沈阳建筑大学 刘博智、冯国会、刘光磊
天津军星管业集团有限公司 夏成文
摘 要：国家大力推广使用塑料管材，PP-R热水直埋保温管作为一种新型的塑料保温管正被广泛的应用于集中供热二次网及室内暖气管网系统，本文对PP-R保温管的制造工艺及技术性能进行分析研究，并且采用热流密度法对一小区热网进行散热损失检测，结合PP-R保温管的新型保温结构对管网的保温效果及运行情况进行综合评价。
关键词：PP-R管；直埋敷设；保温检测；散热损失
传统的城市供热管网二次网中常采用热镀锌管、焊接钢管作为保温管道的内衬管，由于其金属的易腐蚀性、使用寿命短、卫生条件低、环保性能差等诸多不利因素已经不能满足现代热网的发展以及热用户的使用要求。作为其更新换代的新型产品PP-R塑料保温管则具有“质轻耐蚀”，使用寿命长，省材节能、卫生环保等优点。所以国家大力倡导使用塑料管材代替传统的镀锌管。但与传统的钢管相比，人们对其技术性能和优点的了解并不多，实际工程经验也相对较少。所以在推广使用过程中会有很多问题。为此，本文首先对PP-R管的性能、特点及制造工艺做一系统介绍，并结合工程实例对管道的保温情况进行现场检测，最后对这种新型保温管材的保温效果进行综合评价。
1 PP-R管的制造工艺及技术性能
PP-R管又叫三型共聚聚丙烯管，是欧洲90年代初开发应用的一种新型塑料管道产品，我国于98年开始引进此项技术，03年左右开始生产并逐步的应用于实际工程中。该管采用无规共聚聚丙烯作为原料，过去产品原料只能通过进口，国内尚无生产能力，所以PP-R管道一直存在着质优价高的问题。直到07年，燕山石化具备生产无规共聚聚丙烯的能力，并且得到北方大型管道生产商军星管业的认同，采用国产原料的军星PP-R管经国家权威检测机构检测各项工艺指标全部满足要求。这使得PP-R管在我国的发展迈出了重要的一步，加速了塑料管材代替金属管材的速度，为城市供热管网的节能发展做出了重要贡献。
PP-R管材是采用带有混炼段的PP-R管专用螺杆和PP-R管专用挤出模头的单螺杆挤出机，经挤出成型工艺生产的管材；PP-R管件是采用与PP-R管材相同牌号的专用料，经注塑成型工艺生产。PP-R管除具有普通塑料管的无锈蚀行、不结垢、流阻小，加工能耗低等特殊性外，还具有使用寿命长，低温抗冲击性能好，耐高温和良好的热熔焊接性能。其技术性能特点如下：
（1）重量轻（仅为金属管的1/8）施工强度低、搬运方便。
（2）采用热熔连接：管材、管件同质熔化为同一整体，使用寿命长，安全可靠，永不渗漏。
（3）保温节能：PP-R管导热系数为0.21W/（m·K），仅为钢管导热系数的1/200，用于热水管道保温节能效果明显。
（4）耐热性较好：PP-R管维卡软化点131.5℃，最高工作温度可达95℃。使用温度在70℃左右，工作压力在1Mpa以下时可以使用50年。
（5）耐化学腐蚀性好，卫生性好。对于水中的大多离子和建筑物内的化学物质均不起化学作用，不会生锈，不腐蚀，不生细菌。
（6）管道阻力小、管材内壁光滑不会结垢，压力损失小，水流速度快。
（7）绿色环保，外型美观，色彩柔和，韧性好，耐冲击，不影响环境并可重复再生使用。
2 现场热损失检测
2.1测试原理及测试仪器
热流计测量法由于具有直观、准确、受外界因素影响小等特点，而受到国内外同行的广泛应用，所以本次测试采用热流计法。热流计法就是用热阻式传感器（热流测头）和测量指示仪表直接测量保温结构的热流密度。与管壁接触的热流传感器的输出电势（E）与通过传感器的热流密度（q）成正比关系：q=cE，c值为侧头系数。这样，测出热阻板内的热电堆感生出的热电势，就可根据已标定的热电势与热流关系，计算出热流密度值q。
在稳态情况下，单位长度管道的热损失为：
q1=πDq （1）
由于管道只在供热季节运行，需将测试数据换算为当地供热季节平均温度和供热季节运行温度（设计温度）条件下的相应值。其换算公式如下：
（2）
式中：qm—供热季平均温度下的热流密度，W/m2；
q—实测热流密度，W/m2；
t—当地季平均介质温度，K；
t＇—测试时的介质温度，K；
tm—当地供热季平均地温，K；
tn—测试时地温，K。
测试仪器：
智能化64路巡检仪、WYP-A型软板式热流传感器（测量保温管道外表面热流密度）数字显示仪、温度自计仪（管道外表面温度及自然地温）、水银温度计（测量环境温度）。
2.2测试方案及数据分析
本次测试对象为天津市一别墅小区生活用热水管网，管网采用DN50的PP-R保温管。整个管网由一条主干管和七条支管组成。笔者在军星管业工程技术人员的配合下从08年12月初到12月末分别对主干管以及7条直管的保温情况进行了现场检测。
测试按标准CJ/T140—2001《供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法》和GB—4272《设备及管道保温技术通则》进行。
具体检测方案如下：
（1）普测：了解管线的工艺参数、管径、长度等有关资料；查明保温层材料的品种与性能、厚度、结构等。
（2）测试截面选取原则：经现场观测，该管网主干管沿线共设有7个检查井，笔者在每个检查井内布置2个测量截面，每条支管分别测试4个截面。
（3）截面布点原则：每个典型截面上选定三个测点，分为上中测点、左侧测点和右下测点，具体布置见图1.取三个测点的平均热流密度值作为该测量面的热流密度值，在求取单个管段上各个测量截面的平均值作为该管段的热流密度值，最后将其折算成供热季节平均温度下的热流密度值作为该管段供热季节的平均热损耗。
现以该管网的主干管进行详细分析，该管段属低压低温直埋热水管道，内衬管为DN50的PP-R保温管，保温层为聚氨酯泡沫塑料，保护层为高密度聚乙烯。详细情况见表1所示。
表1主管道现场实测表
| 敷设方式 | 埋深（m） | 管长（m） | 管径
规格 （DN） |
PP-R
管外径 （mm） |
保温
层厚度（mm） |
保护
层厚度(mm) |
流体温度（℃） | 管内压力（MPa） | 流量
（m3/h） |
| 直埋敷设 | 1.5 | 314 | 50 | 63 | 29 | 2.8 | 51 | 0.24 | 200 |
图2测试截面热流传感器布置图
主管道共设有7个检查井，每个检查井内布置两个测量截面。具体测量方法为供热干管穿过检查井时在井壁与管道结合处设有补偿套管，套管与管道之间大约3cm宽的缝隙，将热流计探头深入该缝隙10-20cm处，该处管道的热流密度值可作为此处直埋管道的散热损失值。具体布置原则见图2.现场测试并经过相关公式计算得出主干管各检查井内各截面热流密度见表2.
表2 主干管各检查井测量截面测量截面散热损失值汇总表
| 检查井编号 | 截面—热流密度值（W/m2） 截面二热流密度值（W/m2） | 平均热流密度值（W/M2） | |||||||
| 上测点 | 左测点 | 右下测点 | 平均值 | 上测点 | 左测点 | 右下测点 | 平均值 | ||
| 1号井 | 25.6 | 18.6 | 15.1 | 19.7 | 24.4 | 19.7 | 13.9 | 19.3 | 19.5 |
| 2号井 | 24.4 | 19.7 | 16.2 | 20.1 | 23.3 | 18.6 | 17.4 | 19.7 | 19.9 |
| 3号井 | 23.3 | 18.6 | 16.2 | 19.4 | 24.4 | 19.7 | 17.4 | 20.5 | 19.9 |
| 4号井 | 26.7 | 19.7 | 17.4 | 21.3 | 25.6 | 18.6 | 16.2 | 20.1 | 20.7 |
| 5号井 | 24.4 | 18.6 | 15.1 | 19.4 | 23.3 | 17.4 | 12.8 | 17.8 | 18.6 |
| 6号井 | 22.1 | 17.4 | 13.9 | 17.8 | 23.3 | 17.4 | 15.1 | 18.6 | 18.2 |
| 7号井 | 24.4 | 18.6 | 12.8 | 18.6 | 25.6 | 17.4 | 15.1 | 19.4 | 18.9 |
经计算，整个干管平均热流密度值为19.4W/m2，则算成当地供热季平均温度下热流密度为19.8W/m2.最后整理出该供热主干管保温结构散热损失测试报告数据表，见表3.
表3 供热管道保温结构散热损失测试报告数据表
| 管线长度（m） | 截面周长（m） | 检查井内平均温度（K） | 自然地温（K） | 平均测试热流密度（W/m2） | 供热季平均温度下的热流密度（W/m2） | 线热流密度（W/m） | 国家标准允许值（W/m2） | 全程散热损失W |
| 314 | 0.398 | 286 | 258.2 | 19.4 | 19.8 | 7.9 | 116 | 2474.5 |
注：散热损失值仅为国际允许值的17.1%，保温效果很好。
3测试分析
该管网竣工于08年夏季，今年是初次运行，保温管道生产以及施工均由天津军星管业完成。经过一个月的测试与调查，最终以管网的散热量、热用户满意情况以及热力站的运行情况三方面对其保温效果进行评价。
（1） 从管网的保温结构看，管网内衬管采用7.1mm厚的PP-R塑料管的导热系数较小，仅为钢管导热系数的1/20.所以与传统的钢管相比，相当于多加了7.1mm厚的保温材料。笔者专门对DN50的PP-R管与DN50的钢管在相同热媒温度50℃未经保温的情况下进行了现场测试，并对比分析了其散热情况。具体数据见表4.如表所示，单就保温结构来看，采用PP-R管要比采用钢管节约能源30%—40%。
（2） 从管网的散热损失看，实测的管道热损失值为19.8，仅为国家标准的17.1%，说明整个管网的保温效果非常好。
（3） 从热用户反映情况看热水输送质量较高，水温能保证在49℃左右，而且水质清澈没有铁锈等混杂物，说明PP-R保温管不仅保温效果好，而且具有良好的卫生性。
（4） 从热力站的供回水温度看，供水温度为51℃，回水温度则达到了47℃，更直观的体现了采用新型保温管道后的节能效果。
表4 DN50塑料管与钢管散热损失对比表
| 管材 | 截面1平均热流密度值（W/m2） | 截面2平均热流密度值（W/m2） | 截面3平均热流密度值
（W/m2） |
截面4平均热流密度值（W/m2） | 截面5平均热流密度值（W/m2） | 截面6平均热流密度值（W/m2） |
| PP-R | 942.1 | 988.6 | 977 | 1000.1 | 977 | 953.7 |
| 钢管 | 1418.9 | 1523.5 | 1488.6 | 1442.1 | 1430.5 | 1488.7 |
| 与钢管散热量比值 | 66.4% | 64.89% | 65.63% | 69.35% | 68.29% | 64.1% |
（5）测试方案应该说是此次测试的最大难点。关于直埋管网的热损失检测目前常采用的有热流计法和温差法，两种方法理论上都需要对直埋管网进行现场开挖进行测量截面选取。但运行中的直埋管网是不能进行现场开挖的，因为管网在施工的时候埋设深度以及覆土厚度都是经过准确的计算以满足管道的热伸长。如果开挖，会导致局部管道轴向应力不均匀，可能会有爆管的危险。而且冬天进行土方作业，施工量大且经济性差。现场开挖行不通，管道的测量截面只能选在检查井内，但是在检查井内检测只能算是管沟的热损失检测。后来经过检查井内的仔细观察发现，管道与井壁处有20-30mm，这刚好可以将测试探头伸入，最后我们选定套管最末端管道处作为此次测试的测量截面，将该处的热流密度值作为此处直埋管段的散热量。
（6）直埋管道热损失测试时，需要对测试探头及接线处做好防水处理，必须保证热接触面间不得渗入地下水。测试时要等显示仪表数据稳定后，保证半分钟内无变化时方可记录。
4 结束语
PP-R管的节能型、环保性、卫生性满足了当今城市热水供热管网发展的要求，是一种技术经济综合性能良好的新型塑料管，具有较好的市场前景。通过对PP-R直埋保温管的现场热损失检测，一方面从工程实际的角度印证了管道良好的保温性、卫生性，另一方面在检测过程中认真的总结了关于直埋热水管网实施保温效果测定的经验，同时从热用户的使用情况、管网的散热量、热源运行三个方面提出了一套针对小区管网的评价体系，为今后我国制定关于热水直埋管网的保温效果检测与评价标准提供建议和依据。
参考文献
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