直埋聚氨酯保温管的加工与应用进展

2019-05-30

聚氯酯(PU)是指分子链中含有多个氨酯键(NH-COO-)的聚合物的总称,氯酯键一般由异氰酸酯基和羟基反应获得。自20世纪30年代问世以来,PU被用来制造泡沫塑料、纤维、弹性体、合成革、涂料、胶黏剂、服装材料和医用材料等,广泛应用于交通、建筑、轻工、纺织、机

    聚氯酯(PU)是指分子链中含有多个氨酯键(NH-COO-)的聚合物的总称,氯酯键一般由异氰酸酯基和羟基反应获得。自20世纪30年代问世以来,PU被用来制造泡沫塑料、纤维、弹性体、合成革、涂料、胶黏剂、服装材料和医用材料等,广泛应用于交通、建筑、轻工、纺织、机电、航空、医疗卫生等领域。其中,硬质PU泡沫具有优异的隔热效果和力学性能,以及良好的耐热性和吸水性,适宜用作管道保温材料。
    直埋PU保温管在欧美发达国家是一项比较成熟的先进技术,具有保温、抗压、防水性能好、热损失小、使用寿命长、施工周期短、维修简便等优点。近年来,随着建筑、市政等行业的蓬勃发展,直埋PU保温管在我国已逐步得到推广。
1 直埋PU保温管分类
    直埋PU保温管主要分为直埋热水保温管和直埋蒸汽保温管两大类。热水保温管输送的介质最高温度为140℃,主要用于集中供热工程;蒸汽保温管输送的介质最高温度为300℃,主要用于电子、医药等行业。
1.1热水保温管
    (1)按生产工艺主要分为“管中管”工艺和“聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕”工艺。目前大部分厂商都采用“管中管”生产工艺;“聚氯酯喷涂聚乙烯缠绕”工艺是一一种新型生产工艺,目前仅由少数几家公司所掌握。
    (2)按芯管的数量主要分为单芯管和双芯管,目前国内生产的热水保温管基本为草芯管。
    (3)芯管的材质主要包括钢管、不锈钢管、铸铁管、玻璃钢管、无规共聚聚丙烯(PPR)管、高密度聚乙烯(HDPE)管等。
    (4)按照外护层的不同,可分为玻璃钢外护层、HDPE外护层、钢外护层以及其他外护层。
1.2蒸汽保温管
    蒸汽保温管按结构主要分为“钢套钢”外滑动结构和内滑动结构两大类。其中,“钢套钢”外滑动结构按外防腐材料分为三层聚乙烯防腐层、硬质PU防腐层、环氧粉末防腐层、聚脲防腐层、玻璃钢防腐层等。其中三层聚乙烯防腐层长期耐温50℃,后4种防腐层长期耐温80~90℃。
2 直埋PU保温管结构及成型工艺
2.1 HDPE-PU保温管
    HDPE-PU保温管内层为工作钢管层,一般选用无缝管、螺旋焊管或直缝焊管,进行水压测试后,钢管表面经过抛丸除锈工艺处理。中间层为PU保温层,其由高压发泡机在钢管与外护层形成的空腔中一次性注入硬质PU泡沫塑料原液而成,其作用是防水、保温、支撑管网自重。外层为由HDPE预制成的·定壁厚的塑料管材,其作用是保护PU保温层免遭机械硬物破坏,以及防腐防水。HDPE-PU保温管灌注发泡工艺流程如图1所示。
图1灌注发泡工艺流程
    图1灌注发泡工艺流程
2.2玻璃钢-PU保温管
    玻璃钢-PU保温管是以玻璃钢管为输送管道,以PU作为中间保护层,以玻璃钢作为外保护层的一种新型保温管道。玻璃钢管在管壁结构上通常由内衬层、结构层和外表层3部分组成,其中内衬层树脂含量在70%以上,主要功能是防腐和防渗;结构层也称强度层,树脂含量在35%左右,用于提升管道的强度和刚度;根据管道使用环境情况,表面层厚度一般为0.25~0.5mm,起抗老化和防腐蚀等保护作用。
3 直埋PU保温管的优势
    (1)造价低。与传统保温管相比,直埋PU保温管以玻璃钢为保护外层时,工程造价降低约25%;以HDPE为保护外层时,工程造价降低约10%。
    (2)热损耗低。直埋管采用PU泡沫进行保温,因其导热系数明显低于传统保温材料,所以保温效果显著提升,PU硬质泡沫与常用保温材料导热系数如表1所示。PU泡沫的闭孔率高达92%左右,使得其吸水率仅为0.2kg/m2。保温层采用导热系数低的PU硬质泡沫材料,大大降低了供热管道的整体热损耗,管网热损失仅为2%,远小于国际上通用的10%的标准要求。
表1 PU硬质泡沫与常用保温材料导热系数比较
    表1 PU硬质泡沫与常用保温材料导热系数比较
    (3)防腐性好,使用寿命长。直埋保温管由于PU硬质泡沫层紧密地黏结在钢管外皮,隔绝了空气和水的渗入,起到良好的防腐作用。并且HDPE或玻璃钢外层都具有很好的防腐、绝缘和力学性能,因此外界的空气、水、微生物等很难侵蚀工作钢管的外皮。直埋式PU保温管的使用寿命是传统地沟敷设或架空敷设管道的3~4倍。
    (4)占地少,施工快。直埋保温管不需要修筑庞大的地沟,只需直接埋入地下,与地沟和架空敷设管道相比,减少土方开挖量约50%,减少土建材料用量约90%,整个施工周期可以缩短约50%。
    (5)维修方便。对于PU保温预制管,可以设置渗漏报警系统,在渗漏情况发生时,可以往专业的检测仪表上显示具体的渗漏位置及渗漏程度,方便检修人员迅速处理,保证管网安全运行。
4 直埋PU保温管的设计和施工注意事项
4.1直埋PU保温管的设计
    直埋PU保温管分为有补偿直埋敷设和无补偿直埋敷设两种。有补偿直埋敷设是通过管线自然补偿和补偿器来解决管道热伸长的问题,使热应力最小;无补偿直埋敷设是指管道在受热时没有任何补偿措施,只依靠管道自身来吸收热应力解决管道热伸长量的问题。在设计中应遵循的原则是:直管道较长、中间分支较少、供热介质温度不超过100℃时,应优先选用无补偿敷设方式,反之则应考虑有补偿敷设方式;管网主干线应选择无补偿敷设方式,分支管网应选择有补偿敷设方式。
4.2 直埋PU保温管的施工
    采用无补偿方式敷设安装管道时,要先将管道加热,再进行焊接固定,当管道温度降到安装温度时,管道预先承受了一定的拉应力。当通入热介质后,管道内的应力逐渐变为0,虽然还承受了压应力,但仍小于许用应力,故无需采用补偿方式。
    采用有补偿敷设方式时,埋设深度、地面载荷的作用不会影响管道正常工作,通常覆土厚度大干0.6m即可,且与管径大小无关。采用无补偿敷设方式时,填埋深度通常要比有补偿敷设方式深,且覆土厚度与管径大小成正比。
    在施工现场,保温管接头需要保温,这是直埋管道的施工特性,施工质量直接影响使用寿命,保温接头须在试压合格后方可进行施工。在施工过程中,保温层不能出现环形空间、开裂、脱层等缺陷。
5 结语
    直埋PU保温管具有保温性能好、施工简便及工期短、造价低等优点,随着生产工艺的不断发展,必将全面取代传统的地沟敷设和架空敷设管道。其中,与钢管相比,玻璃钢管具有质轻、高强、耐腐蚀、寿命长、输送介质运行阻力小等优点,而且玻璃钢可以被回收利用,是一种环保材料,在一些发达国家,玻璃钢保温管已经部分取代钢制保温管用于热力管道工程。随着我国建筑节能与环保工作的深入,玻璃钢-PU保温管的应用范围必将进一步扩大。