架空保溫管制造工藝與節能支架性能比較

邱曉霞, 王 帥, 胡春峰

(唐山興邦管道工程設備有限公司, 河北 唐山 064100)

1 概述

據住房和城鄉建設部統計,截至2021年末,全國城市集中供熱面積106.03×108m2,同比增長7.30%。全國城市蒸汽集中供熱能力11.88×104t/h,同比增長14.80%。熱水集中供熱能力59.32×104MW,同比增長4.78%。

根據輸送介質不同,預制架空保溫管主要分為預制架空熱水保溫管、預制架空蒸汽保溫管。不同于現場制作架空保溫管的現場保溫、防腐作業,預制架空保溫管將現場保溫、防腐作業改為工廠預制,確保了架空保溫管的保溫效果和質量,最大限度提高了架空保溫管的整體保溫性能。

本文對架空保溫管制造工藝進行對比,介紹節能滑動支架、節能固定支架結構,分析比較支架散熱損失。

2 架空保溫管制造工藝

2.1 現場制作架空保溫管

現場制作架空保溫管結構見圖1。現場制作架空保溫管結構適用于熱水管、蒸汽管,區別在于蒸汽管的保溫層數量更多。先固定鋼管,然后人工纏繞保溫材料(多以硅酸鋁氈、玻璃棉為主),每層保溫材料(圖1僅給出1層保溫材料)外表面用鋁箔反射層包裹緊實,最后制作保護層。保護層一般選用鋁板、不銹鋼板、鍍鋅鋼板、彩鋼板等薄板進行現場人工包裹鉚接固定。

1—工作管; 2—保溫層; 3—鋁箔反射層; 4—保護層。圖1 現場制作架空保溫管結構

2.2 預制架空熱水保溫管

預制架空熱水保溫管結構見圖2。預制架空熱水保溫管適用于輸送熱水,溫度小于等于150 ℃,工作壓力小于等于2.5 MPa。保護層多選用由鋁板、不銹鋼板、鍍鋅鋼板、彩鋼板等薄板軋制成型的螺旋風管,與工作管完成穿套,在管端用法蘭封堵嚴密后,在工作管與保護層空隙噴射聚氨酯泡沫,形成保溫層。

1—工作管; 2—保溫層; 3—保護層。圖2 預制架空熱水保溫管結構

2.3 預制架空蒸汽保溫管

預制架空蒸汽保溫管結構見圖3。預制架空蒸汽保溫管適用于輸送蒸汽,溫度小于等于350 ℃,工作壓力小于等于2.5 MPa。先將工作管外表面進行防腐處理,然后纏繞保護墊層(一般選用硅酸鋁氈、納米氣凝膠氈),隨后采用不銹鋼緊固帶將硬質無機保溫材料(一般選用微孔硅酸鈣)在保護墊層外拼接緊固牢靠,然后穿套保護層(螺旋風管)。最后穿套外護管,在管端用法蘭封堵嚴密后,在外護管與保護層空隙噴射聚氨酯泡沫,形成保溫層。

1—工作管; 2—防腐層; 3—保護墊層; 4—硬質無機保溫材料;5—不銹鋼緊固帶; 6—保護層(螺旋風管); 7—聚氨酯保溫層;8—外護管(螺旋風管)。圖3 預制架空蒸汽保溫管結構

2.4 制造工藝對比

在保溫結構方面,現場制作架空保溫管的保溫層主要采用的玻璃棉熱導率范圍為0.043～0.062 W/(m·K),易變形、沉降,長期使用保溫效果易大幅衰減。預制架空熱水保溫管采用聚氨酯泡沫進行保溫,熱導率小于等于0.033 W/(m·K),保溫層整體性能一致,熱導率小于玻璃棉。預制架空蒸汽保溫管采用多層保溫結構,整體保溫性能更好。

在保護層(外護管)方面,現場制作架空保溫管保護層質量難以把控,保護層密封防水效果差。預制架空保溫管保護層(外護管)采用螺旋風管,咬口機械壓制成型,螺旋風管質量嚴格執行相關標準,結構密封性能良好。

在支架方面,現場制作架空保溫管采用傳統支架,支架的管托與工作管直接焊接,熱橋造成的散熱損失大。預制架空保溫管采用節能支架,基本杜絕熱橋造成的散熱損失。

在制造效率、運輸、現場存放方面,現場制作架空保溫管制作時間長,手工作業規范性差、質量難以控制,易造成成品管熱損失偏大。工作管、保溫材料等原材料多次運輸,運輸成本高,現場存放占地面積大,材料性能易受日曬、降雨等天氣因素影響。預制架空保溫管制作模塊化程度高,制作時間短,成品管運輸簡單,可實現現場集中存放。

在使用壽命方面,現場制作架空保溫管使用壽命一般為10～15 a,預制架空保溫管使用壽命在25 a以上。

3 節能支架

3.1 滑動支架

傳統滑動支架的管托結構見圖4。傳統滑動支架的管托主要由支撐弧板、曲面槽組成。為了滿足支撐剛性要求,需要將曲面槽通過支撐弧板與工作管直接連接,由此散熱損失嚴重。

圖4 傳統滑動支架的管托結構

節能滑動支架的管托結構見圖5。節能滑動支架的管托由管夾、曲面槽組成,管夾通過螺栓與保護層緊密貼合,曲面槽與管夾焊接連接,消除了熱橋。

圖5 節能滑動支架的管托結構

3.2 節能固定支架

節能固定支架結構見圖6。由圖6可知,與常規預制架空保溫管相比,安裝節能固定支座的預制架空保溫管的工作管與外護管通過肋板焊接組成一體,剪力釘與外護管進行焊接。節能固定支架的肋板與工作管的接觸面積有限,剪力釘與外護管接觸面積也比較小,因此能夠降低散熱損失。

圖6 節能固定支架結構

3.3 散熱損失測試

將3種支架送往專業檢測機構進行檢測,工作管規格為DN 200 mm,支架長度約200 mm。根據GB/T 28638—2012《城鎮供熱管道保溫結構散熱損失測試與保溫效果評定方法》,通過改變導熱油溫度進行不同輸送介質溫度下被測支架的散熱損失測試。3種支架散熱損失測試結果見表1。由表1可知,與傳統滑動支架相比,節能滑動支架的散熱損失明顯下降。節能固定支架由于存在熱橋,仍存在一定程度的散熱損失。

表1 3種支架散熱損失測試結果

4 結論

① 與現場制作架空保溫管相比,預制架空保溫管在保溫結構、保護層(外護管)、支架、制造效率、運輸、現場存放、使用壽命等方面更優。

② 與傳統滑動支架相比,節能滑動支架的散熱損失明顯下降。節能固定支架由于存在熱橋,仍存在一定程度的散熱損失。