创新供热老旧管网改造思路延长管网使用寿命

文／王彦秋、王修成、相克政、李强 华电青岛热力有限公司 山东青岛 266000

1、背景

1.1 概述

随着国家节能减排、碳中和国策的逐步落实，我国集中供热事业发展迅猛。上世纪80年代以后、尤其到了2000年以后，随着科技的进步、经济的发展、节能减排国策的贯彻实施，我国集中供热事业突飞猛进。不仅严寒和寒冷地区的大城市，而且中小城市、林区、农场也开始发展集中供热；不仅“三北”地区，而且黄淮地区也发展了集中供热；长江流域等夏热冬冷地区要求实施集中供热的也呼声高涨。截止2020年底全国集中供热面积达约122.66 亿m，全国管道长度达507348 公里，城市集中供热普及率大大提升，仅青岛市市区内集中供热普及率就超过了95%。伴随着集中供热事业的蓬勃发展，先期建设的集中供热管网也开始逐渐步入老旧管网行列。

1.2 供热老旧管网的安全隐患

供热老旧管网保温失效、管道腐蚀减薄不仅引起沿途热量损失陡增、损害附近管线和园林绿化，更是导致爆管危及行人、车辆安全的重大安全隐患，是供热公司安全生产和节能降耗工作的难点，老旧管网改造已然成为供热公司非供热季检修、技改工作的重点。

1.3 供热老旧管网改造面临的困难

供热老旧管网的改造可谓困难重重。

一是地下空间有限，管位难寻。随着城市的快速发展，道路地下空间资源越来越紧张，尤其是大中城市。当初敷设供热管线时，道路下只有自来水管、排水管，供电、通讯等电缆也不多，都符合当时规划的安全要求，而现在，燃气管道、供电电缆以及各种通讯线缆密密麻麻，根据最新的规划安全要求，很多老旧管网的管位都不符合安全要求，因此，即使同管位、同管径更换老旧管道都不能实施。

二是改造资金巨大。绝大多数供热管道都位于主干道下，施工时要尽可能减小对交通的影响，白天基本不能施工，而晚上施工噪音又不能影响居民休息，因此，每天能施工的时间很短，晚上开挖沟槽，凌晨又要做好支护以不影响交通，导致施工费用居高不下。

三是掘路涉及部门众多，手续办理十分困难。办理掘路涉及规划、城管、交警、园林甚至铁路等部门，任何一个部门不同意都不能掘路，各部门间协调困难重重。老旧管网改造是一项系统工程，申请费用、设计、招标采购等等与办理掘路手续之间要想协调好也不是一件容易的事。

1.4 创新改造思路，延长供热老旧管网的寿命

热水供热系统的供回水管道通常是同槽敷设，对管材、安装工艺的要求都是相同的，在相同外部环境下，由于供水管道温度、压力远高于回水管道，供水管道的老化程度远高于回水管道，即回水管道的健康状况要远好于供水管道，而老旧管网改造时都是将供回水管道同时更换。实际上，如果供热管网水质控制得较好，即使是运行十几年的回水管道，其管材质量变化并不大，既然更新改造实施困难，我们何不换个改造思路，尝试在故障较多的管段两端将供回水管道交叉，把状态较好的回水管道用作供水，把状态较差但却能满足回水参数要求的供水管用作回水，开挖范围小、费用低，即可消除安全隐患也可挖掘老旧管道的潜力，延长管网的寿命。本文介绍了成功实施该方案的真是案例。

2、改造前管道情况

2.1 管道布置情况

山东省青岛市某段高温水供热管道始建于2005年，2007年投入使用，设计运行供水压力1.35MPa、温度130℃，回水压力0.6 MPa、温度70℃，实际运行供水压力1.1MPa、温度105℃，回水压力0.4 MPa、温度55℃。该管道管径DN600，采用预热无补偿安装工艺。改造前管道布置示意图如下：

图1 管道改造前简图

图中H1 点为热源端，H1 点至A 点管道长度约470m，H1 点至H5 点总长约670m。

2.2 管道故障情况

2020-2021 采暖季期间在H1 点至A 点之间靠近A点附近，发现地表温度明显高于正常地表温度，此前，在A 点附近还曾经在一个采暖季泄漏2 次。

第一次泄漏是系统充水时供水管道一个焊口附近拉裂导致，第二次是供热运行中供水管道另一个焊口附近受到挤压开裂。抢修处理过程中，均观察到漏点焊口处保温补口开裂，焊口两侧附近的聚氨酯保温层已经碳化，工作钢管局部受到腐蚀，减薄呈蜂窝状。

该段管道采用了预热安装工艺，管道充水时管道整体承受拉应力，供热温度升高时，整体又承受压应力。管道正常的壁厚足以经受住管道从充水到升温过程中的应力变化；但在焊口附近管道受到地下水侵蚀、减薄时，管道承受应力的能力大幅降低，导致发生了充水时拉裂、升温时压裂的现象。

通过对管道多点局部挖探坑检查，该管道从H1 点到A 点，部分供水管道的焊口保温补口破损，地下水进入供水管道，已经开始对供水管道产生腐蚀，发生泄漏的是腐蚀最为严重的两个焊口。而回水管道普遍保温良好，保温补口亦未发生破裂，工作钢管未发现腐蚀现象。

2.3 管道泄漏的原因

相比而言，供水管道更容易发生腐蚀。供水管道工作压力高，温度变化幅度大、变化频繁，在交变热应力的作用下，供水管道反复胀缩并使保温补口同样受力，经过多年运行后，保温补口施工工艺不良处或使用材料的薄弱处出现开裂，如果地下水位较高则地下水从开裂处渗入保温层并被加热成蒸汽，局部形成温差电池腐蚀。回水管道内介质的压力低、温度变化幅度远低于供水管道，上述腐蚀过程不易发生。事实上，绝大部分的供热管道泄漏都发生在供水管上。

3、改造方案的确定

3.1 改造方案的初步设想

最初的想法是将该段管道全部更换，但该段管道靠近正在运营的高速铁路，施工受到铁路部门的严格限制；管道位于繁忙的交通主干道的人行道和绿化带中，施工时需要中断该道路的正常通行，审批手续复杂；施工时需要迁移绿化带中的全部绿植，迁移费用较大。种种原因使得直接全部更换该段管道的方案基本不可行。

如果按以前的思路，既然不能全部更换，只能哪里泄漏被动的处理哪里，运行安全及供热质量均得不到保障，居民反应强烈。压力就是动力，在山穷水尽之下，公司技术管理人员突发奇想，能否把这段健康情况较好的回水管道供水管用，而情况较差的供水管道当作回水管用，通过局部小的改造达到消除隐患提高运行安全性的目的。

3.2 方案论证

方案主要聚焦两点：一是原来的回水管道能否用在供水上，原来的供水管道能否用在回水上；二是如果回水管道能用在供水上，但毕竟也使用了十几年了，其强度会受到一定的影响，因此需要改善这段供水管道的应力分布，降低管道的整体应力水平，提高改造后的安全性。

经查阅竣工资料，该段管道设计时，供回水管道的材料要求、包括预热温度等施工工艺要求并无差别，回水管道用作供水，从管材质量上看没有问题；除了前述已经泄漏的两个漏点外，供水管道腐蚀程度整体相对较轻，均未达到管道原壁厚的1/3，供水管道用作回水也能满足要求。

要改善管道的应力分布，应降低供水管道的整体应力水平，可将原预热安装工艺改成有补偿设计，相应增加补偿器和固定点。

3.3 确定方案

经与原设计单位沟通，最终确定了在A 点供回水管道上增加固定墩，H1 点至A 点之间的原回水管道上增加3个供水补偿器，H1 点处热源侧供水管与H1 点后原回水管对接，H1 点处热源侧回水管与H1 点后原供水管对接，在A 点处再反向交叉接到其后相应的供回水管上，即热源来的高温、高压供水在H1 点后进入原回水管道，在A 点后再进入原供水管道，用户侧来的低温、低压回水在在A点后进入原供水管道，在H1 点后再进入原回水管道。

为提高改造后供水管的抗冲击能力，供水管两端的交叉管采用沟槽底部水平布置，回水管两端的交叉管采用高起跨越供水管的布置。

3.4 方案的优点、缺点

该方案的优点是：施工范围小，工程量少，施工范围仅在5 个点，而不是全线开挖，施工时间大大缩短，对附近铁路、管线和交通影响较小，能够取得这些管理单位的理解，协调起来就容易得多；绿植迁移量、破坏量及沟槽支护作业量都大幅度减少，改造费用大幅降低，方案可实施性大大提高。

由于回水压力、温度比较低，原供水管道腐蚀减薄速度将会大幅降低。退一步讲，如果原供水管道仍有其它腐蚀较为严重、可能造成泄漏的部位，改做回水管道后，即便运行中发生泄漏，因压力、水温较低不会对附近行人、车辆造成大的伤害，对绿植的影响也较小，其抢修难度相对供水管要小得多，基本可以不停运抢修。

该方案的缺点是：没有彻底解决原供水管道的腐蚀减薄问题。

改造方案示意图如下：

图2 管道改造后简图（蓝色为改造部分）

图3 管道供回水交叉立面布置简图

图4 管道交叉平面布置简图