塑料管道在集中供暖二級(jí)管網(wǎng)工程的選擇

楊振興 吳曉芬 李金祥

天津軍星管業(yè)集團(tuán)有限公司 天津 301701

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高和人們對(duì)舒適環(huán)境的追求，采暖區(qū)域逐年向南擴(kuò)大，南方建設(shè)供暖系統(tǒng)工程早已達(dá)成共識(shí)。近日，作為南方非傳統(tǒng)供暖區(qū)的成都，成都燃?xì)饧瘓F(tuán)率先推出“暖居工程”，開(kāi)始試行集中供暖。

同金屬管相比，塑料管道用于集中供暖系統(tǒng)具有質(zhì)量輕、使用壽命長(zhǎng)、表面光滑水阻小、耐腐蝕、保溫節(jié)能、輸送效率高、管內(nèi)不易結(jié)垢、衛(wèi)生環(huán)保、施工方便且施工及維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各類建筑中尤其在供暖工程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1 管材的分類

在供暖工程中，傳統(tǒng)的塑料管材有無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)管、交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管、耐熱聚乙烯（PE-RT）管、聚丁烯（PB）管、鋁塑復(fù)合管。近些年，新型塑料管道不斷涌現(xiàn)，結(jié)晶改善無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（PP-RCT）管、無(wú)規(guī)共聚聚丁烯（PB-R）管、阻氧管、鋼塑復(fù)合（PSP）壓力管還有保溫塑料管越來(lái)越多的應(yīng)用于集中供暖工程中。

1.1 結(jié)晶改善的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（PP-RCT）管

PP-RCT也稱β晶型無(wú)規(guī)共聚聚丙烯（βPP-R），它是一種帶有β結(jié)晶結(jié)構(gòu)的聚丙烯無(wú)規(guī)共聚物，是PP-R的升級(jí)材料，也稱為第四代聚丙烯材料。PP-R常態(tài)下為α球晶，晶粒較為粗大且晶粒間呈現(xiàn)明顯的界面，當(dāng)材料發(fā)生形變時(shí)，有外力引發(fā)的裂紋會(huì)沿著界面擴(kuò)展，材料產(chǎn)生脆性斷裂，因此PP-R管在低溫環(huán)境易發(fā)生外力開(kāi)裂。而PP-RCT多為β六方晶型，晶粒細(xì)密均勻，球晶彼此互相交叉界面層不再明顯，細(xì)小的球晶克服了粗大球晶見(jiàn)應(yīng)力集中易破裂的缺陷，當(dāng)受到外力沖擊時(shí)，容易使應(yīng)力得到分散，因此PP-RCT較PP-R在低溫抗沖擊性能得到較大提高。而且PP-RCT在耐熱、耐壓和長(zhǎng)期抗蠕變性能方面較PP-R有了較大提高[1]。除此以外，PP-RCT管與專用彈簧配合，可直接煨彎而無(wú)需依靠額外增加彎頭來(lái)改變管道鋪設(shè)的方向，但需要注意的是煨彎后，管材最小壁厚應(yīng)不小于公稱壁厚。PP-RCT管道產(chǎn)品已列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18742-2017《冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng)》中，將成為下一代聚丙烯管材的熱點(diǎn)。

1.2 無(wú)規(guī)共聚聚丁烯（PB-R）管

PB-R是由含量不少于85%的丁烯-1與另一種烯烴單體（或多種烯烴單體）無(wú)規(guī)共聚而成的共聚物。PB-R最大程度地保留了均聚聚丁烯（PB-H）優(yōu)異的耐溫和耐壓性能。高溫條件使用，耐蠕變性能非常好。和PB-H相比，PB-R密度更低，同規(guī)格管材質(zhì)量更輕；其彈性模量也遠(yuǎn)低于其他地暖管，是目前常用塑料管中最柔軟、最易彎曲的管材。PB-R陳化時(shí)間更短，較PB-H的7天縮短至2天，這極大的提升了產(chǎn)品的出廠效率。PB-R管道產(chǎn)品已列入新修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19473-2020《冷熱水用聚丁烯（PB）管道系統(tǒng)》中，標(biāo)準(zhǔn)修訂工作歷時(shí)兩年多，并于2021年6月1日起正式實(shí)施。

1.3 鋼塑復(fù)合（PSP）壓力管

鋼塑復(fù)合壓力管，以鍍鋅鋼帶輥壓成型并經(jīng)氬弧對(duì)接焊鋼管為中間層，以PP-RCT或PP-R為內(nèi)外層，采用耐高溫專用熱熔膠，通過(guò)分步擠出復(fù)合而成的管材。它不僅克服了純塑料管材在強(qiáng)度、剛性、抗沖擊性能方面相對(duì)鋼管的不足，又保留了塑料管材極佳的抗腐蝕性能。滿足流體輸送過(guò)程中對(duì)管道的壓力、溫度、隔音、阻氧、防滲透、密封性、避光、物理化學(xué)及其它性能的需求，是一種融合了金屬管和塑料管優(yōu)點(diǎn)于一體的新型管材。供暖系統(tǒng)采用此管道，即可以保證管道系統(tǒng)具有與鋼管的相同的力學(xué)性能，又可避免管道因腐蝕產(chǎn)生鐵銹等對(duì)熱量表、恒溫閥工作的不利影響。

近些年，一種適用于鋼塑復(fù)合管的新型的管道連接方式被越來(lái)越多的行業(yè)內(nèi)的設(shè)計(jì)、施工和工程驗(yàn)收人員以及用戶稱贊和認(rèn)可，那就是電磁感應(yīng)雙熱熔連接。將電磁感應(yīng)加熱原理運(yùn)用在鋼塑復(fù)合管道連接技術(shù)上，即管材中間鋼管層作為磁性材料在磁場(chǎng)中被加熱，通過(guò)熱傳導(dǎo)使管材與管件發(fā)生熔融、互熔，達(dá)到管材與管件相連接的目的。較傳統(tǒng)機(jī)械式連接和雙熱熔過(guò)渡承插連接，電磁感應(yīng)雙熱熔連接施工難度低、工作效率高、不易受外界環(huán)境溫度和施工人員技能的影響，可有效保證接口熔接質(zhì)量[2]。與之配套的輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼塑復(fù)合壓力管用電磁感應(yīng)雙熱熔焊接管件》已進(jìn)入報(bào)批階段，不久之后將發(fā)布、實(shí)施。

1.4 阻氧管

常見(jiàn)的單層塑料管都具有較強(qiáng)的滲氧性，隨著溫度的升高，管材滲氧的特點(diǎn)會(huì)越發(fā)突出。一方面當(dāng)熱水溫度為40℃，管材滲氧量大于0.1mg/（m3·d）時(shí)，將使得供暖管道系統(tǒng)中的金屬配件，例如：閥門、散熱器、水泵、儀表等產(chǎn)生腐蝕，嚴(yán)重縮短管道系統(tǒng)的使用壽命、影響熱用戶供熱體驗(yàn)和熱量計(jì)量準(zhǔn)確度。另一方面，氧氣也給微生物和細(xì)菌提供生長(zhǎng)繁殖的條件，使塑料管道內(nèi)部宜滋生大量細(xì)菌、藻類等，進(jìn)而形成生物黏泥，造成管內(nèi)流體輸送能力大幅降低。因此，供暖系統(tǒng)使用阻氧管非常有必要。具有阻氧性能的管道分為兩類：一類是通過(guò)金屬層包覆的塑料管，例如：鋁塑復(fù)合管、塑鋁穩(wěn)態(tài)管、鋼塑復(fù)合管等。另一類是通過(guò)塑料管與高分子阻氧材料乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）復(fù)合而成的阻氧管。例如：阻氧PE-X管、阻氧PE-RT管、阻氧PB管等。

1.5 預(yù)制直埋保溫復(fù)合塑料管

該管道是由外護(hù)管、支架、保溫層、工作管組成的三層復(fù)合一體式結(jié)構(gòu)的預(yù)制供熱保溫管道。保溫管的工作管需選用具有承壓能力的耐熱塑料管，因此可采用PP-R、PE-RTⅡ、βPSP、PB和PE-X管；保溫層采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料；外護(hù)管為高密度聚乙烯管。保溫塑料管的三層材料均為熱的不良導(dǎo)體，工作管導(dǎo)熱系數(shù)為（0.2～0.5）w/（m·k）；保溫層為（0.018～0.124）w/（m·k）；外護(hù)管為0.42w/（m·k），管材平均熱損失為60w/m2，每公里平均降溫不足0.1℃，因此非常適合用于遠(yuǎn)距離熱水輸送?，F(xiàn)行保溫管的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為CJ/T480—2015《高密度聚乙烯外護(hù)管聚氨酯發(fā)泡預(yù)制直埋保溫復(fù)合塑料管》，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也已進(jìn)入報(bào)批階段，不久將會(huì)發(fā)布實(shí)施。

2 管材的選用

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)CJJ34-2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“以熱電廠或大型區(qū)域鍋爐房為熱源時(shí)，設(shè)計(jì)供水溫度可取110℃～150℃，回水溫度不應(yīng)高于70℃”。因此，基于50年使用壽命的塑料管來(lái)講，一級(jí)管網(wǎng)的運(yùn)行溫度已超過(guò)塑料管道的承受能力，塑料管道不適用于一級(jí)管網(wǎng)管道。

2.1 建筑物外二級(jí)管網(wǎng)

基于市容市貌和節(jié)約投資節(jié)省占地兩方面，CJJ34—2010中還規(guī)定：“居住區(qū)內(nèi)的供暖管道宜采用地下敷設(shè)；供熱管道地下敷設(shè)優(yōu)先采用直埋敷設(shè)”[3]。集中供暖二級(jí)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)供水溫度和系統(tǒng)工作壓力不會(huì)太高，最高工作溫度不大于85℃條件下，采用預(yù)制直埋保溫復(fù)合塑料管用于二級(jí)供熱管網(wǎng)的直埋管道是非常好的選擇。天津市集中供熱地方標(biāo)準(zhǔn)也有相應(yīng)規(guī)定：“二級(jí)供熱管網(wǎng)管道可采用預(yù)制直埋保溫復(fù)合塑料管”[4]。由建設(shè)部起草的工程技術(shù)規(guī)程也已進(jìn)入送審階段。

2.2 建筑物內(nèi)供暖系統(tǒng)管材

同鋼管相比，塑料管道剛性和耐蠕變性能較差，長(zhǎng)期使用管道易出現(xiàn)“蛇形變形”。但鋼管易腐蝕，使用壽命遠(yuǎn)不及塑料管道。鋼塑復(fù)合壓力管具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、剛性好不變形、保溫節(jié)能、阻氧隔光等優(yōu)點(diǎn)，而且鋼塑復(fù)合壓力管的線性膨脹系數(shù)很小，接近鋼管，是塑料管的1/10，使用壽命至少50年，期間也無(wú)需維護(hù)和保養(yǎng)。因此，非常適用于建筑物內(nèi)供暖系統(tǒng)供、回水水平干管和共用供、回水立管管網(wǎng)。電磁感應(yīng)連接所需設(shè)備僅有全自動(dòng)電磁感應(yīng)熔接機(jī)、熔接卡具和數(shù)據(jù)線纜，請(qǐng)見(jiàn)圖1、圖2、圖3，狹小的空間內(nèi)也能夠輕松安裝施工。

圖1 全自動(dòng)電磁感應(yīng)熔接機(jī)

圖2 數(shù)據(jù)線纜

圖3 熔接卡具

2.3 戶內(nèi)供暖系統(tǒng)

戶內(nèi)供暖系統(tǒng)按照供暖方式分為散熱器供暖和地面輻射供暖，兩種供暖方式供水溫度不同。國(guó)標(biāo)規(guī)定：“散熱器集中供暖系統(tǒng)宜按75℃/50℃連續(xù)供暖進(jìn)行設(shè)計(jì)”；“熱水地面輻射供暖系統(tǒng)供水溫度宜采用35℃～45℃，不應(yīng)大于60℃”[5]。

2.3.1 散熱器供暖管材

為了確?！皯魞?nèi)供暖系統(tǒng)暗埋部分不得有任何形式的接頭”，PB、PE-RT、PP-RCT管都可以用作散熱器連接，但相比純塑管，鋁塑復(fù)合管耐溫耐壓性更好，還可徹底隔絕氧氣，其中對(duì)接焊鋁塑管更優(yōu)，當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)期工作溫度為95℃時(shí)，允許工作壓力高達(dá)1.25MPa。而且，對(duì)接焊鋁塑管兼具剛性和柔韌性，配合彈簧可直接手動(dòng)彎管且不回彈?？▔菏焦艿肋B接方式簡(jiǎn)便可靠，施工效率極高。因此，特別適合散熱器供暖系統(tǒng)。

2.3.2 地面輻射供暖管材

地板采暖管需要埋置于地板之下，供暖期間管內(nèi)會(huì)輸送帶有一定壓力的35℃～60℃的熱水。因此，地板采暖管應(yīng)具備長(zhǎng)期耐溫耐壓性能、高可靠性和高柔韌性。PP-R管彈性模量大、壁厚較厚，不易彎曲；PP-RCT和鋁塑管需借助工具彎管，均不利于施工。而PB-R、PB-H、PE-RT、PE-X以及阻氧管均符合地暖管要求。

從共用供回水立管連接戶內(nèi)分集水器主體可選擇PP-R、PPRCT、PB、PE-RT和對(duì)接焊鋁塑復(fù)合管。但如若有“暗埋部分不得有接頭”的規(guī)定，PP-R則不能使用；如若要求全管路阻氧，則可采用阻氧PB、阻氧PE-RT和對(duì)接焊鋁塑復(fù)合管；從施工安裝便捷出發(fā)更宜采用對(duì)接焊鋁塑復(fù)合管。需要注意的是，入戶之前的供暖管道應(yīng)進(jìn)行保溫。

3 結(jié)語(yǔ)

塑料管道品種眾多，每種管道都有其各自的特點(diǎn)和適用范圍。選擇合適的供暖管道應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的工作溫度、工作壓力、施工技術(shù)條件以及安全、環(huán)保等要求，再綜合考慮經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，經(jīng)對(duì)比后確定。

隨著工業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料更迭不斷，新技術(shù)日趨完善，集中供暖二級(jí)管網(wǎng)采用塑料管道發(fā)展前景將越來(lái)越廣闊。