地源热泵地埋管换热系统施工技术探究

(陕西建工第三建设集团有限公司，陕西 西安 710054)

1 工程概况

孙思邈纪念馆工程冷热源为地源热泵，地源热泵室外换热井群位于主楼东侧及南侧，地源热泵机组采用一台螺杆式地源热泵机组。

根据本工程设计要求，地源井采用竖直埋管形式，共需钻设地源井193口。钻井口径大于110mm，有效深度100m，井内安装双U型管，钻井平均间距位置4m。地耦管材料采用高密度聚乙烯管道，地耦管集分水器采用镀锌钢管制作，填料采用专用回填料。

2 地埋管换热系统的“四试压”

在地埋管换热系统的施工中，最为关键的技术难点莫过于水压试验。地埋管采用高密度聚乙烯(HDPE)管，其试验压力遵循非金属管道水压试验原则，当工作压力小于等于1.0MPa时，为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa；工作压力大于1.0MPa时，为工作压力加0.5MPa。

地源热泵地埋管施工过程中，由于施工的阶段性以及系统复杂性，并且地源井钻设与地源管道施工是同步进行，因此，会导致管道试压工作繁杂凌乱。为方便施工及试压，我们将各个节点的试压工作总结为地埋管换热系统的“四试压”。

垂直地埋管下管前，进行“一试压”。在试验压力下，稳压15min，稳压后压降不大于3%， 且无渗漏现象。持压下管完成回填后保压1h。垂直地埋管与水平地埋管连接装配成环路后，回填前应进行“二试压”。在试验压力下，稳压30min，稳压后压降不大于3%，且无渗漏现象。

3 地埋管保压稳压“四措施”

地源热泵垂直地埋管施工是整个地埋管换热系统施工的关键环节，由于地埋管地底埋深深达接近百米，管道施工过程无可见性，无法对施工完成的管道进行外观检查。垂直地埋管虽然采用持压下管，但在下管过程中会采用机械顶杆下管，极有可能会使地埋管焊口脱裂甚至机械损伤。因此，垂直地埋管在施工过程中的稳压保压措施对施工质量起到决定性作用。在孙思邈纪念馆地埋管施工过程中，经过反复研究论证，我们采用“四措施”来保障管道压力不掉压。

措施一：采用电熔焊接双U型接头 。U型接头熔接时，操作压力和温度需十分强调，用力过大或温度偏高会导致管材、管件熔融过多，管内壁易产生不均匀焊瘤，错缝，甚至熔口碳化造成缩径，流量通径变小。用力过小或温度偏低会导致管材熔接虚焊，未焊透甚至夹杂气泡，影响管道接口强度。如垂直地埋管双U型接头采用电熔焊接，与传统手工承插热熔连接相比。电熔焊接采用微电脑电熔焊机焊接，焊接温度可恒定调节且易调控，熔接承口较长，可大幅度避免管道热熔接口质量问题出现，从而保证焊接接口强度。采用电熔焊接双U型接头，可极大避免地埋垂直管机械下管过程焊口脱裂情况发生。

措施二：垂直地埋管加长定尺加工。孙思邈纪念馆垂直地埋管在设计中明确规定地底埋设深度为90m。我们在施工过程中直接采用加长定尺加工，加工长度为93m。在地源热泵地埋管施工过程中，一般都是先施工地埋垂直管段，后施工地埋水平管道。待地埋垂直管段施工完成后再用管道将两者连接起来。我们在施工时采用加长定尺加工，将连接地埋垂直管道及水平管道的管段加长定尺加工到垂直地埋管的长度里。这样可减少垂直地埋管道上的接头数量，减少“漏点”产生。

措施三：调整泥浆配比。垂直地埋管在下管过程中容易出现管孔局部堵塞的现象，井孔底部泥浆发生沉淀导致下管困难。下管困难甚至无法下管时就必须抽出管道清孔重新下管。在抽出管道的过程中管道极易与井壁或者顶杆产生摩擦碰撞，不可避免造成管道损伤。因此减少管孔堵塞塌陷以及泥浆沉淀，对地埋垂直管施工尤为重要。由于钻井施工采用泥浆护壁，调整泥浆配比可极大减少塌孔及沉陷问题的出现。我们在施工过程中，在调制护壁泥浆时增添了膨润土等添加物质调制成混合泥浆。这种混合泥浆粘性及可塑性较强，其作为护壁泥浆，井壁成型快，不易塌陷，不产生多余流浆，可极大避免管孔堵塞塌陷以及泥浆沉淀问题的产生。膨润土是以蒙脱石为主的含水铝硅酸盐矿物质，其具有强大吸湿性，吸水体积膨胀可达30倍。其胶体悬浮液具有一定的粘滞性、触变性及润滑性，其具有较强阳离子交换能力，对液体及有机物质有一定吸附作用。

措施四：增设顶杆支架。垂直地埋管一般采用人工和机械顶杆下管相配合的方法。采用机械下管过程中，机械顶杆的着力点一般位于U型接头上。在下管过程中由于机械设备和人员操作的失误，难免会机械顶杆用力过度。如出现这种情况，就可能造成U型接头与管道开裂等损伤。为避免这种状况发生，我们在U型接头前端增设了一个顶杆支架来作为机械顶杆的着力点。采用可调节地源热泵专用五孔卡，在其上采用不锈钢圆头螺丝钉固定，内衬防滑胶垫制作顶杆支架。采用这种专用顶杆支架可极大避免机械顶杆对管道造成的损伤，从而来保障管道严密性。