架空保温管制造工艺与节能支架性能比较

邱晓霞, 王 帅, 胡春峰

(唐山兴邦管道工程设备有限公司, 河北 唐山 064100)

1 概述

据住房和城乡建设部统计,截至2021年末,全国城市集中供热面积106.03×108m2,同比增长7.30%。全国城市蒸汽集中供热能力11.88×104t/h,同比增长14.80%。热水集中供热能力59.32×104MW,同比增长4.78%。

根据输送介质不同,预制架空保温管主要分为预制架空热水保温管、预制架空蒸汽保温管。不同于现场制作架空保温管的现场保温、防腐作业,预制架空保温管将现场保温、防腐作业改为工厂预制,确保了架空保温管的保温效果和质量,最大限度提高了架空保温管的整体保温性能。

本文对架空保温管制造工艺进行对比,介绍节能滑动支架、节能固定支架结构,分析比较支架散热损失。

2 架空保温管制造工艺

2.1 现场制作架空保温管

现场制作架空保温管结构见图1。现场制作架空保温管结构适用于热水管、蒸汽管,区别在于蒸汽管的保温层数量更多。先固定钢管,然后人工缠绕保温材料(多以硅酸铝毡、玻璃棉为主),每层保温材料(图1仅给出1层保温材料)外表面用铝箔反射层包裹紧实,最后制作保护层。保护层一般选用铝板、不锈钢板、镀锌钢板、彩钢板等薄板进行现场人工包裹铆接固定。

1—工作管; 2—保温层; 3—铝箔反射层; 4—保护层。图1 现场制作架空保温管结构

2.2 预制架空热水保温管

预制架空热水保温管结构见图2。预制架空热水保温管适用于输送热水,温度小于等于150 ℃,工作压力小于等于2.5 MPa。保护层多选用由铝板、不锈钢板、镀锌钢板、彩钢板等薄板轧制成型的螺旋风管,与工作管完成穿套,在管端用法兰封堵严密后,在工作管与保护层空隙喷射聚氨酯泡沫,形成保温层。

1—工作管; 2—保温层; 3—保护层。图2 预制架空热水保温管结构

2.3 预制架空蒸汽保温管

预制架空蒸汽保温管结构见图3。预制架空蒸汽保温管适用于输送蒸汽,温度小于等于350 ℃,工作压力小于等于2.5 MPa。先将工作管外表面进行防腐处理,然后缠绕保护垫层(一般选用硅酸铝毡、纳米气凝胶毡),随后采用不锈钢紧固带将硬质无机保温材料(一般选用微孔硅酸钙)在保护垫层外拼接紧固牢靠,然后穿套保护层(螺旋风管)。最后穿套外护管,在管端用法兰封堵严密后,在外护管与保护层空隙喷射聚氨酯泡沫,形成保温层。

1—工作管; 2—防腐层; 3—保护垫层; 4—硬质无机保温材料;5—不锈钢紧固带; 6—保护层(螺旋风管); 7—聚氨酯保温层;8—外护管(螺旋风管)。图3 预制架空蒸汽保温管结构

2.4 制造工艺对比

在保温结构方面,现场制作架空保温管的保温层主要采用的玻璃棉热导率范围为0.043～0.062 W/(m·K),易变形、沉降,长期使用保温效果易大幅衰减。预制架空热水保温管采用聚氨酯泡沫进行保温,热导率小于等于0.033 W/(m·K),保温层整体性能一致,热导率小于玻璃棉。预制架空蒸汽保温管采用多层保温结构,整体保温性能更好。

在保护层(外护管)方面,现场制作架空保温管保护层质量难以把控,保护层密封防水效果差。预制架空保温管保护层(外护管)采用螺旋风管,咬口机械压制成型,螺旋风管质量严格执行相关标准,结构密封性能良好。

在支架方面,现场制作架空保温管采用传统支架,支架的管托与工作管直接焊接,热桥造成的散热损失大。预制架空保温管采用节能支架,基本杜绝热桥造成的散热损失。

在制造效率、运输、现场存放方面,现场制作架空保温管制作时间长,手工作业规范性差、质量难以控制,易造成成品管热损失偏大。工作管、保温材料等原材料多次运输,运输成本高,现场存放占地面积大,材料性能易受日晒、降雨等天气因素影响。预制架空保温管制作模块化程度高,制作时间短,成品管运输简单,可实现现场集中存放。

在使用寿命方面,现场制作架空保温管使用寿命一般为10～15 a,预制架空保温管使用寿命在25 a以上。

3 节能支架

3.1 滑动支架

传统滑动支架的管托结构见图4。传统滑动支架的管托主要由支撑弧板、曲面槽组成。为了满足支撑刚性要求,需要将曲面槽通过支撑弧板与工作管直接连接,由此散热损失严重。

图4 传统滑动支架的管托结构

节能滑动支架的管托结构见图5。节能滑动支架的管托由管夹、曲面槽组成,管夹通过螺栓与保护层紧密贴合,曲面槽与管夹焊接连接,消除了热桥。

图5 节能滑动支架的管托结构

3.2 节能固定支架

节能固定支架结构见图6。由图6可知,与常规预制架空保温管相比,安装节能固定支座的预制架空保温管的工作管与外护管通过肋板焊接组成一体,剪力钉与外护管进行焊接。节能固定支架的肋板与工作管的接触面积有限,剪力钉与外护管接触面积也比较小,因此能够降低散热损失。

图6 节能固定支架结构

3.3 散热损失测试

将3种支架送往专业检测机构进行检测,工作管规格为DN 200 mm,支架长度约200 mm。根据GB/T 28638—2012《城镇供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法》,通过改变导热油温度进行不同输送介质温度下被测支架的散热损失测试。3种支架散热损失测试结果见表1。由表1可知,与传统滑动支架相比,节能滑动支架的散热损失明显下降。节能固定支架由于存在热桥,仍存在一定程度的散热损失。

表1 3种支架散热损失测试结果

4 结论

① 与现场制作架空保温管相比,预制架空保温管在保温结构、保护层(外护管)、支架、制造效率、运输、现场存放、使用寿命等方面更优。

② 与传统滑动支架相比,节能滑动支架的散热损失明显下降。节能固定支架由于存在热桥,仍存在一定程度的散热损失。