环戊烷高压发泡机(保温管技术应用)

Posted 2023-06-02

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环戊烷高压发泡机(保温管技术应用)

一、产品分类、结构、性能指标和生产工艺

（一）分类

1、按输送介质温度分类

主要分为预制直埋热水保温管和预制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℃，主要用于北方城市集中供热工程；蒸汽保温管输送的介质最高温度为300℃，主要用于电子、医药等行业的用汽。

2、热水保温管分类

(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，“聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕” 工艺是一种新型生产工艺，技术含量较高，国内外仅有为数不多的几个制造商掌握，处于技术垄断阶段，我厂是目前国内唯一掌握该核心技术的厂商。

(2) 按芯管的数量分类

主要分为单芯管和双芯管，目前国内生产的热水保温管均为单芯管。

(3) 按芯管的材质

主要有钢管、不锈钢管、铸铁管、玻璃钢管、PPR、HDPE等材质。

(4) 按应用领域分类

①用于城市集中供热，目前是热水保温管的主流。

②用于城市集中供冷。

③用于高寒地区自来水管道保温

④用于北方高层建筑自来水二次供水管道保温

⑤用于石油长输管道保温

⑥用于海底输油管道保温

⑦用于其他领域，如用于煤矿冷气输送管道保

温、化工厂低温介质管道保温、液化气管道保温等。

3、蒸汽保温管分类

⑴ 按结构分类

主要分为“钢套钢”外滑动结构和内滑动结构两大类。

(2)“钢套钢”外滑动结构按外防腐材料分为，三层PE防腐层、硬质聚氨酯防腐层、环氧粉末防腐层、聚脲防腐层、玻璃钢防腐层等。三层PE防腐层长期耐温为50℃，后4种防腐层长期耐温在80℃-90℃。

（二）热水保温管介绍

1、保温管产品结构

预制直埋热水保温管是由输送介质的芯管、硬质聚氨酯泡沫保温层和高密度聚乙烯外护层紧密结合而成，通常芯管采用钢管，也可根据输送介质的种类和温度要求，采用其它材质的管材。

(1) 单管产品结构

(2) 双管产品结构

2、材料及性能

(1) 芯管

通常采用无缝钢管和螺旋埋弧焊钢管，DN150及以下采用20号无缝钢管，执行GB/T8163标准，DN200以上采用Q235B钢板制作的螺旋埋弧焊钢管，执行GB/T9711.1标准。

(2) 聚乙烯外护层

聚乙烯外护层采用PE80级高密度聚乙烯树脂制成，具有很高的机械强度和优良的耐腐蚀性能。主要性能指标符合表1要求。

表1 HDPE外套管性能指标

近年我国石化工业得到较快发展，适合外套管的高密度聚乙烯树脂牌号较多，如上海金菲石油化工有限公司生产的TR480、齐鲁石化公司塑料厂生产的DGDB2480、燕山石化生产的7600M等，国外公司如，韩国大林公司的TR402、大韩油化的P502等牌号。

(3)硬质聚氨酯泡沫保温层

①硬质聚氨酯泡沫保温层具有优良的保温绝热性能，是由异氰酸酯和组合聚醚在常温下经充分混合反应生成，其主要性能指标符合表2要求。

表2 聚氨酯保温层性能指标

②目前聚氨酯组合聚醚原料主要有：141b系统、环戊烷系统和水系统，水系统发泡剂是二氧化碳。三个系统的主要区别：

环境方面：

HCFC-141b是替代F-11的第一代替代物，仅作为过渡替代品。141b在大气中的寿命比较短，对臭氧的消耗程度为F-11的1%，但其臭氧潜值（ODP）大于零，对臭氧层有危害。目前发达国家已禁止使用141b发泡剂。九十年代欧洲率先在冰箱和直埋式预制保温管生产中开始使用戊烷发泡体系，特别是环戊烷发泡体系。目前我国几乎大部分冰箱生产厂家均采用环戊烷作为发泡剂。目前替代F-11发泡剂的第二代替代物有CO2和环戊烷，两者臭氧潜值（ODP）均为零，对臭氧层无破坏作用。

③目前国内聚氨酯组合料在耐温方面还存在一定差距。对于要求耐温较高的输送管道，聚氨酯原料通常采用德国拜耳公司、美国亨斯迈公司、美国陶氏公司生产的组合聚醚，各项指标均符合中国建设部标准和欧洲标准。

(3)成品管

直埋式预制保温管具有优异的保温性能、与传统的保温管相比具有综合造价低、施工方便的特点，其主要性能指标符合表3要求。

成品管性能指标

3、管件种类

(1)单管管件种类

①直管

②变径管

③跨越三通的Z型支管

④平行三通

⑤平面三通

⑥45°弯头

⑦90°弯头

⑧固定节

⑨保温阀门

(2)双管管件种类

③预制变径

变径分为一级变径和二级变径。

4、生产工艺

(1)直埋式预制保温管生产工艺分为 “管中管”工艺和“聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕” 工艺，目前几乎所有厂商都采用传统的“管中管”工艺生产预制直埋保温管。喷涂缠绕保温管是欧洲上世纪90年代末开发的一种新型保温管材。

我厂针对集中供冷、供热的特点，瞄准国际先进的生产工艺和制造技术，已成功自主研发出具有国际水准的喷涂缠绕工艺、装备、技术和产品，目前我厂是国内唯一掌握该核心技术的厂家。由于“聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕” 工艺在一定范围内可任意调整保温层厚度和聚乙烯外护层厚度，因此完全满足不同地域、不同工况、不同介质温度对保温层厚度的要求，生产不同聚氨酯厚度和聚乙烯厚度的保温管，也可根据供、回管对保温层厚度的要求生产不同厚度的保温层，减少材料消耗。喷涂缠绕保温管更适合南方地区的集中供热和集中供冷工程。

(2)工艺流程

“管中管”工艺：

喷涂、缠绕工艺：

(3)“管中管”工艺介绍

直埋式预制保温管生产和设计的核心是保温管必须形成三维一体结构，这样管材在运行时，钢管、聚氨酯和PE外套管三者实现同时收缩或伸长，并通过土壤的摩擦力束缚管网。

钢管抛丸除锈

发泡前对所有钢管进行抛丸处理，清理钢管表面油脂、污物和锈蚀，加大钢管表面粗糙度，提高了钢管和聚氨酯的粘结力。

PE外套管内壁电晕处理

PE外套管本身是没有极性的，如果不对其内壁进行电晕处理，外套管与聚氨酯之间是不粘接的，因此为了增加聚乙烯与聚氨酯之间的粘接强度， PE外套内壁必须进行电晕极化处理，采用高电压对外套管内壁进行电晕极化处理，在不降低聚乙烯力学性能的情况下，改变聚乙烯内表面的极性，增加与聚氨酯酯的粘接力，经过电晕处理后的PE外套内表面，其表面张力≥50达因/cm，完全满足管材三位一体结构要求。

聚氨酯发泡

影响PU发泡质量的关键因素

A 设备（设施）方面

选择先进的高压发泡机

发泡机必须选择高压发泡机且发泡机混合压力不低于100bar

发泡机的流量足够大，使浇注时间与发泡成型时

间有合理的比例关系

发泡混合头和原料计量泵要选择德国产

温度、流量、压力等控制精度要高

足够大的原料制冷功率配置

B 配备足够大加热功率和温度分布均匀的管材预热设备

C 优良的聚氨酯原材料

D 优异的工艺控制

PE管件生产

(1)热板焊接设备

主要用于弯头的焊接，具有焊接强度高，生产效率高的特点，强度等同于管材的强度。

(2)手提式挤出机焊接工艺

主要用于三通和变径等异性管件的焊接，具有焊接强度高的特点，强度等同于管材的强度。手提式挤出焊接工艺是利用自动控制温度的热风将对接焊口表面聚乙烯加热到熔融状态，随即将由手提式挤出机挤出、处于自动温度控制下的熔融状态的聚乙烯熔体，在压力作用下进行V型接口的焊接，形成一定高度均匀的焊缝。

5、现场接头施工

影响保温管使用寿命的主要因素有管网设计质量、管材（管件）质量及现场接头施工质量。现场接头质量的优劣直接影响管网运行寿命，在实际工程中，即使采用良好的管网设计和优良管材质量，如果施工接头质量很差，就会极大缩短管网的寿命。传统的PE焊接工艺焊接质量较差，容易造成PE接头部位进水，不仅影响管网的保温性能，增大管网热损失，而且最致命的危害是管网进水后，水经汽化后体积急骤膨胀，使PE接头破坏，造成整个管网PU破坏并加速钢管腐蚀，极大缩短保温管网的寿命，因此现场接头施工的质量是热力管网正常运行的关键。

(1)现场保温接口施工方式

①PE外套管接口方式

a.HDPE接头套管+热收缩带工艺

适合公称直径不大于250mm保温管接头。本方法是采用液化石油气火焰加热热缩带，通过热收缩带收缩使PE外套和接头套管搭接处密封，实现柔性连接。既保证了接头的密封和防水性，又可吸收管道的轴向位移。

b.电热熔工艺

适合公称直径300mm及以上保温管接头。电热熔焊接是通过电、加热预埋在聚乙烯接头套管内表面的金属网，通电加热接头套管和直管外套管，并施加一定压力，使其融为一体。采用专用电控箱对加热过程进行程序化自动控制，通过对不同管径工艺参数的控制，获得最佳熔化温度，从而保接头证焊接质量。

c.热熔套筒工艺

采用进口热收缩套筒对PE接头进行连接。本方法采用特殊密封胶，通过火焰加热收缩套筒，使热缩套筒收缩，实现对整个接头密封，保证了接头的密封和防水性，并可传递轴向力。热熔套筒接头方式已通过EN489沙箱试验。热熔套筒的厚度可与保温管PE外套厚度等同。

②接口发泡

为了保证现场接头的发泡质量，现场聚氨酯发泡采用机械发泡、而不是手工发泡。先进的现场高压发泡机配备设施齐全的现场发泡车，可满足现场发泡施工。采用高压发泡机可实现对比例、流量的高精度控制，从而保证现场接口聚氨酯场发泡质量。

二、管道预热安装施工技术

1、热水保温管敷设安装技术主要有

有补偿安装方式

预热安装方式

冷安装方式

2、采用无补偿电预热安装，因其采用了提前释放应力的技术，可使管网降低一半应力、从而在很大程度上减少了固定墩和补偿器的数量，一方面降低了工程的施工安装费用，另一方面由于补偿器使用数量的减少，提高了管网运行的可靠性，降低了管网的运行维护费用和工程投资费用。无补偿电预热安装具有环保节能，施工便捷，工期短的特点，是目前国际上广泛使用的先进的保温管无补偿预应力安装技术。

3、“太合”电预热安装的技术优势

我厂结合国内热力管网的实际情况，自主研发了我国第一台电预热设备。该设备采用了国际最先进的电子技术，自动化控制程度高，组合模块少，可靠性强，同时实现了大功率小体积的最优化设计，为现场施工的便利提供了前提。

我厂开发的超大功率电预热装备可以根据客户需求，结合实际管网布局进行最优化的预热分段，从而最大限度地降低补偿器的数量，缩短工期，减少工程费用。

4、电预热技术的适用范围

- 最大预热管径Φ1420mm

- 不同口径的保温管线可同时预热

- 不连续的管段可同时预热

- 替换旧管网中损坏的补偿器

- 城市中心不具备敞沟条件的预热安装

5、电预热安装主要工艺参数

- 预热管沟长度1000米

- 预热时间20h以内

三、热水保温管的其它用途

（一）用于集中供冷领域的保温管

近年来国内在积极采用区域集中供冷为宾馆、机场、学校和商业建筑等提供冷源，随着我国经济的快速发展，能源需求剧增，能源形势相当严重，因此要积极发展分布式能源，实现热、电、冷联产，提高一次能源利用率，来改善城市环境质量。

1、区域集中供冷系统

由专门的制冷站集中制备冷水，并通过区域管网进行冷水供给的供冷系统。区域供冷系统由制冷站、输送管路系统和末端板式换热间组成。

2、管路系统

对于区域供冷系统，能源使用效率及运行成本很大程度取决于如何高效地将冷水从冷站输送到每个用户，而采用优质的直埋预制保温管系统可保证冷量从冷站输送到用户过程能量损失很少。采用集中供冷方式并结合采用优质的直埋式预制保温管系统能够显著地节约资源、能源和减少二氧化碳等有害气体的排放，符合我国的节能减排政策。

我厂是国内最早成功将直埋预制保温管应用于区域集中供冷系统，并先后在上海安亭、广州大学城、重庆江北嘴、海南三亚亚龙湾等区域集中供冷供热项目获得应用，目前项目运行良好。

3、产品主要技术性能

聚氨酯保温层：聚氨酯保温层性能指标见表2

表2 聚氨酯保温层性能指标

由于区域集中供冷起步较晚，因此到目前，还没有针对区域集中供冷的直埋式预制保温管的产品标准，基本沿袭区域集中供热直埋式预制保温管产品标准和相应规格保温管，由于集中供冷输送的介质温差较集中供热温差较小，因此照搬用于集中供热相应规格的保温层厚度就显得过厚，很不经济，造成一定浪费。因此要针对集中供冷的特点设计合理的保温层厚度，既保证工程保温需要，又降低工程造价。

4、典型工程应用案例

(1)广州大学城区域集中供冷项目

广州大学城区域供冷系统是目前国内最大的区域供冷项目。区域供冷系统规划设计装机容量约37.3万千瓦（10.6万冷吨），已建成7.7万冷吨，设置板式换热间300个，主供冷管网约120公里。供冷建筑面积约352万平方米，可为25万人口提供环保、优质、高效的空调服务。该系统采用了冰蓄冷技术，在晚上制冰蓄冷，白天融冰供冷，实现电力负削峰填谷。

(2)上海安亭区域集中供冷、供热项目

上海安亭集中供热、供冷项目为80万平方米住宅和约20万平方米的公建提供供热和供冷配套服务，公建包括五星级酒店、酒店式公寓、高档办公楼、购物中心、学校、医院以及影剧院等。供冷能源管线的供回水温度为6/14℃，供热管线仅供公建，供热能源管线的供回水温度为90/60℃，管材为预制式直埋保管，管线总长33km。该项目是通过集中式的能源站房向整个新镇提供冷热服务。

(3)重庆江北嘴区域集中供冷、供热项目

重庆江北城CBD区域江水源热泵集中供冷、供热项目，采用区域集中供冷、供热系统，能源方案采用电制冷+江水源热泵+冰蓄冷的形式，为江北城公共建筑提供集中的冷热源。用于集中供冷系统的冷水供水温度为3℃，回水温度为13℃；用于集中供热系统的热水供水温度为45℃，回水温度为43℃。

(4)海南三亚亚龙湾区域集中供冷项目

海南三亚亚龙湾冰蓄冷区域集中供冷项目位于海南省三亚市亚龙湾国家旅游度假区E08地块，为亚龙湾地区五星级酒店空调提供3.5℃-11℃冷水，供冷面积超过40万平方米。一期供冷能力为8880RT，蓄冰量25500RTh，采用4台1100冷吨双工况三级离心机组，2台1175RT基载机组，2009年12月实现供冷。

（二）用于高寒地区自来水管道保温领域

1、产品基本结构

芯管采用球墨铸铁管和HDPE管。DN300及以上芯管采用球墨铸铁管，DN300及以下芯管采用HDPE管

高密度芯管采用PE100级材料

保温层采用聚氨酯泡沫

外护管采用PE80级材料

在芯管外侧敷设热通道，预留伴热电缆

2、主要材料技术要求

(1)球墨铸铁管

球墨铸铁管长度5.8m-6m，符合ISO2531中K9等级，内部为水泥衬层，外部为镀锌层（≥130g/m2）。

(2)外护管性能指标

①原料采用PE80级高密度聚乙烯树脂。

②拉伸屈服强度最小为19MPa

③断裂伸长率不低于350%

(3)聚氨酯性能指标

①抗压强度≥0.15MPa

②导热系数＜0.027w/m.k

③闭孔率≥90%

④吸水率≤0.245g/cm3

(4)保温管

最小剪切强度

双塑保温管

（三）喷涂缠绕保温管

1、缠绕式保温管是欧洲上世纪90年代末开发出的一种新型保温管材。本世纪初，美国也开始生产，管径不大于DN800，我厂已成功开发喷涂缠绕保温管，该产品和制造技术已通过天津市经委组织的技术专家鉴定。

2、产品主要性能指标

钢管、聚乙烯外护层、聚氨酯保温材料的主要性能指标与传统的“管中管”相同。

质量及性能符合EN253及CJ/T114-2000标准要求。

3、喷涂缠绕保温管优点

根据设计要求在一定范围内可任意调整保温层厚度和聚乙烯厚度；

聚乙烯外护层应力水平低；

聚乙烯保护层厚度相对较薄；

管材聚氨酯密度分布；

无须开模具，随时根据产品的设计规格安排生产，适应性强。

（四）二次供水保温管

聚氨酯质量要求

技术性能指标

（五）煤矿冷气输送用保温管

对于煤矿夏季采煤层的环境温度较高，有些煤矿为了改善工人的作业环境，采用保温管道将冷气输送到矿井采煤层。由于煤矿的特殊工况条件，对保温管的安全性能提出较高的要求，主要体现在两个方面，要求聚氨酯和聚乙烯必须不仅抗静电而且必须阻燃。

1.聚乙烯外护管主要技术性能指标

2.聚氨酯主要技术性能指标（见下表）

本文作者：周曰从张景娜；来源于互联网。