集中供热预制保温塑料管工程应用技术

住房和城乡建设部科技与产业化发展中心 高立新

集中供热是现代化城镇的重要基础设施，是城镇公共事业的重要组成部分。近年来，我国城镇集中供热得到快速发展，供热能力大幅增强，供热面积较快增长，供热效率不断提高。截至2016年底，全国集中供热能力：蒸汽8.8万吨/小时，热水62.3万兆瓦；集中供热管道长度：蒸汽1.5万公里，热水24.5万公里；集中供热面积约87.0亿平方米。集中供热的发展为北方采暖地区发展城市经济、提高人民生活水平、促进节能减排、防治大气污染等方面发挥了重要作用。

1 集中供热预制保温塑料管构造与适用范围

1.1结构形式

集中供热预制保温塑料管由工作内管、保温层和外护管三层复合而成。工作内管一般为聚丁烯（PB）或耐热聚乙烯（PE-RT）或交联聚乙烯（PE-X）或无规共聚聚丙烯（PP-R）等耐热塑料管；保温层一般为硬质聚氨酯泡沫；外护管一般为高密度聚乙烯（HDPE）单壁波纹管或HDPE薄壁管。集中供热预制保温塑料管的类型一般有单管和供/回水管一体两种，结构形式见图1。

图1 预制保温塑料管结构示意图

1.2 适用范围

集中供热预制保温塑料管适用于以热水为介质，供水设计温度不大于85℃（最高供水温度不大于95℃），工作压力不大于0.8MPa的集中供热二次管网系统，也可用于生活热水和工业热水系统。

2 集中供热预制保温塑料管工程设计

2.1 集中供热预制保温塑料管使用条件

2.1.1 供水最高设计温度的确定

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012的相关要求：

——“5.3.1散热器供暖系统应采用热水作为热媒；散热器集中供暖系统宜按75℃/50℃连续供暖进行设计，且供水温度不宜大于85℃，供回水温差不宜小于20℃”。

——“5.4.1热水地面辐射供暖系统供水温度宜采用35℃-45℃，不应大于60℃；供回水温差不宜大于10℃，且不宜小于5℃”。

因此，根据GB 50736-2012确定用于地板供暖的供水最高设计温度分别为45℃和60℃；用于散热器供暖的供水最高设计温度分别为75℃和85℃。

2.1.2 最高工作温度、故障温度及运行时间的确定

根据《冷热水系统用热塑性塑料管材和管件》GB/T 18991（ISO 10508）的相关要求，确定最高工作温度为（TD+10）℃，运行时间1年；故障温度为100℃（通过热力站换热），运行时间100h。

2.1.3 供暖设计温度的确定

地板供暖的最高设计温度为60℃的使用条件直接引用GB/T 18991（ISO 10508）的60℃的使用条件；地板供暖的最高设计温度为45℃的使用条件参考采用GB/T 18991（ISO 10508）的40℃的使用条件；散热器供暖的供水最高设计温度为75℃和85℃的使用条件，以我国东北地区典型供暖水温设定供暖设计温度。

——75℃散热器供暖：东北采暖期为6个月，其中：3个月/年75℃供暖（12.3年/50年，取15年）；2个月/年60℃供暖（8.2年/50年，取10年）；1个月/年40℃供暖（4.1年/50年，取5年）。最高温度85℃为1年/50年，故障温度100℃为100小时/50年，其他非采暖期按20℃水保压。

——85℃散热器供暖：东北采暖期为6个月，其中：2个月/年85℃供暖（8.2年/50年，取10年）；3个月/年60℃供暖（12.3年/50年，取15年）；1个月/年40℃供暖（4.1年/50年，取5年）。最高温度95℃为1年/50年，故障温度100℃为100小时/50年，其他非采暖期按20℃水保压。

由此，得出我国集中供热预制保温塑料管使用条件见表1。

表1 集中供热预制保温塑料管使用条件

注：当T_D、T_max和T_mal超出本表所给出的值时，不能用本表。

2.2 集中供热预制保温塑料管设计应力与最大允许工作压力

2.2.1 设计应力σD

根据集中供热预制保温塑料管使用条件，按照《冷热水系统用热塑性塑料管材和管件》GB/T 18991中MINER’S规则（累计损伤原则）logt=A+B(logσ)+c/T+ D(logσ) 进行计算，得出σD，见表2。

表2 集中供热预制保温塑料管设计应力（单位：MPa）

2.2.2 最大允许工作压力P

最大允许工作压力（P）是根据P =σD/S公式计算得出，其中：σD为设计应力，S为管系列值。见表3。

表3 集中供热预制保温塑料管最大允许工作压力（单位：MPa）

2.3 集中供热预制保温塑料管水力计算

2.3.1 设计流量

用于采暖系统的管网，设计流量应按下式计算：

式中：G——设计流量（t/h）；

Q——设计热负荷（kW）；

c——水的比热容[kJ/(kg•℃)]；

t₁——管网供水温度（℃）

t₂——管网回水温度（℃）

2.3.2 水头损失

管道沿程水头损失可按下式计算：

式中 h_f——管道沿程水头损失；

d_i——管道内径（m）；

g——重力加速度（9.81m/s²）；

L——管段长度（m）；

t——水温（℃）；

v——平均流速（m/s）；

λ——水力摩阻系数；

R_e——雷诺数；

γ——水的运动黏滞度（cm²/s）；

Δ——管道当量粗糙度（m）。

2.3.3 局部阻力损失

局部阻力损失可下式计算：

式中 ΔH_S——局部阻力损失；

k——局部阻力系数。

在计算资料不足的情况下，管道局部水头损失可按管网沿程水头损失的12%-18%计算。

3 集中供热预制保温塑料管工程施工

3.1 沟槽开挖

沟底宽度和工作坑尺寸除应满足安装要求外，还应考虑不影响工程试验和验收工作。可按下列规定执行：

（1）沟底宽度可按下式确定：

α=2Dc+s+2c

式中 α——沟底宽度（m）；

D_c——外护管外径（m）；

s——两管道之间的净距（m），取0.25-0.40；

c——安装工作宽度（m），取0.10-0.20。

（2）工作坑尺寸（沟底连接），管道接头处工作坑的沟槽壁或侧面支承与管道的净距不宜小于0.6m，工作坑的沟槽底面与管道的净距不应小于0.2m，工作坑长度不应小于0.5m。

沟槽开挖应严格控制基底高程，不得扰动基底原状土层。基底设计标高以上0.2m的原状土，应人工清理至设计标高。当槽底遇有坚硬物体、生活垃圾、建筑垃圾、腐殖土时，必须清除。槽底局部超挖时，应按以下方法处理：

（1）沟槽超挖在150mm以内时，用原土回填夯实，其压实度不应低于95%。沟槽超挖在150mm以上时，采用石灰土处理，压实度不应低于95%；

（2）槽底有地下水或含水量较大，应采用天然级配砂石或天然砂回填至设计标高。

3.2 工作管连接

工作管连接应按不同材质工作管选择热熔对接、热熔承插连接、电熔承插连接和卡压式连接等连接方式，其它连接方式在安全可靠性得到验证后，也可使用。见表4。

表4 集中供热预制保温塑料管工作管连接方式

注：1 表中“√”表示可采用；“—”表示不采用；

2 表中“法兰连接”仅适用于与钢管及管配件连接。

3.3 接口保温处理

集中供热预制保温塑料管接口保温应在管道安装完毕及强度试验合格后进行。接口保温处理可在沟边进行，也可在沟底进行。接口保温处理宜采用聚氨酯现场发泡工艺，即采用电熔连接形式或热收缩套连接形式将HDPE外套管焊接在保温管的外护管上，并对接头进行密封性试验，确保气密性符合要求，然后在已焊好的接头套管两端各钻一孔（一孔为浇注孔，一孔为排气孔），用聚氨酯发泡机将异氰酸酯、组合聚醚按比例混合，并经过充分搅拌后经浇注孔注入接头套管内，保温层泡沫成型后对浇注孔和排气孔采用同材质PE插座塞塑焊密封。接口硬质泡沫保温层应充满整个环状空间，泡孔均匀细密，密度应大于50kg/m³。

接口外保护套连接，直管段宜采用电熔套筒连接（见图2）或电热熔带（卷筒）连接，三通、弯头宜采用紧固法兰套袖接头连接（见图3）。其它连接方式在安全可靠性得到验证后，也可使用。

图2 电熔套筒连接 图3 紧固法兰套袖接头连接

3.4 管道敷设

集中供热预制保温塑料管宜蜿蜒状随地形自然弯曲敷设，不得使用机械或加热方法弯曲管道。管道允许弯曲半径不应小于75-125倍公称直径。敷设坡度不宜小于2‰，高处应设放气阀，低处宜设放水阀。从干管直接引出分支管时，在分支管上应设固定墩。当管道由地下转至地上时，外护管必须一同引出地面，其外护管距地面的高度不宜小于0.5m，并应设置防水帽。当直埋管道与管沟敷设的管道连接时，应采取防止管沟向直埋管道保温层渗水的措施。当地基软硬不一致时，应对地基做过渡处理。

3.5 沟槽回填

集中供热预制保温塑料管主体安装检验合格后，沟槽应及时回填。对特殊地段可在检验合格前回填，但需留出未检验的安装接口。回填前，必须将槽底施工遗留的杂物清除干净。管道在漂浮状态下严禁回填，不得用冻土、淤泥、垃圾、木块及有机物回填。管道两侧及管顶以上0.5m内的回填土，不得含有碎石、砖块等其他杂硬物，且不得采用灰土回填。距管顶0.5m以上的回填土中的石块不得多于10%、直径不得大于0.1m且应均匀分布。沟槽回填时，应先人工回填管底局部悬空部位（腋角），并压实，然后对称回填管道两侧。回填土应分层对称压实，每层虚铺厚度宜为0.2-0.3m，管道两侧及管顶以上0.5m内的回填土必须人工压实，管顶0.5m以上的回填土可用小型机械压实，每层虚铺厚度宜为0.25-0.4m。压实度应符合设计要求。

3.6 管道系统检验

集中供热预制保温塑料管应在回填至管顶0.5m以上后，依次进行强度试验、严密性试验和清洗。强度试验和严密性试验的介质应采用干净水，其温度不宜低于5℃。强度试验压力应为设计压力的1.5倍，严密性试验压力应为设计压力的1.25倍，且不得低于0.6MPa。管道清洗宜采用清洁水，不与管道同时清洗的设备、容器及仪表应与清洗管道隔离或拆除，冲洗前应将管道充满水并浸泡，冲洗的水流方向应与设计介质流向一致，冲洗应连续进行，并逐渐加大管內流量，管内平均流速不应低于1m/s 。

4 结语

随着中国节能减排与环境保护政策贯彻落实、城镇化进程不断推进、老旧集中供热管网改造以及集中供热由北向南扩展，集中供热事业将会快速发展。由于集中供热预制保温塑料管具有使用寿命长，一般可达30-50年；保温效果好，温降可控制在0.1℃/km以下；耐腐蚀性好、接头连接可靠，可使失水率降低到0-1%；以及具有施工方便、综合成本低等特点，可有效解决目前集中供热管网存在的易腐蚀、使用寿命短、热损失大、水质差等问题。因此，集中供热预制保温塑料管将具有良好发展前景。