绝热型管道支吊架在机场空调冷冻水系统的运用研究

施文宾，张海龙，袁黄峻

（中国建筑第八工程局有限公司，上海 200135）

1 前言

杭州国际机场三期新建航站楼及陆侧交通中心项目由能源中心提供制冷和供暖的冷热水介质至各功能区的热力交换站，再经各站区用户侧的冷热泵组向各区域的空气温度处理系统提供冷热水。由供水和回水两根管道形成循环回路。

2 管道支吊架的绝热

2.1 管道支吊架的功能

管道沿管廊敷设或悬挂于建筑结构内都要由支吊架支承重量。管内介质与建筑物有温度差异时，管道各支吊点相对生根点会有空间移动，因而支吊架还应满足并控制移动的功能，阻止支吊处不发生过载或失载，避免管道出现过大的应力和应力变幅以及变形。管道支吊架还要保障在地震大风等自然灾害时维持管道输送介质的能力，并抑制突然停泵，阀门急关等技术故障对管道的冲击振动。

2.2 管道支吊架的绝热

钢管内流过远低于环境温度的冷水时，容易在钢管外壁形成水汽凝结，水滴流动恶化环境，需要包裹保冷绝热材料防止凝露。钢管内流过高于50℃的热介质且管道又易被人体接触时会引起烫伤危害，同样需要隔热。保冷隔热的绝热层能大大减小钢管和环境间的热量或冷能的交换，降低冷热介质输送途中的损耗。一般要求这些绝热材料的导热系数低于0.05W/(m·k)，甚至低于0.03W/(m·k)。一些新的绝热材料比重很小，空隙率较高，一旦侵入水分，导热系数急剧变差，因此，绝热层外还要加防潮隔离层和保护层。这些材料的缺点是无承载强度，无法衬垫在管道和钢制支吊架之间传递管道荷载。

2.3 聚氨酯绝热材

新型的高密度发泡聚氨酯具有优良的绝热性能。

发泡聚氨酯中细小空泡不连通，外表湿润的水汽不会进入内部，不降低绝热性能。

导热系数低，≤0.05W/（m·k）。

高密度硬质发泡聚氨酯的抗压强度不低于4.5MPa。

抗虫蛀和霉菌，在130℃以下寿命达30年。

加入阻燃剂后氧指数≥32，抗燃烧性能优于木材。

制造工艺简单，在模具内发泡成型。仅厚度单层不宜超过80mm外，长度和直径不受限。现代发泡剂不损害臭氧层。

3 绝热型管道支吊架的品种

3.1 中小口径绝热型管道支吊架

中小口径管道常悬挂在楼板下，吊架分单点悬挂和横担双杆悬挂。生根处采用铰状连接，吊杆的摆动允许管道轴向或侧向偏移。

3.2 绝热型固定管座

大口径管道主要沿管廊或建筑地面敷设。固定管座是管系中重要的支座。它是控制管道热胀冷缩的零点，受力复杂荷载大。固定管座的轴向力由内水压力、波纹管弹性变形力和管道热胀冷缩移动时底座的摩擦阻力等三部分组成。为从光滑的钢管外壁向建筑物传递轴向力，需在钢管外焊接传力长块。绝热型固定管座则在管道外焊接承力环。

承力环两侧设绝热圈，外侧被上下分瓣带扇形挡板的上下管夹夹紧，底部与U型座焊接再固定在建筑物上。固定管座的安装处支墩内要布置足够的钢筋，满足固定管座向建筑传力的需要。绝热型固定管座结构复杂，耗钢量大，但能减少冷热能量的流失。

3.3 绝热型滑动和导向管座

绝热型滑动和导向管座是在管道和管夹间设置一圈分半组合的绝热环。下半管夹焊在U形或丄形座上。底面设聚四氟乙烯-镜面不锈钢板组成的低摩擦阻滑动副，滑动摩擦阻系数≤0.1，若抹些硅脂可降至0.05。远低于钢-钢之间的摩阻系数0.3，在管道热胀冷缩时，管座底面滑动阻力的降低了管道内轴向推拉应力和固定管座的轴向推拉力。

导向管座是在滑动管座安装聚四氟乙烯的钢底板两端加焊导向板，限制管道侧向移动。常用在长度补偿用波纹管或筒式伸缩节的两端，一般各两只。阻止管道侧移损坏波纹管伸缩节。

滑动和导向管座见图1。

图1 滑动和导向管座

4 绝热型管道支吊架的技术要求

4.1 绝热要求

绝热型管道支吊架的绝热设计应符合GB/T8175《设备及管道绝热设计导则》和GB/T15586《保冷设计导则》的规定。主要是保冷防凝露和隔热防烫伤厚度计算。

对低温管道防凝露的计算方法如下。

气象参数：当地环境温度一般取夏季空调室外干球计算温度ta，并按最热月平均室外计算相对温度查取露点温度。

管道外表面温度to取管内介质的正常运行温度。按管道外径Do,绝热层径向厚度δ算得绝热层外径D1=DO+2δ。

查取保冷层导热系数λ=0.05w/(m·k)（聚氨酯）和保冷外表面与环境的换热系数α取8.14w/(m2·k)。

计算保冷层外表面温度ts的方法是：

筒形保冷环内传递的热量（单位轴向长度）

筒形保冷环外表面从环境吸收热量（单位轴向长度）

在稳定状态下qo=qa得

杭州地区ta=35.7℃，湿度80%，露点温度31.91℃；取最大管径DN1400，oD=1420mm，聚氨酯绝热块径向厚，保冷层外径。

按冷冻水to=5.6℃算得聚氨酯外表面温度ts=32.42℃高于当地夏季露点温度31.91℃近0.5℃满足防凝露要求。

4.2 承载要求

绝热型管道支吊架的承载能力设计应符合GB/T17116《管道支吊架》和GB50316《工业金属管道设计规范》的规定。建筑工业行业标准JG/T202-2007《工程管道用聚氨酯、蛭石绝热材料支吊架》对绝热型管道支吊架的承载能力要求是“在室温下施加1.6倍许用荷载时，钢构件不应出现塑性变形，绝热支撑件不应凹陷和开裂；室温下施加4倍许用荷载时，钢构件不应开裂，绝热支撑件不应碎裂，组合件不应丧失承载能力”。这条款与GB/T17116.1-1997的5.3.3条相对应。即钢材的许用应力取使用温度下最小抗拉强度的1/4和最小屈服强度的5/8中的小值，在GB/T17116.1-2018版的6.3.3条将这两个数值修改为1/3和1/1.5，即安全系数由4降为3。

绝热型滑动和导向管座中聚氨酯绝热块按内弧的底部90°范围内承载。

抗压强度≥4.5N/mm²的聚氨酯[]σ可取4.5/3=1.5N/mm²。底部滑动副中聚四氟乙烯的拉伸强度≥30N/mm²，亦取安全系数n=3,许用压应力为10N/mm²，配用的聚四氟乙烯片的面积AF≥P/10。

4.3 滑动座的滑动量

冷热水交替运行的管道最大热胀冷缩量按下式计算。

式中，1.3×10-51/℃为碳钢的热胀系数；L为离固定管座最远的滑动导向管座距离；tH和tC分别为管道内介质最高温和最低温。

5 结语

（1）绝热型管道支吊架采用低导热系数的非金属隔热块切断了金属管道与支吊架之间热量流失的“热桥”或“冷桥”，能将能量损失降低一半以上。（2）用高密度硬质发泡聚氨酯绝热块代替木块绝热，提高了绝热效果和使用年限，是空调用冷热水管道支吊架中保冷隔热材的首选。（3）绝热型管道支吊架中绝热块的质量及与钢构件的尺寸配合质量和安装质量是保障管道系统安全运行的基础，但也需做好定期检查维护。