保溫管技術(shù)應(yīng)用

一、產(chǎn)品分類、結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)和生產(chǎn)工藝

（一）分類

1、按輸送介質(zhì)溫度分類

主要分為預(yù)制直埋熱水保溫管和預(yù)制直埋蒸汽保溫管兩大類。

熱水保溫管輸送的介質(zhì)最高溫度為140℃，主要用于北方城市集中供熱工程；蒸汽保溫管輸送的介質(zhì)最高溫度為300℃，主要用于電子、醫(yī)藥等行業(yè)的用汽。

2、熱水保溫管分類

(1) 按生產(chǎn)工藝

主要分為“管中管”工藝和“聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞” 工藝。目前大部分廠商都采用“管中管” 生產(chǎn)工藝，“聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞” 工藝是一種新型生產(chǎn)工藝，技術(shù)含量較高，國內(nèi)外僅有為數(shù)不多的幾個制造商掌握，處于技術(shù)壟斷階段，我廠是目前國內(nèi)唯一掌握該核心技術(shù)的廠商。

(2) 按芯管的數(shù)量分類

主要分為單芯管和雙芯管，目前國內(nèi)生產(chǎn)的熱水保溫管均為單芯管。

(3) 按芯管的材質(zhì)

主要有鋼管、不銹鋼管、鑄鐵管、玻璃鋼管、PPR、HDPE等材質(zhì)。

(4) 按應(yīng)用領(lǐng)域分類

①用于城市集中供熱，目前是熱水保溫管的主流。

②用于城市集中供冷。

③用于高寒地區(qū)自來水管道保溫

④用于北方高層建筑自來水二次供水管道保溫

⑤用于石油長輸管道保溫

⑥用于海底輸油管道保溫

⑦用于其他領(lǐng)域，如用于煤礦冷氣輸送管道保

溫、化工廠低溫介質(zhì)管道保溫、液化氣管道保溫等。

3、蒸汽保溫管分類

⑴ 按結(jié)構(gòu)分類

主要分為“鋼套鋼”外滑動結(jié)構(gòu)和內(nèi)滑動結(jié)構(gòu)兩大類。

(2)“鋼套鋼”外滑動結(jié)構(gòu)按外防腐材料分為，三層PE防腐層、硬質(zhì)聚氨酯防腐層、環(huán)氧粉末防腐層、聚脲防腐層、玻璃鋼防腐層等。三層PE防腐層長期耐溫為50℃，后4種防腐層長期耐溫在80℃-90℃。

（二）熱水保溫管介紹

1、保溫管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

預(yù)制直埋熱水保溫管是由輸送介質(zhì)的芯管、硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫層和高密度聚乙烯外護層緊密結(jié)合而成，通常芯管采用鋼管，也可根據(jù)輸送介質(zhì)的種類和溫度要求，采用其它材質(zhì)的管材。

(1) 單管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

(2) 雙管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

2、材料及性能

(1) 芯管

通常采用無縫鋼管和螺旋埋弧焊鋼管，DN150及以下采用20號無縫鋼管，執(zhí)行GB/T8163標(biāo)準(zhǔn)，DN200以上采用Q235B鋼板制作的螺旋埋弧焊鋼管，執(zhí)行GB/T9711.1標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 聚乙烯外護層

聚乙烯外護層采用PE80級高密度聚乙烯樹脂制成，具有很高的機械強度和優(yōu)良的耐腐蝕性能。主要性能指標(biāo)符合表1要求。

表1 HDPE外套管性能指標(biāo)

近年我國石化工業(yè)得到較快發(fā)展，適合外套管的高密度聚乙烯樹脂牌號較多，如上海金菲石油化工有限公司生產(chǎn)的TR480、齊魯石化公司塑料廠生產(chǎn)的DGDB2480、燕山石化生產(chǎn)的7600M等，國外公司如，韓國大林公司的TR402、大韓油化的P502等牌號。

(3)硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫層

①硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫層具有優(yōu)良的保溫絕熱性能，是由異氰酸酯和組合聚醚在常溫下經(jīng)充分混合反應(yīng)生成，其主要性能指標(biāo)符合表2要求。

表2 聚氨酯保溫層性能指標(biāo)

②目前聚氨酯組合聚醚原料主要有：141b系統(tǒng)、環(huán)戊烷系統(tǒng)和水系統(tǒng)，水系統(tǒng)發(fā)泡劑是二氧化碳。三個系統(tǒng)的主要區(qū)別：

環(huán)境方面：

HCFC-141b是替代F-11的第一代替代物，僅作為過渡替代品。141b在大氣中的壽命比較短，對臭氧的消耗程度為F-11的1%，但其臭氧潛值（ODP）大于零，對臭氧層有危害。目前發(fā)達(dá)國家已禁止使用141b發(fā)泡劑。九十年代歐洲率先在冰箱和直埋式預(yù)制保溫管生產(chǎn)中開始使用戊烷發(fā)泡體系，特別是環(huán)戊烷發(fā)泡體系。目前我國幾乎大部分冰箱生產(chǎn)廠家均采用環(huán)戊烷作為發(fā)泡劑。目前替代F-11發(fā)泡劑的第二代替代物有CO2和環(huán)戊烷，兩者臭氧潛值（ODP）均為零，對臭氧層無破壞作用。

③目前國內(nèi)聚氨酯組合料在耐溫方面還存在一定差距。對于要求耐溫較高的輸送管道，聚氨酯原料通常采用德國拜耳公司、美國亨斯邁公司、美國陶氏公司生產(chǎn)的組合聚醚，各項指標(biāo)均符合中國建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)。

(3)成品管

直埋式預(yù)制保溫管具有優(yōu)異的保溫性能、與傳統(tǒng)的保溫管相比具有綜合造價低、施工方便的特點，其主要性能指標(biāo)符合表3要求。

成品管性能指標(biāo)

3、管件種類

(1)單管管件種類

①直管

②變徑管

③跨越三通的Z型支管

④平行三通

⑤平面三通

⑥45°彎頭

⑦90°彎頭

⑧固定節(jié)

⑨保溫閥門

(2)雙管管件種類

③預(yù)制變徑

變徑分為一級變徑和二級變徑。

4、生產(chǎn)工藝

(1)直埋式預(yù)制保溫管生產(chǎn)工藝分為 “管中管”工藝和“聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞” 工藝，目前幾乎所有廠商都采用傳統(tǒng)的“管中管”工藝生產(chǎn)預(yù)制直埋保溫管。噴涂纏繞保溫管是歐洲上世紀(jì)90年代末開發(fā)的一種新型保溫管材。

我廠針對集中供冷、供熱的特點，瞄準(zhǔn)國際先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和制造技術(shù)，已成功自主研發(fā)出具有國際水準(zhǔn)的噴涂纏繞工藝、裝備、技術(shù)和產(chǎn)品，目前我廠是國內(nèi)唯一掌握該核心技術(shù)的廠家。由于“聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞” 工藝在一定范圍內(nèi)可任意調(diào)整保溫層厚度和聚乙烯外護層厚度，因此完全滿足不同地域、不同工況、不同介質(zhì)溫度對保溫層厚度的要求，生產(chǎn)不同聚氨酯厚度和聚乙烯厚度的保溫管，也可根據(jù)供、回管對保溫層厚度的要求生產(chǎn)不同厚度的保溫層，減少材料消耗。噴涂纏繞保溫管更適合南方地區(qū)的集中供熱和集中供冷工程。

(2)工藝流程

“管中管”工藝 ：

噴涂、纏繞工藝：

(3)“管中管”工藝介紹

直埋式預(yù)制保溫管生產(chǎn)和設(shè)計的核心是保溫管必須形成三維一體結(jié)構(gòu)，這樣管材在運行時，鋼管、聚氨酯和PE外套管三者實現(xiàn)同時收縮或伸長，并通過土壤的摩擦力束縛管網(wǎng)。

鋼管拋丸除銹

發(fā)泡前對所有鋼管進(jìn)行拋丸處理，清理鋼管表面油脂、污物和銹蝕，加大鋼管表面粗糙度，提高了鋼管和聚氨酯的粘結(jié)力。

PE外套管內(nèi)壁電暈處理

PE外套管本身是沒有極性的，如果不對其內(nèi)壁進(jìn)行電暈處理，外套管與聚氨酯之間是不粘接的，因此為了增加聚乙烯與聚氨酯之間的粘接強度， PE外套內(nèi)壁必須進(jìn)行電暈極化處理，采用高電壓對外套管內(nèi)壁進(jìn)行電暈極化處理，在不降低聚乙烯力學(xué)性能的情況下，改變聚乙烯內(nèi)表面的極性，增加與聚氨酯酯的粘接力，經(jīng)過電暈處理后的PE外套內(nèi)表面，其表面張力≥50達(dá)因/cm，完全滿足管材三位一體結(jié)構(gòu)要求。

聚氨酯發(fā)泡

影響PU發(fā)泡質(zhì)量的關(guān)鍵因素

A 設(shè)備（設(shè)施）方面

選擇先進(jìn)的高壓發(fā)泡機

發(fā)泡機必須選擇高壓發(fā)泡機且發(fā)泡機混合壓力不低于100bar

發(fā)泡機的流量足夠大，使?jié)沧r間與發(fā)泡成型時

間有合理的比例關(guān)系

發(fā)泡混合頭和原料計量泵要選擇德國產(chǎn)

溫度、流量、壓力等控制精度要高

足夠大的原料制冷功率配置

B 配備足夠大加熱功率和溫度分布均勻的管材預(yù)熱設(shè)備

C 優(yōu)良的聚氨酯原材料

D 優(yōu)異的工藝控制

PE管件生產(chǎn)

(1)熱板焊接設(shè)備

主要用于彎頭的焊接，具有焊接強度高，生產(chǎn)效率高的特點，強度等同于管材的強度。

(2)手提式擠出機焊接工藝

主要用于三通和變徑等異性管件的焊接，具有焊接強度高的特點，強度等同于管材的強度。手提式擠出焊接工藝是利用自動控制溫度的熱風(fēng)將對接焊口表面聚乙烯加熱到熔融狀態(tài)，隨即將由手提式擠出機擠出、處于自動溫度控制下的熔融狀態(tài)的聚乙烯熔體，在壓力作用下進(jìn)行V型接口的焊接，形成一定高度均勻的焊縫。

5、現(xiàn)場接頭施工

影響保溫管使用壽命的主要因素有管網(wǎng)設(shè)計質(zhì)量、管材（管件）質(zhì)量及現(xiàn)場接頭施工質(zhì)量?，F(xiàn)場接頭質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響管網(wǎng)運行壽命，在實際工程中，即使采用良好的管網(wǎng)設(shè)計和優(yōu)良管材質(zhì)量，如果施工接頭質(zhì)量很差，就會極大縮短管網(wǎng)的壽命。傳統(tǒng)的PE焊接工藝焊接質(zhì)量較差，容易造成PE接頭部位進(jìn)水，不僅影響管網(wǎng)的保溫性能，增大管網(wǎng)熱損失，而且最致命的危害是管網(wǎng)進(jìn)水后，水經(jīng)汽化后體積急驟膨脹，使PE接頭破壞，造成整個管網(wǎng)PU破壞并加速鋼管腐蝕，極大縮短保溫管網(wǎng)的壽命，因此現(xiàn)場接頭施工的質(zhì)量是熱力管網(wǎng)正常運行的關(guān)鍵。

(1)現(xiàn)場保溫接口施工方式

①PE外套管接口方式

a.HDPE接頭套管+熱收縮帶工藝

適合公稱直徑不大于250mm保溫管接頭。本方法是采用液化石油氣火焰加熱熱縮帶，通過熱收縮帶收縮使PE外套和接頭套管搭接處密封，實現(xiàn)柔性連接。既保證了接頭的密封和防水性，又可吸收管道的軸向位移。

b.電熱熔工藝

適合公稱直徑300mm及以上保溫管接頭。電熱熔焊接是通過電、加熱預(yù)埋在聚乙烯接頭套管內(nèi)表面的金屬網(wǎng)，通電加熱接頭套管和直管外套管，并施加一定壓力，使其融為一體。采用專用電控箱對加熱過程進(jìn)行程序化自動控制，通過對不同管徑工藝參數(shù)的控制，獲得最佳熔化溫度，從而保接頭證焊接質(zhì)量。

c.熱熔套筒工藝

采用進(jìn)口熱收縮套筒對PE接頭進(jìn)行連接。本方法采用特殊密封膠，通過火焰加熱收縮套筒，使熱縮套筒收縮，實現(xiàn)對整個接頭密封，保證了接頭的密封和防水性，并可傳遞軸向力。熱熔套筒接頭方式已通過EN489沙箱試驗。熱熔套筒的厚度可與保溫管PE外套厚度等同。

②接口發(fā)泡

為了保證現(xiàn)場接頭的發(fā)泡質(zhì)量，現(xiàn)場聚氨酯發(fā)泡采用機械發(fā)泡、而不是手工發(fā)泡。先進(jìn)的現(xiàn)場高壓發(fā)泡機配備設(shè)施齊全的現(xiàn)場發(fā)泡車，可滿足現(xiàn)場發(fā)泡施工。采用高壓發(fā)泡機可實現(xiàn)對比例、流量的高精度控制，從而保證現(xiàn)場接口聚氨酯場發(fā)泡質(zhì)量。

二、管道預(yù)熱安裝施工技術(shù)

1、熱水保溫管敷設(shè)安裝技術(shù)主要有

有補償安裝方式

預(yù)熱安裝方式

冷安裝方式

2、采用無補償電預(yù)熱安裝，因其采用了提前釋放應(yīng)力的技術(shù)，可使管網(wǎng)降低一半應(yīng)力、從而在很大程度上減少了固定墩和補償器的數(shù)量，一方面降低了工程的施工安裝費用，另一方面由于補償器使用數(shù)量的減少，提高了管網(wǎng)運行的可靠性，降低了管網(wǎng)的運行維護費用和工程投資費用。無補償電預(yù)熱安裝具有環(huán)保節(jié)能，施工便捷，工期短的特點，是目前國際上廣泛使用的先進(jìn)的保溫管無補償預(yù)應(yīng)力安裝技術(shù)。

3、“太合”電預(yù)熱安裝的技術(shù)優(yōu)勢

我廠結(jié)合國內(nèi)熱力管網(wǎng)的實際情況，自主研發(fā)了我國第一臺電預(yù)熱設(shè)備。該設(shè)備采用了國際最先進(jìn)的電子技術(shù)，自動化控制程度高，組合模塊少，可靠性強，同時實現(xiàn)了大功率小體積的最優(yōu)化設(shè)計，為現(xiàn)場施工的便利提供了前提。

我廠開發(fā)的超大功率電預(yù)熱裝備可以根據(jù)客戶需求，結(jié)合實際管網(wǎng)布局進(jìn)行最優(yōu)化的預(yù)熱分段，從而最大限度地降低補償器的數(shù)量，縮短工期，減少工程費用。

4、電預(yù)熱技術(shù)的適用范圍

– 最大預(yù)熱管徑Φ1420mm

– 不同口徑的保溫管線可同時預(yù)熱

– 不連續(xù)的管段可同時預(yù)熱

– 替換舊管網(wǎng)中損壞的補償器

– 城市中心不具備敞溝條件的預(yù)熱安裝

5、電預(yù)熱安裝主要工藝參數(shù)

– 預(yù)熱管溝長度1000米

– 預(yù)熱時間20h以內(nèi)

三、熱水保溫管的其它用途

（一）用于集中供冷領(lǐng)域的保溫管

近年來國內(nèi)在積極采用區(qū)域集中供冷為賓館、機場、學(xué)校和商業(yè)建筑等提供冷源，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源需求劇增，能源形勢相當(dāng)嚴(yán)重，因此要積極發(fā)展分布式能源，實現(xiàn)熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)，提高一次能源利用率，來改善城市環(huán)境質(zhì)量。

1、區(qū)域集中供冷系統(tǒng)

由專門的制冷站集中制備冷水，并通過區(qū)域管網(wǎng)進(jìn)行冷水供給的供冷系統(tǒng)。區(qū)域供冷系統(tǒng)由制冷站、輸送管路系統(tǒng)和末端板式換熱間組成。

2、管路系統(tǒng)

對于區(qū)域供冷系統(tǒng)，能源使用效率及運行成本很大程度取決于如何高效地將冷水從冷站輸送到每個用戶，而采用優(yōu)質(zhì)的直埋預(yù)制保溫管系統(tǒng)可保證冷量從冷站輸送到用戶過程能量損失很少。采用集中供冷方式并結(jié)合采用優(yōu)質(zhì)的直埋式預(yù)制保溫管系統(tǒng)能夠顯著地節(jié)約資源、能源和減少二氧化碳等有害氣體的排放，符合我國的節(jié)能減排政策。

我廠是國內(nèi)最早成功將直埋預(yù)制保溫管應(yīng)用于區(qū)域集中供冷系統(tǒng)，并先后在上海安亭、廣州大學(xué)城、重慶江北嘴、海南三亞亞龍灣等區(qū)域集中供冷供熱項目獲得應(yīng)用，目前項目運行良好。

3、產(chǎn)品主要技術(shù)性能

聚氨酯保溫層：聚氨酯保溫層性能指標(biāo)見表2

表2 聚氨酯保溫層性能指標(biāo)

由于區(qū)域集中供冷起步較晚，因此到目前，還沒有針對區(qū)域集中供冷的直埋式預(yù)制保溫管的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，基本沿襲區(qū)域集中供熱直埋式預(yù)制保溫管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)規(guī)格保溫管，由于集中供冷輸送的介質(zhì)溫差較集中供熱溫差較小，因此照搬用于集中供熱相應(yīng)規(guī)格的保溫層厚度就顯得過厚，很不經(jīng)濟，造成一定浪費。因此要針對集中供冷的特點設(shè)計合理的保溫層厚度，既保證工程保溫需要，又降低工程造價。

本文作者：周曰從 張景娜；轉(zhuǎn)自暖通南社。