沈陽(yáng)建筑大學(xué)  劉博智、馮國(guó)會(huì)、劉光磊

天津軍星管業(yè)集團(tuán)有限公司      夏成文

摘 要：國(guó)家大力推廣使用塑料管材，PP-R熱水直埋保溫管作為一種新型的塑料保溫管正被廣泛的應(yīng)用于集中供熱二次網(wǎng)及室內(nèi)暖氣管網(wǎng)系統(tǒng)，本文對(duì)PP-R保溫管的制造工藝及技術(shù)性能進(jìn)行分析研究，并且采用熱流密度法對(duì)一小區(qū)熱網(wǎng)進(jìn)行散熱損失檢測(cè)，結(jié)合PP-R保溫管的新型保溫結(jié)構(gòu)對(duì)管網(wǎng)的保溫效果及運(yùn)行情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：PP-R管；直埋敷設(shè)；保溫檢測(cè)；散熱損失

傳統(tǒng)的城市供熱管網(wǎng)二次網(wǎng)中常采用熱鍍鋅管、焊接鋼管作為保溫管道的內(nèi)襯管，由于其金屬的易腐蝕性、使用壽命短、衛(wèi)生條件低、環(huán)保性能差等諸多不利因素已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代熱網(wǎng)的發(fā)展以及熱用戶(hù)的使用要求。作為其更新?lián)Q代的新型產(chǎn)品PP-R塑料保溫管則具有“質(zhì)輕耐蝕”，使用壽命長(zhǎng)，省材節(jié)能、衛(wèi)生環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。所以國(guó)家大力倡導(dǎo)使用塑料管材代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍍鋅管。但與傳統(tǒng)的鋼管相比，人們對(duì)其技術(shù)性能和優(yōu)點(diǎn)的了解并不多，實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)也相對(duì)較少。所以在推廣使用過(guò)程中會(huì)有很多問(wèn)題。為此，本文首先對(duì)PP-R管的性能、特點(diǎn)及制造工藝做一系統(tǒng)介紹，并結(jié)合工程實(shí)例對(duì)管道的保溫情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，最后對(duì)這種新型保溫管材的保溫效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 PP-R管的制造工藝及技術(shù)性能

    PP-R管又叫三型共聚聚丙烯管，是歐洲90年代初開(kāi)發(fā)應(yīng)用的一種新型塑料管道產(chǎn)品，我國(guó)于98年開(kāi)始引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)，03年左右開(kāi)始生產(chǎn)并逐步的應(yīng)用于實(shí)際工程中。該管采用無(wú)規(guī)共聚聚丙烯作為原料，過(guò)去產(chǎn)品原料只能通過(guò)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)尚無(wú)生產(chǎn)能力，所以PP-R管道一直存在著質(zhì)優(yōu)價(jià)高的問(wèn)題。直到07年，燕山石化具備生產(chǎn)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯的能力，并且得到北方大型管道生產(chǎn)商軍星管業(yè)的認(rèn)同，采用國(guó)產(chǎn)原料的軍星PP-R管經(jīng)國(guó)家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)各項(xiàng)工藝指標(biāo)全部滿(mǎn)足要求。這使得PP-R管在我國(guó)的發(fā)展邁出了重要的一步，加速了塑料管材代替金屬管材的速度，為城市供熱管網(wǎng)的節(jié)能發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

    PP-R管材是采用帶有混煉段的PP-R管專(zhuān)用螺桿和PP-R管專(zhuān)用擠出模頭的單螺桿擠出機(jī)，經(jīng)擠出成型工藝生產(chǎn)的管材；PP-R管件是采用與PP-R管材相同牌號(hào)的專(zhuān)用料，經(jīng)注塑成型工藝生產(chǎn)。PP-R管除具有普通塑料管的無(wú)銹蝕行、不結(jié)垢、流阻小，加工能耗低等特殊性外，還具有使用壽命長(zhǎng)，低溫抗沖擊性能好，耐高溫和良好的熱熔焊接性能。其技術(shù)性能特點(diǎn)如下：

（1）重量輕（僅為金屬管的1/8）施工強(qiáng)度低、搬運(yùn)方便。

（2）采用熱熔連接：管材、管件同質(zhì)熔化為同一整體，使用壽命長(zhǎng)，安全可靠，永不滲漏。

（3）保溫節(jié)能：PP-R管導(dǎo)熱系數(shù)為0.21W/（m·K），僅為鋼管導(dǎo)熱系數(shù)的1/200，用于熱水管道保溫節(jié)能效果明顯。

（4）耐熱性較好：PP-R管維卡軟化點(diǎn)131.5℃，最高工作溫度可達(dá)95℃。使用溫度在70℃左右，工作壓力在1Mpa以下時(shí)可以使用50年。

（5）耐化學(xué)腐蝕性好，衛(wèi)生性好。對(duì)于水中的大多離子和建筑物內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)均不起化學(xué)作用，不會(huì)生銹，不腐蝕，不生細(xì)菌。

（6）管道阻力小、管材內(nèi)壁光滑不會(huì)結(jié)垢，壓力損失小，水流速度快。

（7）綠色環(huán)保，外型美觀，色彩柔和，韌性好，耐沖擊，不影響環(huán)境并可重復(fù)再生使用。

2 現(xiàn)場(chǎng)熱損失檢測(cè)

2.1測(cè)試原理及測(cè)試儀器

熱流計(jì)測(cè)量法由于具有直觀、準(zhǔn)確、受外界因素影響小等特點(diǎn)，而受到國(guó)內(nèi)外同行的廣泛應(yīng)用，所以本次測(cè)試采用熱流計(jì)法。熱流計(jì)法就是用熱阻式傳感器（熱流測(cè)頭）和測(cè)量指示儀表直接測(cè)量保溫結(jié)構(gòu)的熱流密度。與管壁接觸的熱流傳感器的輸出電勢(shì)（E）與通過(guò)傳感器的熱流密度（q）成正比關(guān)系：q=cE，c值為側(cè)頭系數(shù)。這樣，測(cè)出熱阻板內(nèi)的熱電堆感生出的熱電勢(shì)，就可根據(jù)已標(biāo)定的熱電勢(shì)與熱流關(guān)系，計(jì)算出熱流密度值q。

  在穩(wěn)態(tài)情況下，單位長(zhǎng)度管道的熱損失為：

                              q1=πDq                          （1）

  由于管道只在供熱季節(jié)運(yùn)行，需將測(cè)試數(shù)據(jù)換算為當(dāng)?shù)毓�熱季�?jié)平均溫度和供熱季節(jié)運(yùn)行溫度（設(shè)計(jì)溫度）條件下的相應(yīng)值。其換算公式如下：

                                              （2）

  式中：qm—供熱季平均溫度下的熱流密度，W/m2；

        q—實(shí)測(cè)熱流密度，W/m2；

        t—當(dāng)?shù)丶酒骄�介質(zhì)溫度，K；

        t＇—測(cè)試時(shí)的介質(zhì)溫度，K；

        tm—當(dāng)?shù)毓�熱季平均地溫�?font face="Times New Roman">K；

        tn—測(cè)試時(shí)地溫，K。

測(cè)試儀器：

   智能化64路巡檢儀、WYP-A型軟板式熱流傳感器（測(cè)量保溫管道外表面熱流密度）數(shù)字顯示儀、溫度自計(jì)儀（管道外表面溫度及自然地溫）、水銀溫度計(jì)（測(cè)量環(huán)境溫度）。

2.2測(cè)試方案及數(shù)據(jù)分析

   本次測(cè)試對(duì)象為天津市一別墅小區(qū)生活用熱水管網(wǎng)，管網(wǎng)采用DN50的PP-R保溫管。整個(gè)管網(wǎng)由一條主干管和七條支管組成。筆者在軍星管業(yè)工程技術(shù)人員的配合下從08年12月初到12月末分別對(duì)主干管以及7條直管的保溫情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

   測(cè)試按標(biāo)準(zhǔn)CJ/T140—2001《供熱管道保溫結(jié)構(gòu)散熱損失測(cè)試與保溫效果評(píng)定方法》和GB—4272《設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則》進(jìn)行。

具體檢測(cè)方案如下：

   （1）普測(cè)：了解管線的工藝參數(shù)、管徑、長(zhǎng)度等有關(guān)資料；查明保溫層材料的品種與性能、厚度、結(jié)構(gòu)等。

   （2）測(cè)試截面選取原則：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，該管網(wǎng)主干管沿線共設(shè)有7個(gè)檢查井，筆者在每個(gè)檢查井內(nèi)布置2個(gè)測(cè)量截面，每條支管分別測(cè)試4個(gè)截面。

   （3）截面布點(diǎn)原則：每個(gè)典型截面上選定三個(gè)測(cè)點(diǎn)，分為上中測(cè)點(diǎn)、左側(cè)測(cè)點(diǎn)和右下測(cè)點(diǎn)，具體布置見(jiàn)圖1.取三個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均熱流密度值作為該測(cè)量面的熱流密度值，在求取單個(gè)管段上各個(gè)測(cè)量截面的平均值作為該管段的熱流密度值，最后將其折算成供熱季節(jié)平均溫度下的熱流密度值作為該管段供熱季節(jié)的平均熱損耗。

   現(xiàn)以該管網(wǎng)的主干管進(jìn)行詳細(xì)分析，該管段屬低壓低溫直埋熱水管道，內(nèi)襯管為DN50的PP-R保溫管，保溫層為聚氨酯泡沫塑料，保護(hù)層為高密度聚乙烯。詳細(xì)情況見(jiàn)表1所示。

表1主管道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表

敷設(shè)方式	埋深（m）	管長(zhǎng)（m）	管徑 規(guī)格 （DN）	PP-R 管外徑 （mm）	保溫 層厚度（mm）	保護(hù) 層厚度(mm)	流體溫度（℃）	管內(nèi)壓力（MPa）	流量 （m3/h）
直埋敷設(shè)	1.5	314	50	63	29	2.8	51	0.24	200

圖2測(cè)試截面熱流傳感器布置圖

   主管道共設(shè)有7個(gè)檢查井，每個(gè)檢查井內(nèi)布置兩個(gè)測(cè)量截面。具體測(cè)量方法為供熱干管穿過(guò)檢查井時(shí)在井壁與管道結(jié)合處設(shè)有補(bǔ)償套管，套管與管道之間大約3cm寬的縫隙，將熱流計(jì)探頭深入該縫隙10-20cm處，該處管道的熱流密度值可作為此處直埋管道的散熱損失值。具體布置原則見(jiàn)圖2.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試并經(jīng)過(guò)相關(guān)公式計(jì)算得出主干管各檢查井內(nèi)各截面熱流密度見(jiàn)表2.

表2    主干管各檢查井測(cè)量截面測(cè)量截面散熱損失值匯總表

檢查井編號(hào)	截面—熱流密度值（W/m2）         截面二熱流密度值（W/m2）								平均熱流密度值（W/M2）
	上測(cè)點(diǎn)	左測(cè)點(diǎn)	右下測(cè)點(diǎn)	平均值	上測(cè)點(diǎn)	左測(cè)點(diǎn)	右下測(cè)點(diǎn)	平均值
1號(hào)井	25.6	18.6	15.1	19.7	24.4	19.7	13.9	19.3	19.5
2號(hào)井	24.4	19.7	16.2	20.1	23.3	18.6	17.4	19.7	19.9
3號(hào)井	23.3	18.6	16.2	19.4	24.4	19.7	17.4	20.5	19.9
4號(hào)井	26.7	19.7	17.4	21.3	25.6	18.6	16.2	20.1	20.7
5號(hào)井	24.4	18.6	15.1	19.4	23.3	17.4	12.8	17.8	18.6
6號(hào)井	22.1	17.4	13.9	17.8	23.3	17.4	15.1	18.6	18.2
7號(hào)井	24.4	18.6	12.8	18.6	25.6	17.4	15.1	19.4	18.9

   經(jīng)計(jì)算，整個(gè)干管平均熱流密度值為19.4W/m2，則算成當(dāng)?shù)毓�熱季平均溫度下熱流密度�?9.8W/m2.最后整理出該供熱主干管保溫結(jié)構(gòu)散熱損失測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)表，見(jiàn)表3.

表3 供熱管道保溫結(jié)構(gòu)散熱損失測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)表

管線長(zhǎng)度（m）	截面周長(zhǎng)（m）	檢查井內(nèi)平均溫度（K）	自然地溫（K）	平均測(cè)試熱流密度（W/m2）	供熱季平均溫度下的熱流密度（W/m2）	線熱流密度（W/m）	國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許值（W/m2）	全程散熱損失W
314	0.398	286	258.2	19.4	19.8	7.9	116	2474.5

   注：散熱損失值僅為國(guó)際允許值的17.1%，保溫效果很好。

3測(cè)試分析

    該管網(wǎng)竣工于08年夏季，今年是初次運(yùn)行，保溫管道生產(chǎn)以及施工均由天津軍星管業(yè)完成。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的測(cè)試與調(diào)查，最終以管網(wǎng)的散熱量、熱用戶(hù)滿(mǎn)意情況以及熱力站的運(yùn)行情況三方面對(duì)其保溫效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1） 從管網(wǎng)的保溫結(jié)構(gòu)看，管網(wǎng)內(nèi)襯管采用7.1mm厚的PP-R塑料管的導(dǎo)熱系數(shù)較小，僅為鋼管導(dǎo)熱系數(shù)的1/20.所以與傳統(tǒng)的鋼管相比，相當(dāng)于多加了7.1mm厚的保溫材料。筆者專(zhuān)門(mén)對(duì)DN50的PP-R管與DN50的鋼管在相同熱媒溫度50℃未經(jīng)保溫的情況下進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并對(duì)比分析了其散熱情況。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4.如表所示，單就保溫結(jié)構(gòu)來(lái)看，采用PP-R管要比采用鋼管節(jié)約能源30%—40%。

（2） 從管網(wǎng)的散熱損失看，實(shí)測(cè)的管道熱損失值為19.8，僅為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的17.1%，說(shuō)明整個(gè)管網(wǎng)的保溫效果非常好。

（3） 從熱用戶(hù)反映情況看熱水輸送質(zhì)量較高，水溫能保證在49℃左右，而且水質(zhì)清澈沒(méi)有鐵銹等混雜物，說(shuō)明PP-R保溫管不僅保溫效果好，而且具有良好的衛(wèi)生性。

（4） 從熱力站的供回水溫度看，供水溫度為51℃，回水溫度則達(dá)到了47℃，更直觀的體現(xiàn)了采用新型保溫管道后的節(jié)能效果。

表4  DN50塑料管與鋼管散熱損失對(duì)比表

管材	截面1平均熱流密度值（W/m2）	截面2平均熱流密度值（W/m2）	截面3平均熱流密度值 （W/m2）	截面4平均熱流密度值（W/m2）	截面5平均熱流密度值（W/m2）	截面6平均熱流密度值（W/m2）
PP-R	942.1	988.6	977	1000.1	977	953.7
鋼管	1418.9	1523.5	1488.6	1442.1	1430.5	1488.7
與鋼管散熱量比值	66.4%	64.89%	65.63%	69.35%	68.29%	64.1%

（5）測(cè)試方案應(yīng)該說(shuō)是此次測(cè)試的最大難點(diǎn)。關(guān)于直埋管網(wǎng)的熱損失檢測(cè)目前常采用的有熱流計(jì)法和溫差法，兩種方法理論上都需要對(duì)直埋管網(wǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖進(jìn)行測(cè)量截面選取。但運(yùn)行中的直埋管網(wǎng)是不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的，因?yàn)楣芫W(wǎng)在施工的時(shí)候埋設(shè)深度以及覆土厚度都是經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確的計(jì)算以滿(mǎn)足管道的熱伸長(zhǎng)。如果開(kāi)挖，會(huì)導(dǎo)致局部管道軸向應(yīng)力不均勻，可能會(huì)有爆管的危險(xiǎn)。而且冬天進(jìn)行土方作業(yè)，施工量大且經(jīng)濟(jì)性差�，F(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖行不通，管道的測(cè)量截面只能選在檢查井內(nèi)，但是在檢查井內(nèi)檢測(cè)只能算是管溝的熱損失檢測(cè)。后來(lái)經(jīng)過(guò)檢查井內(nèi)的仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，管道與井壁處有20-30mm，這剛好可以將測(cè)試探頭伸入，最后我們選定套管最末端管道處作為此次測(cè)試的測(cè)量截面，將該處的熱流密度值作為此處直埋管段的散熱量。

（6）直埋管道熱損失測(cè)試時(shí)，需要對(duì)測(cè)試探頭及接線處做好防水處理，必須保證熱接觸面間不得滲入地下水。測(cè)試時(shí)要等顯示儀表數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，保證半分鐘內(nèi)無(wú)變化時(shí)方可記錄。

4 結(jié)束語(yǔ)

   PP-R管的節(jié)能型、環(huán)保性、衛(wèi)生性滿(mǎn)足了當(dāng)今城市熱水供熱管網(wǎng)發(fā)展的要求，是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合性能良好的新型塑料管，具有較好的市場(chǎng)前景。通過(guò)對(duì)PP-R直埋保溫管的現(xiàn)場(chǎng)熱損失檢測(cè)，一方面從工程實(shí)際的角度印證了管道良好的保溫性、衛(wèi)生性，另一方面在檢測(cè)過(guò)程中認(rèn)真的總結(jié)了關(guān)于直埋熱水管網(wǎng)實(shí)施保溫效果測(cè)定的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)從熱用戶(hù)的使用情況、管網(wǎng)的散熱量、熱源運(yùn)行三個(gè)方面提出了一套針對(duì)小區(qū)管網(wǎng)的評(píng)價(jià)體系，為今后我國(guó)制定關(guān)于熱水直埋管網(wǎng)的保溫效果檢測(cè)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供建議和依據(jù)。

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