做家：周曰从

第一做家单元：天津市管道工程团体有限公司保温管厂

摘自《煤气与热力》年3月刊

1概括

由喷涂环绕工艺临盆的预制直埋保温管自年运用于集结供热（供冷）工程以来取患有较好成效，当前国内临盆本领已抵达DNmm。喷涂环绕工艺具备聚氨酯保温层和聚乙烯（PE）外护层厚度肆意调换的特性，收缩了临盆布局时光，能迅速餍足工程需求。淘汰了聚氨酯、聚乙烯的用量，检朴材料成本，为工程打算、装备和操纵单元供应更大的筛选空间。

采取喷涂环绕工艺临盆的保温管不只聚氨酯保温层厚度匀称，况且聚氨酯密度、抗压强度、热导率等中央技能目标也对照巴望。时常觉得，与供热周围保守临盆工艺（管中监工艺）比拟，类似规格喷涂环绕保温管的PE外护层可完结减薄，但减薄成因鲜有报导，本文对喷涂环绕保温管PE外护层壁厚减薄成因施行商议。为便利商议，将采取管中监工艺临盆的保温管称为管中管保温管，最外层为PE外护管；将采取喷涂环绕工艺临盆的保温管称为喷涂环绕保温管，最外层为PE外护层。

2成因剖析

断定PE外护管（层）壁厚时重要思索下列要素：对防腐的请求；PE外护管（层）应力程度的请求；埋地前提下蒙受笔直土压力的请求；管材在吊装输送积聚进程中的防备请求；磋议补口电热熔焊接、蒙受泥土应力请求。

2.1防腐请求

PE外护管（层）重要影响之一是避让外界水侵占聚氨酯保温层中，保证聚氨酯保温成效和杜绝钢管侵蚀［1］。GB/T—《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》第3.2条从防腐请求动身对PE外护层最小厚度施行了划定（见表1），并指出关于防腐请求较高的地域，PE外护层应采选加倍级最小厚度。由表1可知，出于防腐请求，PE外护层厚度仅为2~4mm即也许餍足请求。

表1GB/T—请求的PE外护层最小厚度

2.2PE外护管(层)应力程度请求

①供热周围保温管保守建立工艺

受供热周围保温管保守建立工艺（管中监工艺）的束缚，若PE外护管壁厚太小，没法完结挤出成型。而喷涂环绕保温管临盆工艺则不同，3mm厚的PE外护层也能完结挤出环绕成型。

关于供热周围保温管保守建立工艺，聚氨酯发泡工艺分为歪斜发泡、程度发泡。歪斜发泡工艺指聚氨酯材料灌输时保温管歪斜必要角度，聚氨酯材料注料孔时常位于保温管的最高场所，终了聚氨酯材料灌输后，将保温管调换至程度场所直至终了一切发泡进程。程度发泡工艺指在一切发泡进程中保温管不停处于程度场所，聚氨酯材料注料孔位于保温管中央场所。

不管采取歪斜发泡工艺仍是程度发泡工艺，都存在聚氨酯泡沫密度散布不均的题目。为了保证任一点聚氨酯泡沫密度不低于GB/T—《高密度聚乙烯外护管硬质聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管及管件》划定的60kg/m3，聚氨酯发泡时常常选用过分灌输聚氨酯材料的办法。由于聚氨酯材料注料量较大，聚氨酯泡沫成型进程中保温层内聚氨酯发泡压力较高，可达0.15~0.25MPa，聚氨酯发泡后，PE外护管将形成较大的环向应力。

咱们采取分度值为1mm的钢卷尺对劳动钢管规格为DNmm，PE外护管外直径为mm，壁厚为15mm，长度为12m的管中管保温管，在发泡先后对不同测点的PE外护管外周出息行丈量，计划发泡先后PE外护管的膨胀率。测点场所别离距端头1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、5.8、6.8m，发泡先后不同测点的PE外护管外周长与膨胀率见表2。由表2可知，距端头的不同场所，发泡先后PE外护管存在不同的膨胀率。为了掌握PE外护管膨胀率不超出2%（现实上是为了掌握PE外护管的应力程度），PE外护管务必制做成较大的壁厚。

表2发泡先后不同测点的PE外护管外周长与膨胀率

②煤油周围保温掌握造工艺

不同工艺对PE外护管厚度的请求存在较大差别，煤油周围SY/T—《埋地钢质管道硬质聚氨酯泡沫塑料防腐保温层技能准则》对PE外护管厚度的请求较低，重要缘故是发泡工艺不同于供热周围。

a.管中监工艺

关于煤油周围的管中监工艺，聚氨酯材料灌输采取沿保温管轴向抽拉的注料方法，由于聚氨酯材料散布对照匀称，发泡时形成的压力较低，PE外护管应力程度也较低。

SY/T—对管中监工艺不同劳动钢管外直径前提下的PE外护管厚度施行了划定：关于外直径小于或即是mm的劳动钢管，PE外护管的壁厚及误差为（2.0±0.2）mm；关于外直径~mm的劳动钢管，PE外护管的壁厚及误差为（3.0±0.2）mm；关于外直径~mm的劳动钢管，PE外护管的壁厚及误差为（4.0±0.2）mm；关于外直径大于或即是mm的劳动钢管，PE外护管的壁厚及误差为（4.5±0.2）mm。

b.一步法工艺

一步法工艺因PE外护管挤出与聚氨酯发泡同步施行，聚氨酯材料散布匀称，聚氨酯发泡形成的压力低，PE外护管应力程度也对照低。关于一步法工艺，SY/T—划定：对外直径小于或即是mm的劳动钢管，PE外护管的壁厚及误差为（1.4±0.2）mm；关于外直径大于mm的劳动钢管，PE外护管的壁厚及误差为（1.6±0.2）mm。

③喷涂发泡工艺

喷涂发泡工艺先施行聚氨酯喷涂发泡，待聚氨酯泡沫固化后再施行熔融状的PE带环绕，因PE外护层不蒙受发泡压力，仅存在冷却成型形成的萎缩应力，况且冷却萎缩应力较低，仅与成型工艺（加工温度和冷却速率）相关。

在喷涂环绕工艺中，环向萎缩率做为PE外护层一项重大技能目标施行掌握，环向萎缩率越大，PE外护层应力程度越高，妨害越大。在PE外护层成型进程中，将PE材料在挤出机中加热，而后将挤出的熔融状PE带环绕到聚氨酯泡沫上，经过水冷却后，终了PE外护层成型。在此进程，PE外护层由熔融形态冷却到室温形态时会形成萎缩，而聚氨酯泡沫又束缚了其解放萎缩。因而，在喷涂环绕保温管PE外护层中，形成与其解放萎缩形变对应的萎缩应力，当咱们环向切开PE外护层时，PE外护层将形成萎缩。

咱们别离对劳动钢管规格为DN、mm的喷涂环绕保温管（每种规格采选2根施行丈量）施行环向萎缩率丈量，由于PE外护层环绕成型工艺安定，因而仅丈量喷涂环绕保温管端头部位PE外护层的环向萎缩率。

这两种规格喷涂环绕保温管聚氨酯保温层厚度均为50mm，DNmm喷涂环绕保温管的PE外护层厚度为6mm，DNmm喷涂环绕保温管PE外护层厚度为5mm。

丈量PE外护层环向萎缩率时，应以成型后在室温下最少安顿16h的喷涂环绕保温管做为丈量目标。在距PE外护层端面不小于mm处沿环向切取宽度不大于mm的圆环。切取前，用彩笔沿一切圆周划两个圆（见图1a中圆1、2），平行误差不大于2mm，在圆环地域内整齐条平行于保温管轴向的线段（见图1a中线段3），用分度值为1mm的钢卷尺对两个圆的周出息行丈量并施行纪录。而后，用切割器材（手持圆盘锯）先对图1a中圆1、2施行切割，而后切割线段3，切割后圆1、2变成图1b中线1、2。切割竣工安顿20min后，用分度值为1mm的钢卷尺丈量图1b中线1、2的长度。

图1喷涂环绕保温管切割场所

本次丈量时，在距PE外护层端面mm处沿环向切取宽度为mm的圆环，手持圆盘锯的锯片厚度为3mm。依据丈量成绩，由式（1）计划PE外护层的环向萎缩率：

表3DNmm喷涂环绕保温管PE外护层环向萎缩率

表4DNmm喷涂环绕保温管PE外护层环向萎缩率

④应力程度评估

PE外护管（层）环向应力与膨胀率（环向萎缩率）的定量关连式为：

对照表2与表3、4数据，并由式（2）可知，喷涂环绕保温管PE外护层的应力程度小于管中管保温管的PE外护管。

外护管（层）膨胀率、萎缩率是评估PE外护管（层）在临盆进程中形成环向应力巨细的重大目标，外护管（层）环向应力越大，管材在积聚、吊装和输送进程蒙受外力撞击的本领越低，越有也许因外力撞击而决裂。因而，在临盆进程中要矜重掌握外护管（层）的膨胀率、环向萎缩率。

由以上剖析可知，喷涂环绕工艺的最显著特性是PE外护层的环向应力程度较低，因而管材抗外力冲锋的本领也响应抬高。PE外护管（层）的环向应力伴有保温管的一切寿命周期，若PE外护管（层）存在较高的环向应力，在积聚、吊装输送等枢纽碰到较大外力撞击时易形成PE外护管（层）破旧，特别在处境温度低于10℃前提下，聚氨酯强度抬高，硬度增大，PE外护管（层）韧性消沉［2］，脆性增大，在遭到外力撞击时更易破旧。咱们依据GB/T.1—《塑料简支梁冲锋功能的测定第1部份：非仪器化冲锋实验》，在处境温度别离为23、0、-20℃前提下，对PE80级商标的PE试片（试片依据GB/T.1—请求制做）施行不同处境温度前提下的简支梁缺口冲锋强度实验。实验成绩说明，跟着处境温度的消沉，试片抗冲锋本领显然下落。比拟处境温度23℃前提，处境温度-20℃前提下试片的抗冲锋本领下落了45.8%。

2.3埋地前提蒙受笔直土压力请求

①理论剖析

埋地前提下，保温管蒙受泥土静载荷和灵活车动载荷，易引发PE外护管（层）、聚氨酯保温层的毁坏做废、过分变形做废以及曲折变形做废。现实上，前两种做废形式不易产生，而外载荷影响下的曲折变形做废形式关于保温管道对照危险，常常致使保温管在后期运转中产生失稳毁坏，并使得磋议补口场所产生毁坏，终究致使地下水加入聚氨酯保温层。

在泥土静载荷的影响下，PE外护管（层）、聚氨酯保温层先是匀称萎缩变形（见图2），当泥土静载荷抵达必要程度后涌现曲折变形而遗失本身原有圆形，展现出压扁（椭圆形）或褶皱表象（见图3）。图3中n为曲折变形的节点数。通常而言，n=2，即椭圆形态的曲折变形最轻易产生。曲折变形轻易进一步进展成为聚氨酯保温层弗成复原的形变，使聚氨酯保温层开裂破旧，PE外护管（层）严峻变形，磋议补口遭到毁坏。

图2PE外护管（层）、聚氨酯保温层在泥土静载荷影响下的匀称萎缩变形

图3泥土静载荷抵达必要程度后涌现的曲折变形

当存在泥土静载荷、灵活车动载荷时，总笔直土压力p

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