保温管用耐热聚乙烯（PE-RTⅡ）管道技术与应用

唐木正

(天津森普管材有限公司，天津 300270)

1 PE-RT 管介绍

PERT管，即耐热聚乙烯管，是Polyethylene of raised temperature resistance pipe 的英文缩写，是一种可以用于热水的非交联的聚乙烯管材，也有人着重突出其非交联的特性，称之为“耐高温非交联聚乙烯管材”。

它是一种采用特殊的分子设计和合成工艺生产的一种中密度聚乙烯，它采用乙烯和辛烯共聚的方法，通过控制侧链的数量和分子量分布得到独特分子结构，来提高PE管的耐热性能，PE管的耐热较高温度是60 ℃.由于辛烯短支链的存在使PE大分子不能结晶在一个片状晶体内，而是贯穿在几个晶体内，形成晶体之间的连结，它保留了PE管的良好的柔韧性，高热传导性和化学稳定性，同时耐压性提高，可长期用于60 ℃以下热水输送，同时，耐低温（-40 ℃），抗冲击性能好，无毒、无味、无污染、绿色环保，可回收，PERT管可热熔连结，安装维修方便。

PERTⅡ型管材 ，即Ⅱ型耐热聚乙烯管材，是高密度聚乙烯与己烯共聚而成的二型耐热聚乙烯（PERTⅡ）管材，无需交联即具有优良的长期静液压强度；耐压强度更高，耐温更高。具有可焊接性能，并可采用所有的熔接方法。PERTⅡ型管材不仅具有钢管不可媲美的耐腐蚀性，而且连接方便，接口密封性好，使用寿命长。PERTⅡ型管材在110 ℃下的静液压强度已超过1 600 h，根据标准《塑料管道系统用外推法确定热塑性塑料以管材形式的长期经液压强度》（GB/T18252—2008）中规定当30 ℃≤ΔT≤35 ℃，外推时间因子Ke为30，即可推出该管材在80℃下应用的外推时间已超过50年。

PERTⅡ型管材可长期使用80 ℃，在70 ℃工作环境下，长期（50年）设计压力高达1.0 MPa。110 ℃下，管道具有杰出的耐老化能力，任何温度下（直至110 ℃），8 760 h之前静液压强度曲线无拐点，管道无脆性破坏。

另外。PERT或PERT Ⅱ型管材，不结垢，不滋生细菌、不会污染水质；具有应力松弛性，膨胀力很小；导热系数低，保温性能好；柔性好，抗水锤能力好；内壁光滑，水力流量特性好；化学稳定高，耐腐蚀性好。

普通PERT管又称PERTI型管，其与PERTⅡ型管材最大区别在耐高温级别不一样，PERTI型管属低温管道，使用温度70 ℃以下。PERTⅡ型用于高温热水管道，使用温度70～95 ℃。 在低温管道系统中PERTI型管口径大多为dn20-dn110mm，在高温热水管道中，PERTⅡ型管材口径为dn20～dn500 mm。从理论上看，PERTI型管与PERTⅡ型所共聚的单体不一样，一个是采用中密度聚乙烯（mdpe）与辛烯共聚而成的PERTI型管；另一个是采用高密度聚乙烯（hdpe）与己烯或丁烯共聚而成的PERTⅡ型管。相比而言，PERTⅡ型管管材硬度大、强度高，在高温时（如70 ℃）的蠕变性小。

2 PE-RTⅡ管材生产技术

根据国家标准GB/T28799.2-2012《冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》规定：管系列分为S2.5、S3.2、S4、S5四个管系列，管材的使用条件级别分为级别1、级别2、级别4、级别5四个级别，具体见表1。

表1 管系列S的选择（PE-RTⅡ型）

由上表可以看出，PE-RTⅡ型管材最小壁厚SDR11（SDR值=2S+1），甚 至 于SDR9、SDR7.4、SDR6，即管材壁厚比普通HDPE管材厚的多，尤其是大口径管材，因此生产难度较大，现将PE-RⅡ型大口径管材生产常见技术难题与解决办法详述见表2。

表2 PE-RTII型大品径管材生产常见问题与解决办法

3 PE=RTⅡ型管材热熔承插焊接工艺注意事项：

（1）热熔机温度在250～260 ℃，PE-RTⅡ型管材、管件在承插时在加热模具停留时间要短。

（2）操作速度要快，管材与管件再拔出时，应迅速将管材与管件进行承插，。正常操作流程是将加热模具调至255 ℃，同时准备好要热熔的管材、管件，待热熔机器温度达到设定温度后，左手拿管材，右手拿管件均衡相对用力进行承插，直至左右手同时感觉到管材管件承插到底后，再迅速将管材管件拔出加热模具，迅速将管材插入管件保持一定时间，至温度冷却后，方可松手。

（3）热熔承插流程如图1所示。

图1 热熔承插流程图

4 PE-RTⅡ型管材热熔对焊接工艺，分如下四个步骤

（1）固定需对接的部分，将需焊接的PE-RTⅡ型管材、部件固定在熔焊机的夹具上，固定好的管材、部件的中心线应在同一水平线上，管壁间重合，避免高低、左右错开。

（2）铣平PE-RTⅡ管材端面，铣平前应用干净的棉布将管端内外100 mm以内擦拭干净，再将铣刀固定好，推动铣刀铣平管端，铣完撤走铣刀时，要缓慢，确保管端平整，防止管端在加热前二次污染。

（3）热熔对接，加热板熔融对接前，检查对口情况，不要有错口或缝隙，将加热板预热到210～220 ℃，然后熔融PE-RT管材，熔融时间一般为壁厚×10 s。卷边高度达到管材厚度的10%。

（4）熔接面对接焊：等两个热熔面卷边达到要求后，迅速移走加热板，加压使两管端熔接成一体，保持恒定对接压力。

（5）固定机器装置后，对熔融结合处的外观进行检查，卷边高度、宽度符合要求，成型均匀、美观，高度2～4 mm，高度4～8 mm为宜。

热熔对接焊接流程如图2。

图2 热熔对接焊流程图

热熔参数曲线图如图3。

另外，PE-RTⅡ型管材一般不建议电熔连结，其弊端很多，只有意外维修或特殊施工环境、施工条件下，采用电熔连接。

5 PE-RTⅡ型保温管相关技术

（1）PE-RTⅡ型保温管保温聚氨酯等发泡时，由于管材易弯曲，不能像钢管保温发泡一样可以放置于托架上，应放置于全尺寸”V”或弧形托板上进行固定。

（2）PE-RTⅡ工作管与护套管之间发泡环形间隙，必须多加刚性支架，采取相应措施，防止支架在发泡时，因发泡剂的流动造成支架滑动或向某一方向偏移。另外。也要避免因工作管与护套管变形影响发泡质量，确保发泡厚度环向、轴向均匀。

（3）每根PE-RTⅡ型保温管在保温发泡时，必须根据管材规格尺寸、管材连结施工方式、施工设备情况，在PE-RTⅡ型管材两端，预留是适当施工距离，一般预留距离比钢管两端预留要大。

（4）每根PE-RTⅡ型保温管连结施工时，先使用相应焊机，采用相应焊接方式，焊接PE-RT工作管，将两根PE-RTⅡ型保温管的工作管连结完毕后，再进行接头处的保温。当保温长度0.6 m以内或要求不高时，可采用专用PE热收缩套做护套管。但当发泡距离较长时，应采取相应“套袖（比护套管外径略大，能穿在护套管外层，专门连头的护套管材）”管作为护套管，进行发泡保温。

（5）每根PE-RTⅡ型保温管的发泡层外面的护套管，必须确保拉伸强度、抗应力开裂、以及耐老化性能等质量控制，炭黑含量必须满足2.0%—2.5%。确保抗紫外线老化分解。

（6）为提高PE-RTⅡ型保温管的发泡质量，防止HDPE护套管与发泡层脱层，在确保护套管质量的基础上，还可对护套管进行“电晕”极化处理。这样就避免护套管与发泡层因应力松弛、热胀冷缩、等情况下的脱层，从而影响保温效果。当然，在国内对外层HDPE护套管进行“电晕”极化处理的要求还不多，相应的“电晕”极化技术和检测技术国内熟练掌握的厂家还很少，在此暂不赘述。

6 PE-RTⅡ型预制直埋保温管介绍及应用

PE-RT II型预制直埋保温管广泛应用于城镇集中供热二次管网管道系统；温泉保温管到系统；建筑给水热水系统；空调暖通空调系统。在国外一些发达国家已成为一项比较成熟的先进技术。近十几年，我国供热工程技术人员通过消化、吸收这项先进技术，正推动国内管网敷设技术向更高的层次发展。几年来的实践成果充分证明了PE-RTⅡ型聚氨酯保温直埋管，具有诸多优点，在国内供热工程上得以迅猛的发展。

PE-RT II型预制直埋保温管-高密度聚乙烯外护管聚氨酯发泡预制直埋保温复合塑料（简称PERT II保温复合管塑料管），由高密度聚乙烯外护管、聚氨酯泡沫塑料保温层和工作管紧密结合而成。

PE-RT国标制定时参考了ISO的《冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》等国际标准和奥地利国家标准的相关部分，并考虑了国内的生产实际情况和技术能力，因此具有一定的先进性。新标准的实施，对于行业的质量要求和健康发展有积极作用。

近年来，我国PE-RT管道在建筑内冷热水管道领域的应用发展很快，原材料也有了进一步的发展。2002年，行业标准《冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》发布，但是由于当时行业标准参照的是德国标准《耐热聚乙烯（PE-RT）管道——一般质量要求》和《耐热聚乙烯(PE-RT)管道——尺寸》，这两个标准都是基于I型PE-RT材料的性能指标编制的。随着材料的发展，II型PE-RT材料的性能指标已经远远高于第一代材料，国际标准ISO22391《冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》也已经完成修订更新，增加了II型PE-RT管道的要求。

PE-RT II工作管能长期输送95°以下热水且具有耐腐蚀、使用寿命长达50年、保温效果好，分子连接安全客户、施工方便等特点。自2011年起在我国北方的天津、山东、河南、吉林、河北、内蒙古等几十个城市小区热力管网改造工程、新建工程的试用，试点案例非常成功的，符合国家“十.三五”规划“新材料、新能源”现已广泛被推广 ，于2015年11月23日发布了CJ/T480-2015《PE-RT II预制直埋保温管》标准 。

PE-RT管道新国标的实施，是对中国PE-RT管道产品的一次重要的市场细分，PE-RTI、Ⅱ型的市场分类，将使国内市场的PE-RT管道产品更加规范，新标准在原来的管道市场划分出高端市场，为管道生产企业开创了新机遇。

6.1 PE-RTⅡ型预制直埋保温管

又称“PE-RT II保温复合塑料管”，是由高密度聚乙烯外保护层、聚氨酯硬质泡沫塑管和耐热聚乙烯（PE-RT II)管材组成。PE-RT II预制直埋保温管具有优良的性能被用于城镇集中供热二次管网管道系统，其外保护层、保温层、工作管三部分，外保护层材料为高密度聚乙烯；保温层采用硬质聚氨酯泡沫塑料；PE-RT II工作管采用II型耐热聚乙烯（PE-RT II)专用管道原料 耐低、高温达-40～110 ℃。

（1）外护管

PE-RT II型预制直埋管外层采用HDPE高密度聚乙烯管。

（2）保温层

采用硬质聚氨酯泡沫塑料。保温层材料为密度≥60 kg/m3的硬质聚氨酯泡沫，充分添满PE-RT II型管与套管之间的间隙，并具有一定的粘接强 度，使耐热聚乙烯（PE-RT II)管材、外套管及保温层三者之间形成一个牢固的整体。聚氨酯直埋保温管泡沫具有良好的机械性能和绝热性能，通常情况下可耐温120 ℃通过改性或与其它隔热材料组合可耐温180 ℃。

（3）工作管

PE-RT II型预制直埋保温管采用耐热聚乙烯（PE-RT II)管。工作管原材料本色即透明色，不加任何色母及填充料。

6.2 PE-RT管材性能特点

（1）卫生性能

生活热水输送用管材的卫生性能应符合GB/T17219的规定。

（2）保温复合塑料管

a.外观：保温复合管外观应清洁，可视面不应有影响其性能的构槽、裂纹、凹陷、杂质、颜色不均等缺陷。

b.管端垂直度：保温复合塑料管管端的外护管宜与聚氨酯泡沫塑料保温层齐平，

且应与工作管的轴线垂直，角度误差应小平2.5°。

c.挤压变形及划痕：保温层受挤压变形时，径向变形量不应大于设计保温层厚度的15%。外护管划痕深度不应大于外护管最小壁厚的10%，且应不大于1 mm。

d.管端预留段长度及偏差：工作管两端留出的无保温预留段长度应满足保温复合塑料管连接的要求，两端预留长度之差应不大于20 mm。

e.管端泡沫脱层：保温层应与工作管及外护管紧密粘接，管段泡沫脱层径向尺寸应不大于2 mm，沿轴向的深度不应超过70 mm，环向累计长度不应大于圆周长的1/3。

（3）外护管表面温度

在运行工况下外护管表面的温度应小于50 ℃。

（4）外径增大率

外护管外径增大率保温复合塑料管发泡前后，外护管任一位置同一截面的外径增大率应不大于2%。

（5）最大轴线偏心距

当外护管外径不大于160 mm时，轴线偏心距应不大于3.0 mm；当外护管外径大于160 mm时，轴线偏心距应不大于4.5 mm。

（6）轴向剪切强度

在23 ℃条件下，保温复合塑料管的轴向剪切强

度应不于0.09 MPa。（7）环刚度保温复合塑料在环刚度应不小于4 kN/m2。（8）抗冲击性

在-20 ℃条件下，用3.0 kg的落锤从2 m高处落下对外护管进行冲击，外护管不应有可见裂纹。

（9）柔韧性

适用于外护管公称外径不大于50 mm的PUPE、PUPB保温复合塑料管。当外护管最小弯曲半径不大于外护管公称外径的30倍时，保温层与外护管不应破裂，外护管的不圆度应不大于30%，与外护管连接部位的保温层裂纹宽度应不大于5 mm。

（10）蠕变性能

蠕变比率应不于5。

6.3 PE-RTⅠ型管和PE-RTII型管区别

PE-RT管和PE-RT II型管最大的区别在耐高温级别不一样，PE-RT管属低温管道使用温度在70 ℃以下，PE-RT II型管用于高温热水管道使用温度70～95 ℃；在低温管道系统中PE-RT管口径大多为dn20～110 mmm ，高温热水管道系统中PE-RT II型管 口径为dn16～500 mm；

从理论上讲PE-RT管和PE-RT II型管所共聚的单体不一样，PE-RT管采用中密度聚乙（mdpe）与辛烯聚合而成的PE-RT管，PE-RT II型管则采用高密度聚乙烯（hdpe）与己烯或丁烯来共聚而成的PERT II型管， PE-RT原料品牌代表有美国陶氏、SK公司，PE-RTII型管原料品牌道标有法国道达尔、巴塞尔、韩国LG（PE-RT原料)、法国道达尔（PE-RT型原料）

在物理性能上表现为PE-RTII型管材硬度大，就像市场上pe100级小口径20管和pe80级20管一样，拿2者做实验的话在弯曲度上PE-RTII型管能很直观的体现比PE-RT管硬度、强度大的多，PE-RT II型管和PP-R热水管在同等温度条件下 硬度相当，从安装及审美观的角度来说PE-RTII型管用于热水管道系统横平竖直和PP-R热水管一样，反之如吊装的PE-RT管道系统当温度达70 ℃时蠕变性非常大，外观显得弯弯曲曲很不美观甚至怀疑它耐热性，而PERT II型管很好的解决了这个问题。

在化学性能上PE-RTII型管比PE-RT管优越的多，在长期70 ℃静液压状态下，PE-RTII型管热稳定性表现的非常稳定，PE-RT管则出现拐点热稳定性能呈现“抛物线”状态急聚下降，说明PE-RT管的适用温度范围在70 ℃以下的低温管道系统，PE-RT II型管适用于70-95 ℃高温管道系统。

国内外PE-RTⅡ型管道已在广泛使用，在热水管道系统、空调进回水保温管道系统、热力管网系统等领域应用，随着国家战略“十三五”规划"新能源、新材料“的深入推进，作为新型材料的PE-RTII型预制直埋保温管在高寒地区的”华北“”东北“”西北“会广泛使用，自此建设部和城乡住建部2015年11月已颁布CJ/T480-2015《PE-RTII预制直埋保温管》标准. 在集中供热二次管网进行大面积推广使用，可以预见未来的几年PE-RTⅡ型预制直埋保温管前景一片大好。

7 PE-RTⅡ型预制直埋保温管施工技术及注意事项

由于PE-RT II型预制直埋保温供热技术在我国起步较晚，尚需不断完善。从工程实践中出现的质量问题来看，应在设计和施工中特别注意以下几个问题：

（1）在设计和施工中，一定要真正理解供热管道直埋敷设方式分为有补偿直埋敷设及无补偿直埋敷设两种方式。两种敷设埋设深度考虑不同因素。

一是当确定采用有补偿直埋敷设方式时，埋设深度只考虑由于地面荷载的作用不会破坏管道的稳定便可，从经济、施工方便等方面考虑。当采用有补偿直埋敷设方式时，尽量浅埋，一般覆土厚度大于0.6 m即可，且与管径大小无关。

二是当采用无补偿直埋敷设方式时，埋设深度要考虑管道的稳定要求，稳定性主要与覆土厚度有关，一般比有补偿埋得深，当采用不预热的无补偿直埋敷设管道时，最小覆土深度应按《城市热网设计规范》(CJJ34—90)第7．2．15条执行，覆土厚度应与管径大小成正比。

（2）施工前必须对生产预制聚氨酯保温直埋管的厂家进行调研，进场后认真进行检验，对不合格的保温管拒绝使用。

（3）在直埋管道施工中，焊接是一项保证工程质量的关键工作。

必须是取得合格证书的焊工，方可在合格证书准许的范围内施焊，没有合格证书的焊工绝对不能参加焊接施工。焊接管接头时，应做好工作坑，且应注意接头打坡口及接头焊接质量。

（4）固定支架，各种井室的施工质量直接影响工程质量和管道的使用寿命，如井室防水不好，将使部件因浸水遭到破坏。因此，应认真施工，确保施工质量。

（5）必须重视直埋管管道的打压，在满足打压条件下，首先进行灌水排净空气，然后分两步做：

a．强度试验：把管道内的压力升至工作压力的1．5倍后，在稳压10分内无渗漏。

b．严密性试验：把管内的压力降至工作压力时，用1 kg的小锤在焊缝周围对焊缝逐个进行敲打检查，在30 min无渗漏且压力降不超过0．2个大气压即为合格。

c．应按规范要求做好试压记录。

（6）现场接头保温施工。这一项内容是直埋管道施工特有的，施工质量好坏直接影响使用寿命，必须引起足够重视。保温管现场接头保温须在试压合格后方可进行，保温层有现场发泡施工和保温瓦施工两种方法，不管采用哪种方法施工，都不能出现环形空间，开裂、脱层等缺陷，保护层的做法有多种(如高密度聚乙烯和玻璃钢保护层)，但都必须保证接头的整体性，严密性，防水性。

（7）回填土应在管道试压，接头，竣工测量，清扫完毕后方可进行，且必须按直埋管施工特点回填规定厚度砂子，千万不可偷工减料。

综上所述，随着PE-RT Ⅱ原料的发展，以及大口径、厚壁PE-RTⅡ管材生产技术的不断提高，PERTⅡ保温管材的诸多优点更加突出，必将带来集中供热管道系统的“以塑代钢”的“革命”，国内多家石化单位也正如火如荼的研制成功生产出优质价廉的PERT Ⅱ原料，正逐步摆脱只能依靠进口PE-RT Ⅱ原料的困境，PE-RT Ⅱ保温管方兴未艾，前景大好。