直埋热水保温管补偿安装和无补偿安装

 在直埋热水预制保温管道应用中，为克服因温差(使用温度和安装温度之差)造成的热力管道胀缩和位移变化，设计上多采用各种方式进行补偿处理。很多设计说自己是无补偿设计，很多保温管生产厂说自己生产的是无补偿保温管，但实际却在工程上仍应用了不少的补偿器，下面从补偿的安装方式和施工方法、材料选择等方面对此简单加以比较分析： 

 有补偿安装：简单说就是使用补偿器进行运行的安装方式。

      有补偿直埋敷设按照传统的管道强度验算方法，对各种载荷产生的应力不分类，均按弹性分析理论或限分析理论的强度条件控制，利用补偿器吸收热位移来降低直管段的温度应力，随介质温度变化，管道胀缩、补偿器对应缩伸、吸收应力和位移进行热补偿。设计结果是固定支架和补偿器的数量很多，对保温管的质量要求低，对补偿器的质量要求高，但由于目前补偿器的质量很大一部分不过关，难以满足管网30年的使用寿命要求，以后运行的潜在渗漏点多，而且热水渗漏造成热能损失和电损很多，不仅仅是水的丢失，这造成了企业的生产运行成本加大，是热力企业亏损的一个很重要的原因。但很多热力企业没有认识到这一点，目前还仍在大量的应用。

无补偿安装：简单说就是基本不使用补偿器进行运行的安装方式。

无补偿安装分为预热安装和冷安装两种

     (1)无补偿预热安装：预热安装直埋是一种可靠性高、造价低的敷设方式，在管道温度升至预热温度时回填或焊接，在管道温度恢复至环境温度时，管道处于拉应力状态，产生预应力效果。管道受到的应力大约减少一半，在运行时产生拉应力，停运时产生压应力。由于一定量的热胀变形提前释放，管道在工作过程中压应力和拉应力均不过钢材的许用应力。

       目前在工程应用中以预热介质划分为水、气和电三种预热方式：

       热水预热由于受水的热物理性质的限制，施工条件要求有热电厂或加热锅炉等加热设备对预热管道热水热源，管道中必须准备阀门和一次性补偿器，而且在管道预热之前，预热管道必须焊接完毕形成连续的回路。在预热中尤其对于大口径供热管道产生了诸如预热时间过长、水的自重影响热膨胀、耗能耗水较多等缺点，管道与土壤之间的摩擦力较大，因此设计伸长量不容易达到，大管径管道水预热时，管道中容易出现锚固段，影响预热的效果。这些缺点在一定程度上也制约了此种敷设方式在工程中的应用；

       空气预热采用空气作为预热介质，须具备大功率风机对管道持续风源，预热管段必须焊接完毕，形成完整回路，以便气流顺利通过。由于热风在管道回路中流动时热损失非常大，容易冷热不均，，因此，管道的预热温度不均匀，通常情况下，管道起始端和末端的预热温差在20℃左右，影响管道热伸长的均匀性。

        电预热在中国是一种新兴的预热方式，但在欧洲和韩国等国家已使用多年，而且应用很广泛。工艺主要是把钢管作为负载电阻进行管道加热，加热段供回水管线的末端用电缆短接，始端分别接电源两端。电预热的技术优势与其他预热方式相比较，电加热设备电预热设备体积小、重量轻、易操作、无噪音，自动监控、安装简单方便，不需要在管道中安装一次性补偿器和固定支架；热消耗量小，预热均匀，预热时间短；施工条件要求简单，适用范围广，只要金属管为介质输送管，均可以实现预热，低电压大电流保证了施工安全性。目前在越来越多的地方应用。

预热安装以预热施工过程划分有敞开式预热安装和设置一次性补偿器覆土后预热两种。

敞开式预热安装

在覆土前，管道可以进行敞开式预热。由于没有土壤摩擦力，管道的热胀变形可以提前释放，预热温度为管段内平均应力为零时的温度。

管道被加热到预热温度时覆土后再冷却，使管道达到一定的平均应力水平。在运行加热移动后，其管端的位移与冷安装的位移大致相同，但避免了冷安装在移动时的较大位移。

一次性补偿预热

一次性补偿器覆土后预热：这种方法是在管道的直段部分，按计算的间距分段安装一次性补偿器，并仅在补偿器附近的沟槽处敞口，其余沟槽回填。一次性补偿器的补偿量在预热前调整为设计值，当管道加热使补偿器的伸长量到位后将一次性补偿器焊接为整体，管道的热胀变形得到了提前释放。把补偿器焊死后补偿器无补偿的功能仅作为管道使用。由于土壤摩擦力的作用，在两个一次性补偿器之间的局部应力，将高于补偿器处的应力，然而，由于系统温度的变化，在多次变化以后，应力将均匀一致。

  (2)无补偿冷安装: 无补偿冷安装是指供热管道的整体焊接温度等于沟槽回填时的温度，即管线焊接和沟槽回填等安装过程都是在正常的环境温度下进行的。管道应力验算采用分类法和安定性分析理论，设计中考虑各种载荷条件可能的组合，将应力根据其起因、来源、作用范围、性质和危害程度不同进行分类，采用不同的强度验算条件。按照以上方法设计的直埋热水管道，直管段通常可以不设补偿装置且不必预热，管道焊接和沟槽回填等安装过程都在冷态条件下进行。在冷态的环境温度下管道处于零应力状态，在运行工况下热应力增大，但应力变化范围始终控制在允许值之内。无补偿冷安装也依靠设计柔性管件如大倍的弯头、L型或之型弯管进行自然补偿。该设计方法在热水管道直埋敷设中可以发挥明显优势，利用温度应力具有自限性的特点，充分发挥管材的承载能力。

由于该系统设计中没有补偿器固定墩，减少了系统中危险点的数量，提高了安全；投资少，无预热或额外补偿装置所需要的费用，节约了工程资金；施工周期短，管道寿命长；维护费用低以及热损失小且不影响地面环境外貌等优点。管网停运期间管道处于底应力状态，管道维修施工和分支安装不必采取特殊措施；但锚固段中管道轴向力较大，对于施工的垫层、回填、夯实等的要求比较高。

无补偿安装尤其是冷安装对于保温管道和管件的质量要求非常高，无补偿保温管道要保证基本的三位一体（即钢管、发泡层、塑料防腐层）要求：

三位一体要求泡沫粘合的抗剪强度要大于0.12Mpa、抗压强度大于0.3Mpa；在管道发泡方面，泡沫本身的密度要高于60Kg/m3，注射压力要大于100公斤（必须使用高压的大排量泵），泡沫才能达到这个质量要求。

 三位一体要求外壳塑料管要进行电晕处理，即通过电化或热化方式，打毛塑料管的内壁，保证90%的内表面检测电晕效果达到处理表面张力在50Dyn/cm（达因/厘米）以上，保证外壳塑料和泡沫的粘结力。

三位一体要求钢管要进行抛丸处理，除锈到2.5级以上，才能保证钢管同泡沫的粘结力。

管路附件（如三通等）是应力zui集中的地方，也是无补偿设计和施工要求zui高的地方，生产时对钢管件要进行喷砂处理并加厚或加强补焊；焊披肩或焊肋板等，外壳塑料管件焊接制造要用热板焊工艺，在难处理的工艺部位可以局部采用大排量的挤出焊枪，但要打坡口和打毛处理，如果采用塑料焊条热吹风的焊接工艺很难满足应力的强度要求，用热缩带就更难以满足要求了，不是热板焊接的外壳使用后很容易出现质量问题，很容易开裂渗漏，形成管网的薄弱点。

现场接头安装也是很重要的一个环节，采用可传力的电熔接头方式，配合焊枪及热收缩带的施工方案将更安全可靠，另外现场发泡一定要采用现场发泡车进行机械发泡，才能保证接头的可传力性和保温效果。

真正能达到冷安装无补偿保温管要求的生产并不多，因为需要设备、技术、材料和管理同时到位才能够保证质量。