塑料管道在集中供暖二級管網工程的選擇

楊振興 吳曉芬 李金祥

天津軍星管業集團有限公司 天津 301701

隨著我國經濟實力的提高和人們對舒適環境的追求，采暖區域逐年向南擴大，南方建設供暖系統工程早已達成共識。近日，作為南方非傳統供暖區的成都，成都燃氣集團率先推出“暖居工程”，開始試行集中供暖。

同金屬管相比，塑料管道用于集中供暖系統具有質量輕、使用壽命長、表面光滑水阻小、耐腐蝕、保溫節能、輸送效率高、管內不易結垢、衛生環保、施工方便且施工及維護成本低等優點，在各類建筑中尤其在供暖工程中得到越來越廣泛的應用。

1 管材的分類

在供暖工程中，傳統的塑料管材有無規共聚聚丙烯(PP-R)管、交聯聚乙烯（PE-X）管、耐熱聚乙烯（PE-RT）管、聚丁烯（PB）管、鋁塑復合管。近些年，新型塑料管道不斷涌現，結晶改善無規共聚聚丙烯（PP-RCT）管、無規共聚聚丁烯（PB-R）管、阻氧管、鋼塑復合（PSP）壓力管還有保溫塑料管越來越多的應用于集中供暖工程中。

1.1 結晶改善的無規共聚聚丙烯（PP-RCT）管

PP-RCT也稱β晶型無規共聚聚丙烯（βPP-R），它是一種帶有β結晶結構的聚丙烯無規共聚物，是PP-R的升級材料，也稱為第四代聚丙烯材料。PP-R常態下為α球晶，晶粒較為粗大且晶粒間呈現明顯的界面，當材料發生形變時，有外力引發的裂紋會沿著界面擴展，材料產生脆性斷裂，因此PP-R管在低溫環境易發生外力開裂。而PP-RCT多為β六方晶型，晶粒細密均勻，球晶彼此互相交叉界面層不再明顯，細小的球晶克服了粗大球晶見應力集中易破裂的缺陷，當受到外力沖擊時，容易使應力得到分散，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，可直接煨彎而無需依靠額外增加彎頭來改變管道鋪設的方向，但需要注意的是煨彎后，管材最小壁厚應不小于公稱壁厚。PP-RCT管道產品已列入國家標準GB/T18742-2017《冷熱水用聚丙烯管道系統》中，將成為下一代聚丙烯管材的熱點。

1.2 無規共聚聚丁烯（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）無規共聚而成的共聚物。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，同規格管材質量更輕；其彈性模量也遠低于其他地暖管，是目前常用塑料管中最柔軟、最易彎曲的管材。PB-R陳化時間更短，較PB-H的7天縮短至2天，這極大的提升了產品的出廠效率。PB-R管道產品已列入新修訂的國家標準GB/T19473-2020《冷熱水用聚丁烯（PB）管道系統》中，標準修訂工作歷時兩年多，并于2021年6月1日起正式實施。

1.3 鋼塑復合（PSP）壓力管

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

近些年，一種適用于鋼塑復合管的新型的管道連接方式被越來越多的行業內的設計、施工和工程驗收人員以及用戶稱贊和認可，那就是電磁感應雙熱熔連接。將電磁感應加熱原理運用在鋼塑復合管道連接技術上，即管材中間鋼管層作為磁性材料在磁場中被加熱，通過熱傳導使管材與管件發生熔融、互熔，達到管材與管件相連接的目的。較傳統機械式連接和雙熱熔過渡承插連接，電磁感應雙熱熔連接施工難度低、工作效率高、不易受外界環境溫度和施工人員技能的影響，可有效保證接口熔接質量[2]。與之配套的輕工行業標準《鋼塑復合壓力管用電磁感應雙熱熔焊接管件》已進入報批階段，不久之后將發布、實施。

1.4 阻氧管

常見的單層塑料管都具有較強的滲氧性，隨著溫度的升高，管材滲氧的特點會越發突出。一方面當熱水溫度為40℃，管材滲氧量大于0.1mg/（m3·d）時，將使得供暖管道系統中的金屬配件，例如：閥門、散熱器、水泵、儀表等產生腐蝕，嚴重縮短管道系統的使用壽命、影響熱用戶供熱體驗和熱量計量準確度。另一方面，氧氣也給微生物和細菌提供生長繁殖的條件，使塑料管道內部宜滋生大量細菌、藻類等，進而形成生物黏泥，造成管內流體輸送能力大幅降低。因此，供暖系統使用阻氧管非常有必要。具有阻氧性能的管道分為兩類：一類是通過金屬層包覆的塑料管，例如：鋁塑復合管、塑鋁穩態管、鋼塑復合管等。另一類是通過塑料管與高分子阻氧材料乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）復合而成的阻氧管。例如：阻氧PE-X管、阻氧PE-RT管、阻氧PB管等。

1.5 預制直埋保溫復合塑料管

該管道是由外護管、支架、保溫層、工作管組成的三層復合一體式結構的預制供熱保溫管道。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；保溫層采用硬質聚氨酯泡沫塑料；外護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體，工作管導熱系數為（0.2～0.5）w/（m·k）；保溫層為（0.018～0.124）w/（m·k）；外護管為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距離熱水輸送。現行保溫管的行業標準為CJ/T480—2015《高密度聚乙烯外護管聚氨酯發泡預制直埋保溫復合塑料管》，國家標準也已進入報批階段，不久將會發布實施。

2 管材的選用

國家標準CJJ34-2010《城鎮供熱管網設計規范》規定：“以熱電廠或大型區域鍋爐房為熱源時，設計供水溫度可取110℃～150℃，回水溫度不應高于70℃”。因此，基于50年使用壽命的塑料管來講，一級管網的運行溫度已超過塑料管道的承受能力，塑料管道不適用于一級管網管道。

2.1 建筑物外二級管網

基于市容市貌和節約投資節省占地兩方面，CJJ34—2010中還規定：“居住區內的供暖管道宜采用地下敷設；供熱管道地下敷設優先采用直埋敷設”[3]。集中供暖二級管網的設計供水溫度和系統工作壓力不會太高，最高工作溫度不大于85℃條件下，采用預制直埋保溫復合塑料管用于二級供熱管網的直埋管道是非常好的選擇。天津市集中供熱地方標準也有相應規定：“二級供熱管網管道可采用預制直埋保溫復合塑料管”[4]。由建設部起草的工程技術規程也已進入送審階段。

2.2 建筑物內供暖系統管材

同鋼管相比，塑料管道剛性和耐蠕變性能較差，長期使用管道易出現“蛇形變形”。但鋼管易腐蝕，使用壽命遠不及塑料管道。鋼塑復合壓力管具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、剛性好不變形、保溫節能、阻氧隔光等優點，而且鋼塑復合壓力管的線性膨脹系數很小，接近鋼管，是塑料管的1/10，使用壽命至少50年，期間也無需維護和保養。因此，非常適用于建筑物內供暖系統供、回水水平干管和共用供、回水立管管網。電磁感應連接所需設備僅有全自動電磁感應熔接機、熔接卡具和數據線纜，請見圖1、圖2、圖3，狹小的空間內也能夠輕松安裝施工。

圖1 全自動電磁感應熔接機

圖2 數據線纜

圖3 熔接卡具

2.3 戶內供暖系統

戶內供暖系統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。國標規定：“散熱器集中供暖系統宜按75℃/50℃連續供暖進行設計”；“熱水地面輻射供暖系統供水溫度宜采用35℃～45℃，不應大于60℃”[5]。

2.3.1 散熱器供暖管材

為了確保“戶內供暖系統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，鋁塑復合管耐溫耐壓性更好，還可徹底隔絕氧氣，其中對接焊鋁塑管更優，當系統長期工作溫度為95℃時，允許工作壓力高達1.25MPa。而且，對接焊鋁塑管兼具剛性和柔韌性，配合彈簧可直接手動彎管且不回彈。卡壓式管道連接方式簡便可靠，施工效率極高。因此，特別適合散熱器供暖系統。

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，供暖期間管內會輸送帶有一定壓力的35℃～60℃的熱水。因此，地板采暖管應具備長期耐溫耐壓性能、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分集水器主體可選擇PP-R、PPRCT、PB、PE-RT和對接焊鋁塑復合管。但如若有“暗埋部分不得有接頭”的規定，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和對接焊鋁塑復合管；從施工安裝便捷出發更宜采用對接焊鋁塑復合管。需要注意的是，入戶之前的供暖管道應進行保溫。

3 結語

塑料管道品種眾多，每種管道都有其各自的特點和適用范圍。選擇合適的供暖管道應根據系統的工作溫度、工作壓力、施工技術條件以及安全、環保等要求，再綜合考慮經濟費用，經對比后確定。

隨著工業科學技術的發展，新材料更迭不斷，新技術日趨完善，集中供暖二級管網采用塑料管道發展前景將越來越廣闊。