王瑞琪

（太原市热力集团有限责任公司，陕西 太原 030000）

在生活采暖、工业生产等领域中，需要使用大量的热能，热力管道是热力输送的基础载体，在热力输送中扮演着极其重要的角色。以集中供热系统为例，经测试发现即使供热管道系统具有良好的温度保护措施，但热量损耗可达到总输入热量的7%～9%，并且供水管输入温度越高损耗的热量越多，损耗越大的特点。热能的损失不仅导致了资源的巨大浪费，还对我国的环境造成了一定的污染，强化热力管道运输水平，提升热力管道的整体保温性能，最大程度的降低管道散热损耗，已逐渐我国供热界的共识。

1 新型蒸汽预制架空保温管的结构特点分析

1.1 保温管道整体结构介绍

保温管道主要通过工作管道、保温层、保护套管三部分组成，工作管道可以根据不同的运输介质，选择合适的材料；保温层主要部分是聚氨酯泡沫塑料，由聚醚多元醇和异氰酸酯通过化学反应合成具有较好的耐热性和保温性能；保护套管一般选用不锈钢板或镀锌钢板、镀铝锌钢板[1]。

传统的架空保温管项目施工中存在大量低效低能的问题，在新型预制架空保温管工程中能得到很好的改善，这种新型的模式通过降低安装难度的方式可以将施工周期缩短数十倍，仅需要原安装周期5%。

1.2 管道保温结构的分层设计

充分结合实际工作需要，考虑到保温管的稳定性和抗压性以及运输过程中不同温度区间最适配的保温结构材料不同，新型蒸汽预制架空保温管采取了分层设计的方式。管体由内向外针对工作过程中所需要的不同温度范围选取合适的保温材料，大体分为三个主要的层面，结构如图1所示。

如图1所示，综合考虑，新型预制架空保温管的最内层保温层一般以耐温性强、导热系数低、且有一定结构强度的玻璃岩棉（最高使用温度＜400℃）或气凝胶（最高使用温度＜650℃）为主要材料，根据实际工作要求软保温层的厚度从10mm～100mm不等。

图1 新型蒸汽预制保温架空管的保温结构

在内层保温层外的一层是外保温层，构成了保温管的主体，此时的工作环境相对温度会低一些，所以选材以保温性能为第一指标，常选用硬质聚氨酯泡沫塑料（最高使用温度＜140℃）材料。由于温度较低，因此采用耐温性较低但保温性能很好的硬质聚氨酯泡沫材料。在传统的架空保温管中，硬质保温块会因热胀冷缩导致块之间缝隙不断加大，影响保温效果，在生产过程中聚氨酯的流动性，会填充、粘接、包裹内层保温层，聚氨酯材料不仅有优秀的保温作用，同时他自身的塑料弹性能很好的固定硬保温层，提升整体保温效果，最后为减少辐射传热[2]。

1.3 架空管道支架的设计

架空保温管的支架一般分为固定支架和滑动支架二个大类。传统的保温管在支架焊接时采用的是直接焊接的方式，先固定支架后再进行保温敷设工作，还有一种是预埋焊接方式，在先焊接预埋支架后再进行保温，在与支架主体连接。这两种操作方式都会增加整体的散热。在新型蒸汽预制架空保温管支架的设计初衷就是为了减少因支架带来的散热，采用了完全隔热的方式，直接把带有完整保温材料的放置在支架上，把工作管和外界完全隔绝。

1.4 新型蒸汽预制架空保温管与传统模式对比

综合上述内容，对比总结如表1所示。

表1 新型蒸汽预制架空保温管与传统蒸汽架空管的对比

支架结构 管道与支架之间有完整隔热材料，支架散热少。工作管与支架直接焊接，散热大。安装施工 整体运输，机械设备辅助架设，效率高。材料分批运输，手工保温施工，效率低。运行结果 温降小。 温降较大。

2 新型蒸汽预制架空保温管外护管材料的选择

当前热力架空管道外护管所使用的材料一般可分为金属材料和非金属材料两种。

2.1 金属薄板

（1）镀锌薄钢板。镀锌薄钢板是用普通薄钢板表面镀锌制成，俗称“白铁皮”。常用的厚度为0.5mm～1.5mm，其规格尺寸与普通薄钢板相同。在引进工程中常用镀锌钢板卷材，对外护管的制作甚为方便。由于表面锌层起防腐作用，故一般不刷油防腐。要求所有品级镀锌钢板表面光滑洁净，表层有热镀锌层特有的结晶花纹，镀锌层厚度不小于275g/m2。可用做架空管的外护管。

（2）镀铝锌薄钢板。镀铝锌薄钢板也是用普通薄钢板表面镀铝锌制成，镀层成分按重量比率分别由55%的铝和43.4%的锌，1.6%的硅组成。镀铝锌钢板的生产工艺与镀锌钢板的工艺相似，是连续熔融镀层工艺。镀铝锌板正常使用寿命可达25年，耐热性很好，可用于315℃的高温环境；镀层与漆膜的附着力好，具有良好的加工性能，可以进行冲压、剪切、焊接等；表面导电性很好。常用的厚度为0.5mm～1.5mm，其规格尺寸与普通镀锌钢板相同。可用做架空管的外护管。

（3）不锈钢板。耐大气腐蚀的镍铬钢叫不锈钢。不锈钢板按其化学成分来分，品种甚多；按其金相组织可分为铁素体钢（Cr13型）和奥氏体钢（18-8型）。18-8型不锈钢中含碳0.14%以下，含铬（Cr）18%，含镍（Ni）8%。18-8型不锈钢在常温下无磁性，耐热性较好，能在较高温度下不起氧化皮和保持较高的强度。可用做架空管的外护管。

（4）塑料复合钢板。塑料复合钢板是在Q215、Q235钢板表面上喷涂一层厚度为0.2mm～0.4mm的软质或半软质聚氯乙烯塑料膜制成，有单面覆层和双面覆层种。绝缘、耐磨性能好。剥离强度及深冲性能塑料膜与钢板间的剥离强度>0.2MPa。加工性能具有一般碳素钢板所具有的切断、弯曲、冲洗、钻孔、枷接、咬口及折边等加工性能。可用做架空管的外护管。

2.2 非金属材料

（1）硬聚氯乙烯塑料板。硬聚氯乙烯塑料（硬PVC）是由聚氯乙烯树脂加入稳定剂、增塑剂、填料、着色剂及润滑剂等压制（或压铸）而成，物理机械性能良好，易于二次加工成型等特点。可用做架空管的外护管。

（2）玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）。玻璃钢是以玻璃纤维制品（如玻璃布）为增强材料，以树脂为粘结剂，经过一定的成型工艺制作而成的一种轻质高强度的复合材料。它具有较好的耐腐蚀性、耐火性和成型工艺简单等优点，可用做架空管的外护管。新型蒸汽预制架空保温管的外护管是在车间内预制生产好的，一般是采用镀锌薄钢板、镀铝锌钢板和不锈钢板材料，使用风管机卷制，这样卷制出来的外护管性能优良、经久耐用可靠、加工方便、外观漂亮、可定制颜色外观等优点[3]。

3 新型蒸汽预制架空保温管保温层厚度的计算

对于这种新型蒸汽预制架空保温管保温层的设计要分为二个阶段进行。第一个阶段先确定蒸汽的流量、系统所能承受的系统压力，来确定整个管道的管径。第二个阶段根据出口温度、聚氨酯安全使用温度、允许温降等方面，从降低保温层总体厚度，提高保温结构经济性、降低总体工程造价的角度出发确定最佳的保温层厚度。

3.1 蒸汽预制架空保温管保温层的计算

公式内：δ1-----第一层保温层的厚度（m）；δ1-----第二层保温层的厚度（m）；d0-----工作管外径（m）；d1-----第一层保温层外径（m）；d2-----第二层保温层外径（m）；λ1-----第一层保温层材料的导热系数（千卡/m·h·℃）；λ2-----第二层保温层材料的导热系数（千卡/m·h·℃）；K-----架空管外表面与空气间的换热系数（千卡/m2·h·℃）；T0-----入口蒸汽热水温度（℃）；T1-----第一层保温层外表温度（℃）；T2-----第二层保温层外表温度与外护管温度相同（℃）；T3-----架空管外空气中温度（℃）；T4-----出口蒸汽热水温度（℃）；Tx-----整体管道的温降（℃）；L-----管道长度（米）；C-----蒸汽热水的比热容（千卡/kg·℃）；W-----管道内蒸汽热水的流量（kg/h）；Q-----架空保温管单位长度散热量（千卡/m·h）。

由于聚氨酯泡沫塑料最高使用温度＜140℃，为了保证材料的最佳使用年限选取≤100℃的材料极限采用“代入法”凑整10，将聚氨酯泡沫塑料与气凝胶毡接触面温度估计值依次整数代入。

3.2 蒸汽预制架空保温管整体保温层的总体造价的计算

根据第一、二层保温层的厚度、计算得整体保温层的总体造价。

公式内：Y-----整体保温层的总体造价（元）；d0-----工作管外径（m）；d1-----第一层保温层外径（m）；d2-----第二层保温层外径（m）；M-----第一层保温层的单价（元/m3）；N-----第二层保温层的单价（元/m3）。

3.3 计算结果分析

根据整体保温层的总体造价分析出最为经济的保温管厚度组合[4]。

4 结语

为满足我国高速发展带来的生产生活需要，集中供热工作的改进刻不容缓，传统的架空保温管综合保温性能低，能源损耗严重，施工成本高等等缺点迫使我们寻找更高效环保的设计模式，本文就新型蒸汽预制架空保温管的结构特点展开了详细分析，综合对比了其相较于传统架空保温管的优势，充分说明了新型蒸汽预制架空保温管的应用对节能环保、促进经济发展的重要意义。