PE-RT II型耐熱塑料保溫管技術(shù)特性及應(yīng)用

1 、  耐熱塑料管研究進展

目前，傳統(tǒng)保溫管（預(yù)制直埋形式）的工作管普遍采用鋼管，在運行一段時間后，易產(chǎn)生銹蝕，且較高的溫度使得腐蝕加速。早期的腐蝕易造成管道堵塞，導(dǎo)致輸送能耗增加、供熱效果降低，隨著銹蝕的發(fā)展，逐步發(fā)展成泄漏，將威脅熱網(wǎng)的穩(wěn)定運行與安全。

20世紀(jì)80年代，隨著集中供熱需求的不斷加大，歐洲開始尋求更經(jīng)濟的管材替代鋼管作為保溫管的工作管，用于居住小區(qū)二級熱網(wǎng)。預(yù)制了保溫層、外護管的耐熱塑料保溫管逐步得到應(yīng)用，并在歐洲大部分地區(qū)的居住小區(qū)得以推廣。1987年，奧地利某市使用了3 km公稱外徑為20~125 mm的耐熱塑料保溫管用于集中供熱工程，至今該管網(wǎng)運行狀況仍然良好。在歐洲，耐熱塑料保溫管經(jīng)過逾30 a的研發(fā)與實際應(yīng)用，已經(jīng)形成了完備的產(chǎn)品和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系。

耐熱塑料的應(yīng)用，使塑料管的應(yīng)用由傳統(tǒng)領(lǐng)域向熱水輸送領(lǐng)域發(fā)展。目前，在熱水輸送領(lǐng)域（如建筑內(nèi)散熱器供暖管道、地板輻射供暖盤管、太陽能熱水管道等）已成功并廣泛應(yīng)用的有聚丙烯（PP）管、交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管、聚丁烯（PB）管、耐熱聚乙烯（PE-RT）管等。

PE-RTII型材料是在PE-RT材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是專門應(yīng)用于較高溫度(85℃及以下)流體輸送的一種新型材料，較好地解決了其他耐熱塑料管的局限(如PP-R管的低溫脆性及長期耐高溫性能差的問題，PB管價格昂貴及耐開裂性能較差的問題，PE-X管的連接及口徑限制等問題),使其能夠應(yīng)用于居住小區(qū)二級熱網(wǎng)的熱水輸送。PE-RTII型耐熱塑料管的部分性能指標(biāo)見表1表1可知，PE-RTIII型耐熱塑料管的性能指標(biāo)接近甚至優(yōu)于目前應(yīng)用的耐熱塑料管。

隨著GB/T 28799—2012《冷熱水用耐熱聚乙烯（PE-RT）管道系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實施，山東、山西、吉林、寧夏等地的地方施工規(guī)范也已陸續(xù)出臺。由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主導(dǎo)，供熱單位、測試中心、管道生產(chǎn)企業(yè)參加的“集中供熱預(yù)制直埋保溫?zé)崴芰瞎苌a(chǎn)與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”列入了“住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2013年科學(xué)技術(shù)項目計劃”，目前該項目已獲得顯著成果，編制并發(fā)布了《集中供熱預(yù)制直埋保溫塑料管道設(shè)計與施工技術(shù)指導(dǎo)書》。

表1  PE-RT II型耐熱塑料管的部分性能指標(biāo)

2   技術(shù)特性

2.1  PE-RTII型耐熱塑料保溫管結(jié)構(gòu)

PE-RTⅡ型耐熱塑料保溫管的結(jié)構(gòu)與工作管采用鋼管的傳統(tǒng)保溫管相同，均為工作管、保溫層（聚氨酯）、外護管（PE管）三位一體的保溫結(jié)構(gòu)，不同之處僅在于工作管為PE-RTⅡ型耐熱塑料管。由于PE-RTⅡ型耐熱塑料的熱導(dǎo)率不足鋼管的1%，因此PE-RTⅡ型耐熱塑料保溫管的保溫性能優(yōu)于傳統(tǒng)保溫管。

2.2  其他技術(shù)特性

① 使用壽命

PE-RTⅡ型耐熱塑料管具有耐腐蝕、使用壽命長的特點。管子在110 ℃、2.2 MPa的靜液壓狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性時間達到15 600 h。根據(jù)GB/T 18252—2008《塑料管道系統(tǒng)用外推法確定熱塑性塑料材料以管材形式的長期靜液壓強度》，對于聚烯烴（結(jié)晶或部分結(jié)晶聚合物），當(dāng)外推因子取30時，可外推出PE-RTⅡ型耐熱塑料管在85 ℃及以下的使用壽命超過50 a。

② 供熱工程適用性

目前,我國居住小區(qū)(多層建筑、高層建筑的中低區(qū))供熱管網(wǎng)的運行壓力基本為0.8MPa，運行溫度基本在85℃以下,實際運行壓力通常低于06MPa，實際運行溫度為50~60℃根據(jù)DB37/T5021-2004《I型耐熱聚乙烯(PE-RTII)低溫直埋供熱管道設(shè)計與施工規(guī)范》，PE-RTII型耐熱塑料管及管件的管系列S、SDR(標(biāo)準(zhǔn)尺寸比，為管子外直徑與壁厚之比)級別的選取見表2.由表2可知,對于居住小區(qū)二級熱網(wǎng)的實際運行參數(shù),可選取S5.0、SDR11系列的PE-RTII型耐熱塑料管及管件。 

表2  PE-RT Ⅱ型耐熱塑料管及管件的管系列S、SDR級別的選取

管系列S代表管子、管件的許用應(yīng)力與管道設(shè)計壓力的比值。3種適用條件下的管子、管件的許用應(yīng)力見表3。

表3  3種適用條件下的管子、管件的許用應(yīng)力

③ 輸送能力

PE-RT II型耐熱塑料管與其他塑料管一樣內(nèi)表面光滑，與鋼管相比，表面粗糙度大幅下降。與鋼管相比，在相同供熱參數(shù)條件下，可以選擇管徑較小的PE-RT II型耐熱塑料管道即可滿足輸送要求，或者在相同管徑的情況下，降低運行壓力。

④ 連接方式

PE-RTⅡ型耐熱塑料管與PE管一樣，可以采用熱熔、電熔方式進行連接，連接過程簡單、易掌握，對操作人員的要求低，連接強度等于或高于材料本體強度，熱熔、電熔連接方式分別見圖1、2。當(dāng)PE-RTⅡ型耐熱塑料管與鋼管、閥門連接時，可以采用法蘭連接方式。

圖1  PE-RTⅡ型耐熱塑料管的熱熔焊接

圖2  PE-RTⅡ型耐熱塑料管的電熔連接

⑤ 敷設(shè)方式與修復(fù)

PE-RTⅡ型耐熱塑料保溫管宜采用無補償直埋敷設(shè)，也可采用管溝或其他敷設(shè)方式。PE-RT II型耐熱塑料管為柔性材料，具有較好的彈性形變能力，*可以利用自身形變吸收管道產(chǎn)生的熱脹冷縮，在實際應(yīng)用中并不會產(chǎn)生管道屈服問題。因此管道系統(tǒng)中一般不采取補償措施，只需在三通、變徑管以及與鋼管連接等應(yīng)力比較集中的部位進行錨固處理即可。

PE-RTⅡ型耐熱塑料管為柔性材料，且具有記憶效應(yīng)，當(dāng)PE-RTⅡ型耐熱塑料管受到外力破壞后，可無需關(guān)閉閥門，直接使用專用的壓扁裝置對管材進行壓扁斷水后快速修復(fù)。修復(fù)完成后，去除壓扁裝置后通水，被壓扁管道可自行基本恢復(fù)原狀，且壓扁區(qū)域的管道承壓能力仍能滿足要求。PE-RTⅡ型耐熱塑料管的壓扁操作見圖3。

圖3  PE-RTⅡ型耐熱塑料管的壓扁操作

3   試點工程

自2012年起，在山東、內(nèi)蒙古、吉林、遼寧、山西、河南、河北等地實施了PE-RTⅡ型耐熱塑料保溫管在居住小區(qū)二級熱網(wǎng)的試點工程。截至2015年，全國已經(jīng)實施了近百項試點工程。最早的試點工程已經(jīng)平穩(wěn)運行了3個供暖期，情況良好。

① 試點工程1

該項目位于黃驊市，由于該地區(qū)的土壤鹽堿問題突出鋼管腐蝕情況嚴(yán)重。2013年，供熱單位決定試用PE-RTII型耐熱塑料保溫管解決腐蝕問題，對某居住小區(qū)二級熱網(wǎng)的管進行更換。試點工程的PE-RTII型耐熱塑料保溫管公稱外徑主要為200mm，敷設(shè)長度約3km運行壓力為06MPa運行溫度范圍為50~60℃，采用直埋敷設(shè)。運行期間，未出現(xiàn)管道破壞與地面拱起情況，用戶室內(nèi)溫度達標(biāo)。

2014年開始，供熱公司逐步擴大PE-RTII型耐熱塑料保溫管的應(yīng)用范圍，公稱外徑為110~315mm，總用量近

20km，供熱對象也從居住小區(qū)增至工業(yè)四區(qū)、商業(yè)區(qū)。

② 試點工程2

2012年，在青島市都昌路小區(qū)實施了兩個測試段，測試在供熱條件下PE-RTⅡ型耐熱保溫管的長期耐溫、耐壓性能是否滿足供熱要求以及管道連接方式的可靠性。測試段運行壓力為0.6 MPa，運行溫度范圍為50~60 ℃，對運行1個供暖期的某管段取樣進行各項性能測試。測試表明管材性能仍達到新管材標(biāo)準(zhǔn)。目前，該試驗段已安全運行3個供暖期，情況良好，2015年該地區(qū)將逐步擴大應(yīng)用范圍