新型蒸汽預制架空保溫管的結構特點及其應用

王瑞琪

（太原市熱力集團有限責任公司，陜西 太原 030000）

在生活采暖、工業生產等領域中，需要使用大量的熱能，熱力管道是熱力輸送的基礎載體，在熱力輸送中扮演著極其重要的角色。以集中供熱系統為例，經測試發現即使供熱管道系統具有良好的溫度保護措施，但熱量損耗可達到總輸入熱量的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。熱能的損失不僅導致了資源的巨大浪費，還對我國的環境造成了一定的污染，強化熱力管道運輸水平，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，已逐漸我國供熱界的共識。

1 新型蒸汽預制架空保溫管的結構特點分析

1.1 保溫管道整體結構介紹

保溫管道主要通過工作管道、保溫層、保護套管三部分組成，工作管道可以根據不同的運輸介質，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反應合成具有較好的耐熱性和保溫性能；保護套管一般選用不銹鋼板或鍍鋅鋼板、鍍鋁鋅鋼板[1]。

傳統的架空保溫管項目施工中存在大量低效低能的問題，在新型預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十倍，僅需要原安裝周期5%。

1.2 管道保溫結構的分層設計

充分結合實際工作需要，考慮到保溫管的穩定性和抗壓性以及運輸過程中不同溫度區間最適配的保溫結構材料不同，新型蒸汽預制架空保溫管采取了分層設計的方式。管體由內向外針對工作過程中所需要的不同溫度范圍選取合適的保溫材料，大體分為三個主要的層面，結構如圖1所示。

如圖1所示，綜合考慮，新型預制架空保溫管的最內層保溫層一般以耐溫性強、導熱系數低、且有一定結構強度的玻璃巖棉（最高使用溫度＜400℃）或氣凝膠（最高使用溫度＜650℃）為主要材料，根據實際工作要求軟保溫層的厚度從10mm～100mm不等。

圖1 新型蒸汽預制保溫架空管的保溫結構

在內層保溫層外的一層是外保溫層，構成了保溫管的主體，此時的工作環境相對溫度會低一些，所以選材以保溫性能為第一指標，常選用硬質聚氨酯泡沫塑料（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聚氨酯泡沫材料。在傳統的架空保溫管中，硬質保溫塊會因熱脹冷縮導致塊之間縫隙不斷加大，影響保溫效果，在生產過程中聚氨酯的流動性，會填充、粘接、包裹內層保溫層，聚氨酯材料不僅有優秀的保溫作用，同時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 架空管道支架的設計

架空保溫管的支架一般分為固定支架和滑動支架二個大類。傳統的保溫管在支架焊接時采用的是直接焊接的方式，先固定支架后再進行保溫敷設工作，還有一種是預埋焊接方式，在先焊接預埋支架后再進行保溫，在與支架主體連接。這兩種操作方式都會增加整體的散熱。在新型蒸汽預制架空保溫管支架的設計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 新型蒸汽預制架空保溫管與傳統模式對比

綜合上述內容，對比總結如表1所示。

表1 新型蒸汽預制架空保溫管與傳統蒸汽架空管的對比

支架結構 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 整體運輸，機械設備輔助架設，效率高。材料分批運輸，手工保溫施工，效率低。運行結果 溫降小。 溫降較大。

2 新型蒸汽預制架空保溫管外護管材料的選擇

當前熱力架空管道外護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，其規格尺寸與普通薄鋼板相同。在引進工程中常用鍍鋅鋼板卷材，對外護管的制作甚為方便。由于表面鋅層起防腐作用，故一般不刷油防腐。要求所有品級鍍鋅鋼板表面光滑潔凈，表層有熱鍍鋅層特有的結晶花紋，鍍鋅層厚度不小于275g/m2。可用做架空管的外護管。

（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。鍍鋁鋅鋼板的生產工藝與鍍鋅鋼板的工藝相似，是連續熔融鍍層工藝。鍍鋁鋅板正常使用壽命可達25年，耐熱性很好，可用于315℃的高溫環境；鍍層與漆膜的附著力好，具有良好的加工性能，可以進行沖壓、剪切、焊接等；表面導電性很好。常用的厚度為0.5mm～1.5mm，其規格尺寸與普通鍍鋅鋼板相同。可用做架空管的外護管。

（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度。可用做架空管的外護管。

（4）塑料復合鋼板。塑料復合鋼板是在Q215、Q235鋼板表面上噴涂一層厚度為0.2mm～0.4mm的軟質或半軟質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。剝離強度及深沖性能塑料膜與鋼板間的剝離強度>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定劑、增塑劑、填料、著色劑及潤滑劑等壓制（或壓鑄）而成，物理機械性能良好，易于二次加工成型等特點。可用做架空管的外護管。

（2）玻璃鋼（玻璃纖維增強塑料）。玻璃鋼是以玻璃纖維制品（如玻璃布）為增強材料，以樹脂為粘結劑，經過一定的成型工藝制作而成的一種輕質高強度的復合材料。它具有較好的耐腐蝕性、耐火性和成型工藝簡單等優點，可用做架空管的外護管。新型蒸汽預制架空保溫管的外護管是在車間內預制生產好的，一般是采用鍍鋅薄鋼板、鍍鋁鋅鋼板和不銹鋼板材料，使用風管機卷制，這樣卷制出來的外護管性能優良、經久耐用可靠、加工方便、外觀漂亮、可定制顏色外觀等優點[3]。

3 新型蒸汽預制架空保溫管保溫層厚度的計算

對于這種新型蒸汽預制架空保溫管保溫層的設計要分為二個階段進行。第一個階段先確定蒸汽的流量、系統所能承受的系統壓力，來確定整個管道的管徑。第二個階段根據出口溫度、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，提高保溫結構經濟性、降低總體工程造價的角度出發確定最佳的保溫層厚度。

3.1 蒸汽預制架空保溫管保溫層的計算

公式內：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熱系數（千卡/m·h·℃）；λ2-----第二層保溫層材料的導熱系數（千卡/m·h·℃）；K-----架空管外表面與空氣間的換熱系數（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-----管道長度（米）；C-----蒸汽熱水的比熱容（千卡/kg·℃）；W-----管道內蒸汽熱水的流量（kg/h）；Q-----架空保溫管單位長度散熱量（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值依次整數代入。

3.2 蒸汽預制架空保溫管整體保溫層的總體造價的計算

根據第一、二層保溫層的厚度、計算得整體保溫層的總體造價。

公式內：Y-----整體保溫層的總體造價（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（元/m3）；N-----第二層保溫層的單價（元/m3）。

3.3 計算結果分析

根據整體保溫層的總體造價分析出最為經濟的保溫管厚度組合[4]。

4 結語

為滿足我國高速發展帶來的生產生活需要，集中供熱工作的改進刻不容緩，傳統的架空保溫管綜合保溫性能低，能源損耗嚴重，施工成本高等等缺點迫使我們尋找更高效環保的設計模式，本文就新型蒸汽預制架空保溫管的結構特點展開了詳細分析，綜合對比了其相較于傳統架空保溫管的優勢，充分說明了新型蒸汽預制架空保溫管的應用對節能環保、促進經濟發展的重要意義。