聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管技術(shù)及生產(chǎn)線布置

摘 要：詳細(xì)介紹了聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管的生產(chǎn)線布置和工藝流程，通過(guò)對(duì)預(yù)制直埋保溫管產(chǎn)品主要性能指標(biāo)和預(yù)期產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)的分析，明確了其廣闊的發(fā)展前景和將要取得的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：聚氨酯噴涂；預(yù)制直埋保溫管；聚乙烯纏繞；保溫層；外套管

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.005

0 前言

預(yù)制直埋保溫管由輸送介質(zhì)的鋼管（工作管）、聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料（保溫層）、高密度聚乙烯外套管（外護(hù)層）構(gòu)成，因其具有熱損耗低、防腐及絕緣性能好、施工快捷安全等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于液體與氣體的輸送管網(wǎng)、集中供熱熱網(wǎng)、市政建設(shè)工程等領(lǐng)域，是保障城市安全高效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”，是公認(rèn)的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。目前，生產(chǎn)企業(yè)普遍采用傳統(tǒng)的“管中管”工藝生產(chǎn)大口徑預(yù)制直埋保溫管，雖然傳統(tǒng)的“管中管”生產(chǎn)工藝中各工序獨(dú)立性強(qiáng)，便于專業(yè)操作和分工協(xié)作，但因其關(guān)鍵基礎(chǔ)工藝存在難以克服的薄弱環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品規(guī)格、產(chǎn)品質(zhì)量及制造成本方面存在著一定的缺陷，在此背景下，開(kāi)發(fā)高端保溫管道生產(chǎn)工藝技術(shù)，破解制約預(yù)制直埋保溫管制造關(guān)鍵基礎(chǔ)工藝的薄弱環(huán)節(jié)，推動(dòng)我國(guó)預(yù)制直埋保溫管制造業(yè)由低端向中高端邁進(jìn)，成為我國(guó)保溫管道制造業(yè)刻不容緩的科技攻關(guān)課題。

1 傳統(tǒng)的預(yù)制直埋保溫管“管中管”工藝

傳統(tǒng)的“管中管”生產(chǎn)工藝主要包括鋼管表面預(yù)處理、高密度聚乙烯外護(hù)管生產(chǎn)和保溫層生產(chǎn)三大步驟，其中保溫層生產(chǎn)步驟是首先將鋼管穿入高密度聚乙烯外護(hù)管中形成套管結(jié)構(gòu)，并在鋼管與高密度聚乙烯外護(hù)管之間的環(huán)形空間均勻布置支架，兩端采用法蘭密封；然后將套管吊裝在發(fā)泡平臺(tái)上，利用高壓發(fā)泡機(jī)向套管中注射聚氨酯發(fā)泡材料；在聚氨酯材料發(fā)泡成型固化后拆除兩端密封結(jié)構(gòu)，完成保溫層的生產(chǎn)過(guò)程。

傳統(tǒng)的“管中管”生產(chǎn)工藝存在的缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是由于產(chǎn)品的規(guī)格（如管材口徑、保溫層和外套管厚度等）相對(duì)固定，只能適應(yīng)市場(chǎng)的常規(guī)需求，當(dāng)用戶提出特定的非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品要求時(shí)，會(huì)加大產(chǎn)品制造成本和工程投資，延長(zhǎng)生產(chǎn)和施工周期；二是采用“管中管”生產(chǎn)工藝，聚乙烯外套管在聚氨酯注料成型過(guò)程中，聚氨酯發(fā)泡會(huì)產(chǎn)生一定的膨脹力，為了保證管材的安全，需要加大高密度聚乙烯外護(hù)管管壁的設(shè)計(jì)厚度，由此造成工藝過(guò)程的制作成本偏高；三是聚氨酯注料無(wú)論是水平形式還是傾斜形式，形成的保溫層密度分布都不均勻，為保證管材各部位密度指標(biāo)不低于標(biāo)準(zhǔn)要求，就需要多注入40-50%的聚氨酯原料，同樣存在工藝過(guò)程的制作成本偏高問(wèn)題。

2 聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管技術(shù)

唐山興邦管道工程設(shè)備有限公司研發(fā)的聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管技術(shù)，通過(guò)對(duì)“鋼管在線預(yù)處理系統(tǒng)”、“聚氨酯噴涂技術(shù)”及“聚乙烯纏繞技術(shù)”的深入研究，制定了由鋼管外壁拋丸清理除銹、鋼管內(nèi)壁吹掃、聚氨酯噴涂、聚乙烯纏繞、管端切割和成品管轉(zhuǎn)運(yùn)等關(guān)鍵工序組成的工藝生產(chǎn)路線，并建成與該工藝生產(chǎn)路線相匹配的生產(chǎn)線，以此克服了傳統(tǒng)“管中管”生產(chǎn)工藝存在的技術(shù)障礙，不僅保證了保溫層密度的均勻性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且降低了產(chǎn)品制造成本。

2.1 聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞保溫管生產(chǎn)線

如圖1所示，聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞保溫管生產(chǎn)線包括鋼管除銹及清掃作業(yè)區(qū)域（Ⅰ）、聚氨酯噴涂作業(yè)區(qū)域（Ⅱ）、聚乙烯纏繞作業(yè)區(qū)域（Ⅲ）和鋼管端頭處理作業(yè)區(qū)域（Ⅳ）；在鋼管除銹及清掃作業(yè)區(qū)域（Ⅰ）中設(shè)置鋼管外壁拋丸清理線和鋼管內(nèi)壁清掃設(shè)備；在聚氨酯噴涂作業(yè)區(qū)域（Ⅱ）中設(shè)置聚氨酯噴涂線；在聚乙烯纏繞作業(yè)區(qū)域（Ⅲ）設(shè)置聚乙烯纏繞線；在鋼管端頭處理作業(yè)區(qū)域（Ⅳ）設(shè)置鋼管端頭切割設(shè)備；在清掃作業(yè)區(qū)域（Ⅰ）、聚氨酯噴涂作業(yè)區(qū)域（Ⅱ）、聚乙烯纏繞作業(yè)區(qū)域（Ⅲ）和鋼管端頭處理作業(yè)區(qū)域（Ⅳ）之間設(shè)置工件輸送軌道，并在工件輸送軌道上配置兩臺(tái)以上用于運(yùn)送工件的液壓升降小車。

2.1.1 鋼管外壁拋丸清理線

鋼管外壁拋丸清理線上設(shè)有鋼管螺旋輸送線和拋丸機(jī)；其中鋼管螺旋輸送線采用橡膠輥道螺旋輸送方式；拋丸機(jī)布置在鋼管螺旋輸送線中部，由拋丸室、拋丸器、分離器、提升機(jī)、彈丸控制系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)組成。

2.1.2 鋼管內(nèi)壁清掃設(shè)備

鋼管內(nèi)壁清掃設(shè)備包括鋼管旋轉(zhuǎn)支撐裝置、吹風(fēng)裝置和密封集塵裝置；吹風(fēng)裝置設(shè)有吹掃小車、風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管、送風(fēng)管支撐小車、送風(fēng)管支撐輪和吹風(fēng)裝置移動(dòng)軌道，其中吹掃小車和送風(fēng)管支撐小車布置在吹風(fēng)裝置移動(dòng)軌道上，吹掃小車由電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，送風(fēng)管支撐小車行走為從動(dòng)方式，通過(guò)鋼鏈與吹掃小車連接，風(fēng)機(jī)安裝在吹掃小車上，風(fēng)機(jī)出口與送風(fēng)管進(jìn)口端密封連接，在送風(fēng)管的出口端裝配與鋼管工件內(nèi)壁配合的送風(fēng)管支撐輪；密封集塵裝置由行走車體、密封倉(cāng)體、密封集塵裝置移動(dòng)軌道、脈沖反吹式除塵器和集塵料斗組成；密封倉(cāng)體、脈沖反吹式除塵器和集塵料斗均安裝在行走車體上，在密封倉(cāng)體前端設(shè)有與工件端口配合的密封膠板，在密封倉(cāng)體后端連接脈沖反吸式除塵器，脈沖反吸式除塵器的排塵口與集塵料斗連接。

2.1.3 聚氨酯噴涂線

聚氨酯噴涂線中設(shè)置鋼管螺旋輸送線、鋼管預(yù)加熱設(shè)備和聚氨酯噴涂設(shè)備；鋼管預(yù)加熱設(shè)備采用中頻電加熱裝置，其中頻電源采用全數(shù)字化控制系統(tǒng)，核心控制板實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，所有設(shè)備之間可以互換，便于維修、調(diào)試；聚氨酯噴涂設(shè)備包括1500L保溫料罐及供料系統(tǒng)、聚氨酯噴涂機(jī)、聚氨酯噴涂房及噴槍支撐架，其中聚氨酯噴涂機(jī)選用美國(guó)GRACO公司當(dāng)前最先進(jìn)的雙組份聚氨酯噴涂主機(jī)。

2.1.4 聚乙烯纏繞線

聚乙烯纏繞線中設(shè)置鋼管螺旋輸送線、聚乙烯纏繞設(shè)備和冷卻設(shè)備；鋼管螺旋輸送線的末端設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)工件下料的液壓搖臂；聚乙烯纏繞設(shè)備包括PE擠出機(jī)、自動(dòng)上料系統(tǒng)、Φ180液壓柱式換網(wǎng)系統(tǒng)、模具及模具吊架、融體過(guò)液流道部分和涂覆架導(dǎo)向壓輥系統(tǒng)；其中PE擠出機(jī)選用高效單螺桿擠出機(jī)；自動(dòng)上料系統(tǒng)由料斗式烘干機(jī)、真空上料機(jī)組成，各單機(jī)之間均采用軟管聯(lián)接而成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)；模具選用衣架式板材專用模具，吸收、消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，采用優(yōu)質(zhì)模具鋼制作，型腔表面鍍鉻；涂覆架導(dǎo)向壓輥系統(tǒng)與下置式纏繞方式相匹配，聚乙烯片材由一套托輥進(jìn)行擠壓，膠輥采用耐高溫硅橡膠制作，硬度為邵氏10±2度，托輥及壓輥內(nèi)部通水冷卻，全部動(dòng)力采用氣動(dòng)方式；冷卻設(shè)備用于對(duì)涂敷完成后鋼管的表面冷卻，由水噴淋房、沉淀池、水冷卻塔、冷卻水池及水泵組成，水冷卻塔及水泵主要用于水噴淋房供水，冷卻水通過(guò)水泵加壓輸送至水噴淋房對(duì)鋼管進(jìn)行冷卻降溫，然后回水返回沉淀池內(nèi)，再經(jīng)循環(huán)水泵提升至冷卻塔進(jìn)行降溫，再返回冷卻水池循環(huán)使用。endprint

2.1.5 鋼管端頭切割設(shè)備

鋼管端頭切割設(shè)備用于鋼管防腐后管端聚乙烯的切割，由帶密封倉(cāng)行走小車、升降切割系統(tǒng)、集塵裝置組成；帶密封倉(cāng)行走小車的密封倉(cāng)將切割系統(tǒng)整體密封，以維護(hù)環(huán)境的清潔和降低切割噪音，小車行走減速機(jī)采用斜齒輪硬齒面減速機(jī)，帶有制動(dòng)功能；升降切割系統(tǒng)采用單頭切割機(jī)切割管端防腐層，切割鋸采用圓形有齒鋼鋸，升降采用氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；集塵裝置采用布袋除塵器。

2.1.6 液壓升降小車

液壓升降小車設(shè)有行走系統(tǒng)、液壓升降系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；液壓升降小車行走系統(tǒng)采用電機(jī)及斜齒輪硬齒面減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，行走速度為變頻調(diào)速；小車采用滑觸線進(jìn)行供電，通過(guò)遙控接收器控制小車的行走、停止、液壓缸的舉升、液壓缸的降落；每臺(tái)小車配有一臺(tái)液壓站，放置在小車上，與小車一起行走。

2.2 聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞保溫管生產(chǎn)工藝流程

聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞保溫管生產(chǎn)的工藝路線為：液壓升降小車上管→→→鋼管外壁拋丸清理除銹→→→液壓升降小車下管→→→鋼管內(nèi)壁吹掃→→→液壓升降小車上管→→→中頻加熱→→→聚氨酯噴涂→→→液壓搖臂下管→→→液壓升降小車上管→→→聚乙烯纏繞→→→水噴淋冷卻→→→液壓升降小車下管→→→管端切割→→→成品管轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.2.1 鋼管外壁拋丸除銹

利用液壓升降小車將鋼管工件運(yùn)送至鋼管拋丸清理線的螺旋傳動(dòng)鋼管輸送線上，鋼管自轉(zhuǎn)前進(jìn)進(jìn)入拋丸室，當(dāng)傳感器采集到鋼管到位信號(hào)后，控制系統(tǒng)指令彈丸閘門(mén)開(kāi)啟，拋撒的彈丸撞擊鋼管外壁，將附著在鋼管外壁上的銹蝕物及雜質(zhì)清除，同時(shí)，粉塵處理系統(tǒng)工作將彈丸與粉塵分離并清除，在鋼管工件移出拋丸室后，彈丸閘門(mén)關(guān)閉，鋼管工件進(jìn)入輸出輥道，鋼管工件經(jīng)一次拋丸處理，外表面達(dá)到除銹的要求。

2.2.2 鋼管內(nèi)壁吹掃

利用液壓升降小車將工件由鋼管拋丸清理線的螺旋傳動(dòng)鋼管輸送線運(yùn)送至鋼管內(nèi)壁清掃設(shè)備的鋼管旋轉(zhuǎn)支撐裝置上，密封集塵裝置中行走車體沿密封集塵裝置移動(dòng)軌道向工件靠攏，使工件一端進(jìn)入密封倉(cāng)體，啟動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)支撐裝置，鋼管繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，吹掃小車在吹風(fēng)裝置移動(dòng)軌道上運(yùn)行，帶動(dòng)送風(fēng)管進(jìn)入工件后，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)送風(fēng)管的出風(fēng)口對(duì)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行吹掃，同時(shí)密封集塵裝置中脈沖反吹式除塵器工作，將鋼管內(nèi)壁上殘留的銹蝕粉塵吸入集塵料斗中，完成鋼管內(nèi)壁吹掃作業(yè)。

2.2.3 聚氨酯噴涂

利用液壓升降小車將工件由鋼管內(nèi)壁清掃設(shè)備的鋼管旋轉(zhuǎn)支撐裝置運(yùn)送至聚氨酯噴涂作業(yè)區(qū)域（Ⅱ），由聚氨酯噴涂線的螺旋傳動(dòng)鋼管輸送線驅(qū)動(dòng)工件前行，經(jīng)中頻電加熱裝置對(duì)工件進(jìn)行加熱，將鋼管外表面加熱到40～60℃，除去鋼管表面潮氣等附著物，使鋼管外表面溫度保持高于露點(diǎn)溫度至少3℃以上，達(dá)到聚氨酯原料發(fā)泡的最佳溫度（30～35℃），然后由聚氨酯噴涂設(shè)備的噴槍將聚氨酯原料以傘形、霧狀和混合均勻的形態(tài)，均勻噴涂在螺旋前進(jìn)的鋼管上，聚氨酯原料在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)起，達(dá)到一定抗壓強(qiáng)度和厚度，完成聚氨酯噴涂作業(yè)。

2.2.4 聚乙烯纏繞

利用液壓搖臂將工件由聚氨酯噴涂線的螺旋傳動(dòng)鋼管輸送線上移送至液壓升降小車上，再由液壓升降小車將工件運(yùn)送至聚乙烯纏繞作業(yè)區(qū)域（Ⅲ），由聚乙烯纏繞線的螺旋傳動(dòng)鋼管輸送線驅(qū)動(dòng)工件前行，同時(shí)PE擠出機(jī)工作，擠出一定厚度的熔融的聚乙烯片材，并按照設(shè)定的技術(shù)參數(shù)疊加纏繞在聚氨酯層表面，經(jīng)水噴淋冷卻設(shè)備冷卻后，聚乙烯外護(hù)層緊緊包裹在聚氨酯發(fā)泡的鋼管上，完成聚乙烯外護(hù)層的制作。

2.2.5 鋼管端頭處理

利用液壓升降小車將工件由聚乙烯纏繞線的螺旋傳動(dòng)鋼管輸送線運(yùn)送至鋼管端頭處理作業(yè)區(qū)域（Ⅳ），由鋼管端頭切割設(shè)備按照設(shè)定尺寸將工件兩端端頭切除，然后通過(guò)液壓升降小車將工件運(yùn)送至產(chǎn)品存放區(qū)域，完成聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞保溫管生產(chǎn)過(guò)程。

3 聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞保溫管主要性能指標(biāo)

3.1 聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞保溫管成品管技術(shù)參數(shù)

（1）軸向剪切強(qiáng)度： ≥0.12MPa（23±2℃） ，≥0.08MPa（140±2℃）

（2）管徑范圍： DN200-DN1200

（3）連續(xù)運(yùn)行溫度： 140℃ Max

（4）峰值運(yùn)行溫度： 150℃ Max

（5）使用壽命： ≥30年

3.2 工作管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

DN200及以上管徑采用螺旋焊接鋼管，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)SY/T5037-2000或GB/T9711.1

3.3 聚氨酯保溫管保溫層技術(shù)參數(shù)

（1）平均孔徑：≤0.5mm

（2） 閉孔率≥88%

（3）任意位置密度 ≥60㎏/m3

（4）抗壓強(qiáng)度 ≥0.3MPa（10%變形條件下）

（5）吸水率： ≤10%（100℃沸水，90分鐘）

3.4 低壓高密度聚乙烯外護(hù)管技術(shù)參數(shù)

（1）密度≥950㎏/m3（20℃）

（2）炭黑含量： 2.5%±0.5%（質(zhì)量百分比）

（3）導(dǎo)熱系數(shù)： 0.43W/（m.℃）

（4）熱膨脹系數(shù)： 18010-6（1℃）

（5）拉伸強(qiáng)度： ≥19MPa

（6）斷裂伸長(zhǎng)率： ≥350%

（7）耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂： ≥200h

4 聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞保溫管技術(shù)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)

唐山興邦管道工程設(shè)備有限公司應(yīng)用聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管工藝技術(shù)，建成硬質(zhì)聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管生產(chǎn)線兩條，以DN1000mm型噴涂纏繞保溫管為例，以一年生產(chǎn)300天計(jì)算，達(dá)到年產(chǎn)保溫管600000米的生產(chǎn)能力，年產(chǎn)值約12億元。

5 結(jié)論

聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管技術(shù)改變了傳統(tǒng)“管中管”生產(chǎn)工藝，在保溫管制造核心技術(shù)方面取得了重大突破，與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品制造技術(shù)相比，其自動(dòng)化鋼管預(yù)處理系統(tǒng)、自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)和自動(dòng)化行進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)在系統(tǒng)性、融合性和操作性等方面更具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)可加快推進(jìn)新一代信息技術(shù)與預(yù)制直埋保溫管制造技術(shù)融合發(fā)展，全面提升預(yù)制直埋保溫管產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性和使用壽命，形成具有原創(chuàng)性自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)工藝體系；經(jīng)測(cè)試與估算，采用“聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預(yù)制直埋保溫管工藝技術(shù)”生產(chǎn)的預(yù)制直埋保溫管導(dǎo)熱系數(shù)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下降0.003，節(jié)能率達(dá)到9%；產(chǎn)品使用壽命延長(zhǎng)至30年至50年，其相對(duì)減少重復(fù)性生產(chǎn)制造中的能耗20%左右，綜合節(jié)能率達(dá)到30%以上，不僅對(duì)于綠色低碳發(fā)展將有著重要意義，也使得唐山興邦公司生產(chǎn)的預(yù)制直埋保溫管產(chǎn)品售價(jià)比國(guó)內(nèi)同類先進(jìn)產(chǎn)品價(jià)格每延米低20%左右，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介：邱華偉（1979-），男，大專，工程師，中共黨員，總經(jīng)理，研究方向：絕熱節(jié)能產(chǎn)品研發(fā)，國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要起草人，無(wú)支架直埋保溫管制造技術(shù)。endprint