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15226607333集中供暖能源綜合利用率高,便于管理,是目前我國北方地區(qū)較普遍的供暖方式。
從80年代末開始,市政熱力管道迎來了聚氨酯預(yù)制保溫管時(shí)代,它是以聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料為保溫層,工作管為鋼管,高密度聚乙烯為外護(hù)管的直埋管道。
聚氨酯保溫直埋管道具有耐壓、耐高溫等特點(diǎn),但在輸送熱水的過程中,易受熱水介質(zhì)及其中的離子腐蝕,使管道壽命縮短,還會污染水質(zhì),引起銹渣堵塞儀表閥門(如熱量表)等問題。
其次,由于接頭采用焊接方式連接,受工人技術(shù)水平影響難以保證焊縫質(zhì)量,易發(fā)生泄漏事故。因此,鋼質(zhì)管道在一定年限后,運(yùn)行維修成本較高。
圖1 工作管為鋼管的聚氨酯保溫直埋管
圖2 高密度耐熱聚乙烯保溫直埋管
1 高密度耐熱聚乙烯材料簡介
耐熱聚乙烯(Polyethylene of Raised Temperature Resistance,簡稱PE-RT),是通過與己烯等烯烴共聚獲得優(yōu)異的長期耐熱穩(wěn)定性以及優(yōu)良的長期靜液壓強(qiáng)度;同時(shí)保留了傳統(tǒng)高密度聚乙烯優(yōu)異的焊接性能(熱熔對接焊接、電熔連接)、低溫抗沖擊性能(低*-40℃)、耐開裂性能**(劃痕是否會引起快速脆性破壞)等特征。
目前,耐熱聚乙烯已經(jīng)發(fā)展到高密度耐熱聚乙烯II型。高密度耐熱聚乙烯(PE-RT Ⅱ)和所有的聚烯烴材料一樣,都是由碳和氫組成的高分子聚合物,化學(xué)穩(wěn)定性很好,對于常見的酸、堿以及鹽具有很好的耐腐蝕性。聚烯烴材料的性能取決于材料的結(jié)構(gòu),主要的影響因素包括分子量分布以及共聚單體的種類。
聚乙烯類聚合物的共聚單體包括己烯、丁烯和辛烯,共聚單體分子鏈越長,越能形成更多的連接鏈。從分子量的分布來看,有單峰分布的,也有雙峰分布的,雙峰的分子量分布具有更好的綜合性能,因?yàn)榈头肿恿坎糠执_保了材料良好的加工性能,高分子量部分使得材料具有很好的耐壓性能以及長期的穩(wěn)定性。此外,PE-RT Ⅱ型材料是一種粘彈性材料,具有彈性和粘性的雙重特性,因此有很好的可塑性和減小外界應(yīng)力損傷。
道達(dá)爾公司PE100級高密度耐熱聚乙烯XSene XRT70為國外PE-RT Ⅱ型塑料的代表,該材料的物理性能如表1所示。
表1 PE-RT Ⅱ XSene XRT70典型物理力學(xué)性能
國內(nèi)近年來也攻克了PE-RT II型的生產(chǎn),齊魯石化生產(chǎn)的QHM22F高密度耐熱聚乙烯PE-RT II型于2016年進(jìn)入市場,獲得好評。
圖3 PE-RT Ⅱ型PE顆粒
2 高密度耐熱聚乙烯保溫管的特點(diǎn)
高密度耐熱聚乙烯保溫管是以耐熱聚乙烯(PE-RTⅡ)樹脂及專用色母料經(jīng)過混合擠出成型為工作內(nèi)管,以聚氨酯材料為保溫層,以高密度聚乙烯管材為外護(hù)管,公稱壓力不大于1.0MPa,*大輸送熱水溫度不超過80℃的室外集中供熱復(fù)合管材。適用于熱力預(yù)制直埋管、以及高溫?zé)崴艿老到y(tǒng)等,尤其在北方應(yīng)用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)二次管網(wǎng)以及溫泉保溫管道系統(tǒng)。
高密度耐熱聚乙烯保溫管和鋼管的另一個(gè)區(qū)別體現(xiàn)在熱脹冷縮特性上,PE-RT II型PE管的膨脹量很大,但是膨脹力很?。欢摴芟喾?,膨脹量很小,膨脹力很大。
因此,相同的應(yīng)用條件下,PE管的膨脹力一般不到鋼管的1/50。對于集中供熱二級管網(wǎng)用的預(yù)制保溫PE管而言,管道軸向應(yīng)力主要包括管道熱脹冷縮產(chǎn)生的熱脹應(yīng)力,保溫層和工作管之間的剪切應(yīng)力以及外護(hù)管與土壤之間的摩擦應(yīng)力。當(dāng)外護(hù)管與土壤之間的摩擦力大于或等于管道產(chǎn)生的熱脹力時(shí),管段將不會產(chǎn)生熱位移。
工作管的軸向熱脹力遠(yuǎn)小于工作管和保溫層之間的剪切力,因此工作管和保溫層之間不會出現(xiàn)脫層現(xiàn)象。這就意味著:因此管道完全可采用直埋無補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行敷設(shè),且無需采用額外的固定措施,可減小投資和施工難度。
根據(jù)資料顯示,高密度耐熱聚乙烯管較普通的鋼管還具有以下特點(diǎn):
(1)保溫性能好,內(nèi)層導(dǎo)熱系數(shù)僅有0.42W/m.K,熱損失遠(yuǎn)低于鋼管,長期運(yùn)行可節(jié)約大量能源,顯著降低能源成本。
(2)具有很強(qiáng)的防水和耐腐蝕能力,密封可靠,不滲不漏;無銹蝕,不污染水質(zhì),不結(jié)垢堵塞,在熱力管網(wǎng)的日常管理和維護(hù)上有較大優(yōu)勢。
(3)在低溫條件下也具有良好的耐腐蝕和耐沖擊性,材料脆化溫度達(dá)-70℃,能輕松應(yīng)對在寒冷地區(qū)使用。
(4)耐壓耐溫,性能可靠,70℃下使用壽命可達(dá)50年。
(5)熱熔對接和電熔焊接方便,牢固可靠。
(6)施工工藝簡單快捷,施工安裝方便,不需附設(shè)管溝,可直接埋入地下。該特點(diǎn)大大節(jié)省了PE-RT II管道的施工成本,縮短了施工周期。綜合考慮人工費(fèi)、材料費(fèi)和機(jī)械設(shè)備的費(fèi)用,PE-RT II管道的施工成本相對于鋼管能節(jié)省30%。
(7)該類管道具有優(yōu)異的耐快速開裂和耐慢速裂紋增長性能,壓扁后可恢復(fù);一旦管道出現(xiàn)斷裂,破損等情況,可利用壓管器實(shí)現(xiàn)局部阻水作業(yè),方便緊急維修,節(jié)約成本與時(shí)間。
(8)經(jīng)濟(jì)可行性:90mm以下直徑,高密度耐熱聚乙烯管材料成本與鋼管相當(dāng);110mm以上,較鋼管高10~20%。若結(jié)合施工及運(yùn)行,高密度耐熱聚乙烯管在dn355以下經(jīng)濟(jì)性高于鋼管。
3 國內(nèi)外高密度耐熱聚乙烯保溫管的應(yīng)用現(xiàn)狀
(1)國外應(yīng)用現(xiàn)狀
高密度耐熱聚乙烯保溫管首先出現(xiàn)于歐洲,由原材料、管道生產(chǎn)商和供熱單位共同開發(fā),并形成產(chǎn)品。由于西歐居民用戶普遍采取分散式供暖,集中供暖主要集中在東歐地區(qū),因此,市政供熱管道也大多數(shù)集中在東歐。在這些**中,高密度耐熱聚乙烯保溫管已經(jīng)在小區(qū)二級供熱管網(wǎng)中應(yīng)用多年。
如1987年在奧地利Lichtenegg集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中就使用了3km DN20~125mm的預(yù)制直埋保溫PE管道。該管網(wǎng)使用已經(jīng)近30年,運(yùn)行狀況良好;冰島首都雷克雅未克也采用了此類供熱直埋管件。總體看來,預(yù)制直埋保溫塑料管在歐洲已經(jīng)形成了完備的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)體系。
(2)國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀
*近兩年,北京、山東青島、乳山、河南鶴壁、吉林省吉林市、河北滄州、內(nèi)蒙古赤峰等地近十幾個(gè)管網(wǎng)改造工程以及新建管網(wǎng)工程采用了高密度耐熱聚乙烯(PE-RTII)預(yù)制直埋保溫管,取得了良好效果。表2是PE-RTII型直埋保溫管在國內(nèi)的部分使用情況。
表2 PE-RT II型預(yù)制直埋保溫管的部分應(yīng)用情況
根據(jù)目前的運(yùn)行數(shù)據(jù),各高密度耐熱聚乙烯保溫管輸送的熱水溫度在80℃以下,管道運(yùn)行狀況良好。
4 我國高密度耐熱聚乙烯保溫管的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)
為了規(guī)范該行業(yè)健康有序發(fā)展,我國在2015年頒布了《高密度聚乙烯外護(hù)管聚氨酯發(fā)泡直埋保溫管符合塑料管》(CJJ/T480-2015)。此外,各地根據(jù)地方特征,也分別出臺了一系列的地方標(biāo)準(zhǔn)。表3為耐熱型高密度聚乙烯管行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯總。
5 高密度耐熱聚乙烯保溫管在供熱上使用的注意事項(xiàng)
(1)原材料要嚴(yán)格把關(guān),注意區(qū)分PE-RT II型產(chǎn)品和PE-RT I型產(chǎn)品。
(2)焊接時(shí),工作管公稱外徑小于90mm時(shí),宜采用電熔管件進(jìn)行連接;工作管公稱外徑大于等于90mm時(shí),應(yīng)采用熱熔對接。
(3)熱力管網(wǎng)中若存在部分管段改造使用高密度耐熱聚乙烯保溫管,則需要注意鋼管和塑料管之間的連接不能使用鋼塑轉(zhuǎn)換,應(yīng)采取法蘭加耐熱密封圈連接。
(4)PE材料受到紫外線照射會加速其老化,不宜在地上使用,宜埋地使用。儲存、施工過程中應(yīng)避免陽光照射。
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