新型蒸汽預(yù)制架空保溫管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用

王瑞琪

（太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 太原 030000）

在生活采暖、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中，需要使用大量的熱能，熱力管道是熱力輸送的基礎(chǔ)載體，在熱力輸送中扮演著極其重要的角色。以集中供熱系統(tǒng)為例，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)即使供熱管道系統(tǒng)具有良好的溫度保護(hù)措施，但熱量損耗可達(dá)到總輸入熱量的7%～9%，并且供水管輸入溫度越高損耗的熱量越多，損耗越大的特點(diǎn)。熱能的損失不僅導(dǎo)致了資源的巨大浪費(fèi)，還對(duì)我國(guó)的環(huán)境造成了一定的污染，強(qiáng)化熱力管道運(yùn)輸水平，提升熱力管道的整體保溫性能，最大程度的降低管道散熱損耗，已逐漸我國(guó)供熱界的共識(shí)。

1 新型蒸汽預(yù)制架空保溫管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

1.1 保溫管道整體結(jié)構(gòu)介紹

保溫管道主要通過工作管道、保溫層、保護(hù)套管三部分組成，工作管道可以根據(jù)不同的運(yùn)輸介質(zhì)，選擇合適的材料；保溫層主要部分是聚氨酯泡沫塑料，由聚醚多元醇和異氰酸酯通過化學(xué)反應(yīng)合成具有較好的耐熱性和保溫性能；保護(hù)套管一般選用不銹鋼板或鍍鋅鋼板、鍍鋁鋅鋼板[1]。

傳統(tǒng)的架空保溫管項(xiàng)目施工中存在大量低效低能的問題，在新型預(yù)制架空保溫管工程中能得到很好的改善，這種新型的模式通過降低安裝難度的方式可以將施工周期縮短數(shù)十倍，僅需要原安裝周期5%。

1.2 管道保溫結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)

充分結(jié)合實(shí)際工作需要，考慮到保溫管的穩(wěn)定性和抗壓性以及運(yùn)輸過程中不同溫度區(qū)間最適配的保溫結(jié)構(gòu)材料不同，新型蒸汽預(yù)制架空保溫管采取了分層設(shè)計(jì)的方式。管體由內(nèi)向外針對(duì)工作過程中所需要的不同溫度范圍選取合適的保溫材料，大體分為三個(gè)主要的層面，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，綜合考慮，新型預(yù)制架空保溫管的最內(nèi)層保溫層一般以耐溫性強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、且有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的玻璃巖棉（最高使用溫度＜400℃）或氣凝膠（最高使用溫度＜650℃）為主要材料，根據(jù)實(shí)際工作要求軟保溫層的厚度從10mm～100mm不等。

圖1 新型蒸汽預(yù)制保溫架空管的保溫結(jié)構(gòu)

在內(nèi)層保溫層外的一層是外保溫層，構(gòu)成了保溫管的主體，此時(shí)的工作環(huán)境相對(duì)溫度會(huì)低一些，所以選材以保溫性能為第一指標(biāo)，常選用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（最高使用溫度＜140℃）材料。由于溫度較低，因此采用耐溫性較低但保溫性能很好的硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料。在傳統(tǒng)的架空保溫管中，硬質(zhì)保溫塊會(huì)因熱脹冷縮導(dǎo)致塊之間縫隙不斷加大，影響保溫效果，在生產(chǎn)過程中聚氨酯的流動(dòng)性，會(huì)填充、粘接、包裹內(nèi)層保溫層，聚氨酯材料不僅有優(yōu)秀的保溫作用，同時(shí)他自身的塑料彈性能很好的固定硬保溫層，提升整體保溫效果，最后為減少輻射傳熱[2]。

1.3 架空管道支架的設(shè)計(jì)

架空保溫管的支架一般分為固定支架和滑動(dòng)支架二個(gè)大類。傳統(tǒng)的保溫管在支架焊接時(shí)采用的是直接焊接的方式，先固定支架后再進(jìn)行保溫敷設(shè)工作，還有一種是預(yù)埋焊接方式，在先焊接預(yù)埋支架后再進(jìn)行保溫，在與支架主體連接。這兩種操作方式都會(huì)增加整體的散熱。在新型蒸汽預(yù)制架空保溫管支架的設(shè)計(jì)初衷就是為了減少因支架帶來的散熱，采用了完全隔熱的方式，直接把帶有完整保溫材料的放置在支架上，把工作管和外界完全隔絕。

1.4 新型蒸汽預(yù)制架空保溫管與傳統(tǒng)模式對(duì)比

綜合上述內(nèi)容，對(duì)比總結(jié)如表1所示。

表1 新型蒸汽預(yù)制架空保溫管與傳統(tǒng)蒸汽架空管的對(duì)比

支架結(jié)構(gòu) 管道與支架之間有完整隔熱材料，支架散熱少。工作管與支架直接焊接，散熱大。安裝施工 整體運(yùn)輸，機(jī)械設(shè)備輔助架設(shè)，效率高。材料分批運(yùn)輸，手工保溫施工，效率低。運(yùn)行結(jié)果 溫降小。 溫降較大。

2 新型蒸汽預(yù)制架空保溫管外護(hù)管材料的選擇

當(dāng)前熱力架空管道外護(hù)管所使用的材料一般可分為金屬材料和非金屬材料兩種。

2.1 金屬薄板

（1）鍍鋅薄鋼板。鍍鋅薄鋼板是用普通薄鋼板表面鍍鋅制成，俗稱“白鐵皮”。常用的厚度為0.5mm～1.5mm，其規(guī)格尺寸與普通薄鋼板相同。在引進(jìn)工程中常用鍍鋅鋼板卷材，對(duì)外護(hù)管的制作甚為方便。由于表面鋅層起防腐作用，故一般不刷油防腐。要求所有品級(jí)鍍鋅鋼板表面光滑潔凈，表層有熱鍍鋅層特有的結(jié)晶花紋，鍍鋅層厚度不小于275g/m2?？捎米黾芸展艿耐庾o(hù)管。

（2）鍍鋁鋅薄鋼板。鍍鋁鋅薄鋼板也是用普通薄鋼板表面鍍鋁鋅制成，鍍層成分按重量比率分別由55%的鋁和43.4%的鋅，1.6%的硅組成。鍍鋁鋅鋼板的生產(chǎn)工藝與鍍鋅鋼板的工藝相似，是連續(xù)熔融鍍層工藝。鍍鋁鋅板正常使用壽命可達(dá)25年，耐熱性很好，可用于315℃的高溫環(huán)境；鍍層與漆膜的附著力好，具有良好的加工性能，可以進(jìn)行沖壓、剪切、焊接等；表面導(dǎo)電性很好。常用的厚度為0.5mm～1.5mm，其規(guī)格尺寸與普通鍍鋅鋼板相同?？捎米黾芸展艿耐庾o(hù)管。

（3）不銹鋼板。耐大氣腐蝕的鎳鉻鋼叫不銹鋼。不銹鋼板按其化學(xué)成分來分，品種甚多；按其金相組織可分為鐵素體鋼（Cr13型）和奧氏體鋼（18-8型）。18-8型不銹鋼中含碳0.14%以下，含鉻（Cr）18%，含鎳（Ni）8%。18-8型不銹鋼在常溫下無磁性，耐熱性較好，能在較高溫度下不起氧化皮和保持較高的強(qiáng)度?？捎米黾芸展艿耐庾o(hù)管。

（4）塑料復(fù)合鋼板。塑料復(fù)合鋼板是在Q215、Q235鋼板表面上噴涂一層厚度為0.2mm～0.4mm的軟質(zhì)或半軟質(zhì)聚氯乙烯塑料膜制成，有單面覆層和雙面覆層種。絕緣、耐磨性能好。剝離強(qiáng)度及深沖性能塑料膜與鋼板間的剝離強(qiáng)度>0.2MPa。加工性能具有一般碳素鋼板所具有的切斷、彎曲、沖洗、鉆孔、枷接、咬口及折邊等加工性能。可用做架空管的外護(hù)管。

2.2 非金屬材料

（1）硬聚氯乙烯塑料板。硬聚氯乙烯塑料（硬PVC）是由聚氯乙烯樹脂加入穩(wěn)定劑、增塑劑、填料、著色劑及潤(rùn)滑劑等壓制（或壓鑄）而成，物理機(jī)械性能良好，易于二次加工成型等特點(diǎn)。可用做架空管的外護(hù)管。

（2）玻璃鋼（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）。玻璃鋼是以玻璃纖維制品（如玻璃布）為增強(qiáng)材料，以樹脂為粘結(jié)劑，經(jīng)過一定的成型工藝制作而成的一種輕質(zhì)高強(qiáng)度的復(fù)合材料。它具有較好的耐腐蝕性、耐火性和成型工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可用做架空管的外護(hù)管。新型蒸汽預(yù)制架空保溫管的外護(hù)管是在車間內(nèi)預(yù)制生產(chǎn)好的，一般是采用鍍鋅薄鋼板、鍍鋁鋅鋼板和不銹鋼板材料，使用風(fēng)管機(jī)卷制，這樣卷制出來的外護(hù)管性能優(yōu)良、經(jīng)久耐用可靠、加工方便、外觀漂亮、可定制顏色外觀等優(yōu)點(diǎn)[3]。

3 新型蒸汽預(yù)制架空保溫管保溫層厚度的計(jì)算

對(duì)于這種新型蒸汽預(yù)制架空保溫管保溫層的設(shè)計(jì)要分為二個(gè)階段進(jìn)行。第一個(gè)階段先確定蒸汽的流量、系統(tǒng)所能承受的系統(tǒng)壓力，來確定整個(gè)管道的管徑。第二個(gè)階段根據(jù)出口溫度、聚氨酯安全使用溫度、允許溫降等方面，從降低保溫層總體厚度，提高保溫結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性、降低總體工程造價(jià)的角度出發(fā)確定最佳的保溫層厚度。

3.1 蒸汽預(yù)制架空保溫管保溫層的計(jì)算

公式內(nèi)：δ1-----第一層保溫層的厚度（m）；δ1-----第二層保溫層的厚度（m）；d0-----工作管外徑（m）；d1-----第一層保溫層外徑（m）；d2-----第二層保溫層外徑（m）；λ1-----第一層保溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)（千卡/m·h·℃）；λ2-----第二層保溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)（千卡/m·h·℃）；K-----架空管外表面與空氣間的換熱系數(shù)（千卡/m2·h·℃）；T0-----入口蒸汽熱水溫度（℃）；T1-----第一層保溫層外表溫度（℃）；T2-----第二層保溫層外表溫度與外護(hù)管溫度相同（℃）；T3-----架空管外空氣中溫度（℃）；T4-----出口蒸汽熱水溫度（℃）；Tx-----整體管道的溫降（℃）；L-----管道長(zhǎng)度（米）；C-----蒸汽熱水的比熱容（千卡/kg·℃）；W-----管道內(nèi)蒸汽熱水的流量（kg/h）；Q-----架空保溫管單位長(zhǎng)度散熱量（千卡/m·h）。

由于聚氨酯泡沫塑料最高使用溫度＜140℃，為了保證材料的最佳使用年限選取≤100℃的材料極限采用“代入法”湊整10，將聚氨酯泡沫塑料與氣凝膠氈接觸面溫度估計(jì)值依次整數(shù)代入。

3.2 蒸汽預(yù)制架空保溫管整體保溫層的總體造價(jià)的計(jì)算

根據(jù)第一、二層保溫層的厚度、計(jì)算得整體保溫層的總體造價(jià)。

公式內(nèi)：Y-----整體保溫層的總體造價(jià)（元）；d0-----工作管外徑（m）；d1-----第一層保溫層外徑（m）；d2-----第二層保溫層外徑（m）；M-----第一層保溫層的單價(jià)（元/m3）；N-----第二層保溫層的單價(jià)（元/m3）。

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)整體保溫層的總體造價(jià)分析出最為經(jīng)濟(jì)的保溫管厚度組合[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

為滿足我國(guó)高速發(fā)展帶來的生產(chǎn)生活需要，集中供熱工作的改進(jìn)刻不容緩，傳統(tǒng)的架空保溫管綜合保溫性能低，能源損耗嚴(yán)重，施工成本高等等缺點(diǎn)迫使我們尋找更高效環(huán)保的設(shè)計(jì)模式，本文就新型蒸汽預(yù)制架空保溫管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)展開了詳細(xì)分析，綜合對(duì)比了其相較于傳統(tǒng)架空保溫管的優(yōu)勢(shì)，充分說明了新型蒸汽預(yù)制架空保溫管的應(yīng)用對(duì)節(jié)能環(huán)保、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要意義。