热力管道中分析与探讨 A A.中中国市政工程华北设计研究总院有限公司国市政工程华北设计研究总院有限公司、煤气与热煤气与热力力 杂志社有限公司杂志社有限公司、中国建设科技集团股份有限公中国建设科技集团股份有限公司司.20222022供热工程建设与高效运行研讨会论文集供热工程建设与高效运行研讨会论文集 C C.中国市政工程华北设计研究总院有限公司中国市政工程华北设计研究总院有限公司、煤气与煤气与热力热力 杂志社有限公司杂志社有限公司、中国建设科技集团股份有限中国建设科技集团股份有限公司公司:煤气与热力煤气与热力 杂志社有限公司杂志社有限公司,20222022:796796 799799.3 3 达福云达福云.大管径直埋供热管道受力与稳定性分析大管径直埋供热管道受力与稳定性分析 J J.甘肃科技纵横甘肃科技纵横,20222022(2 2):):4949 5151.作者简介作者简介：陈亭亭陈亭亭（19911991-），），男男，汉族汉族，山西柳林人山西柳林人，本科本科，中中级工程师级工程师，主要从事建筑工程施工技术管理工作主要从事建筑工程施工技术管理工作。施工技术施工技术66