韓 勇 張靈東

（天華化工機械及自動化研究設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州 730060）

0 概述

聚氨酯保溫管，就是用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料做絕熱材料的保溫管道。因其具有良好的保溫效果，被廣泛的應(yīng)用于北方寒冷地區(qū)輸回水、城市供暖、原油輸送等領(lǐng)域。目前，國內(nèi)普遍采用的保溫管生產(chǎn)工藝、適應(yīng)的合理管徑范圍以及由相應(yīng)工藝生產(chǎn)的保溫層所潛藏的缺陷，已經(jīng)無法滿足日益擴大的市場、高標準質(zhì)量管理的要求。泡沫噴涂是在現(xiàn)有“一步法”、“管中管法”、“纏繞法”的基礎(chǔ)上，結(jié)合鋼管3PE防腐工藝特點，近兩年推出的一種新型的聚氨酯保溫管生產(chǎn)工藝，因其具有其他工藝不可比擬的優(yōu)勢，逐漸被業(yè)內(nèi)認可。

1 泡沫噴涂工藝簡介

圖1 大口徑鋼制管道泡沫噴涂工藝布置圖

泡沫噴涂工藝（圖1）主要特點是鋼管旋轉(zhuǎn)過程中在線進行泡沫噴涂，同時揉合了3PE防腐工藝的中聚乙烯防護層成型工藝，其具體實施步驟如下：鋼管經(jīng)外壁清理設(shè)備拋丸清理后上傳至緩沖平臺，通過運管小車運送至泡沫噴涂區(qū)，泡沫噴涂區(qū)設(shè)有噴涂小車、高壓噴涂機等設(shè)備，鋼管在噴涂小車上沿軸向勻速前行，同時沿徑向勻速旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過固定的噴涂倉時，高壓噴涂機將按比例混合均勻的聚醚、異氰酸酯混合物噴涂至鋼管表面，混合物反應(yīng)后形成一定厚度的聚氨酯泡沫，通過運管小車運送至泡沫熟化、固化區(qū)域，固化完成的泡沫管再由運管小車運送至側(cè)纏繞傳動線，經(jīng)過加熱、聚乙烯側(cè)纏繞、聚乙烯膜擠壓、冷卻等工序后形成聚乙烯外防護層。

2 泡沫噴涂聚氨酯保溫層管質(zhì)量優(yōu)勢分析

泡沫噴涂工藝作為一種新型的聚氨酯保溫層成型工藝，避免了“一步法”內(nèi)定徑工藝受其適應(yīng)生產(chǎn)管徑范圍φ32～φ426mm的限制[1]，突破了“管中管”工藝生產(chǎn)效率低的瓶頸，打破了“分段模具發(fā)泡加外纏繞”工藝不能連續(xù)生產(chǎn)的局限，除此之外，在聚氨酯保溫層的質(zhì)量上，更有突出的優(yōu)點。

2.1 克服了傳統(tǒng)“管中管”工藝的缺陷

由“管中管”成型工藝[2]可知，其聚乙烯防護層、聚氨酯保溫層是單獨成行的，聚氨酯是在有內(nèi)撐的聚乙烯防腐管內(nèi)從管端逐步注料、發(fā)泡而成，聚氨酯泡沫層的成型過程伴隨放熱反應(yīng)，由于聚乙烯是熱的不良導體，發(fā)泡過程中形成的大量熱能不能及時擴散出去，必然導致泡沫層發(fā)黃，即所謂的 “燒心”現(xiàn)象。同時，聚氨酯保溫層成型過程沒有糾偏措施，發(fā)泡過程產(chǎn)生的膨脹力得不到有效控制，也會引起保溫層“偏心”、聚乙烯保護層易“漲裂”等現(xiàn)象。除此之外，聚乙烯防護層和聚氨酯保溫層之間“脫殼”、保溫層密度不均勻等現(xiàn)象也是 “管中管”工藝的缺陷。而泡沫噴涂工藝是借鑒了3PE防腐涂層的工藝優(yōu)點，鋼管采用螺旋傳輸，按比例混合好的異氰酸酯和聚醚通過高壓噴涂機噴涂在行進的鋼管表面，聚乙烯采用側(cè)擠出纏繞的方式同步形成的聚氨酯保溫層及聚乙烯防護層。杜絕了“管中管”工藝中不可避免的缺陷，改善了保溫層及防護層的質(zhì)量。

2.2 滿足涂層高質(zhì)量要求的同時，擴大了保溫管的管徑生產(chǎn)范圍

“一步法”保溫管生產(chǎn)工藝于1982年由天華院和勝利油田共同開發(fā)完成，經(jīng)過30多年的工藝優(yōu)化和設(shè)備改進，已經(jīng)能夠滿足高質(zhì)量、高產(chǎn)能、低生產(chǎn)成本的企業(yè)要求，同時也滿足了近20年國內(nèi)油田快速發(fā)展對小管徑原油輸送保溫管的安全需求，適應(yīng)了市場對產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保、安全有效的要求。但由于“一步法”工藝自身的缺陷，管徑≥φ426mm時，聚氨酯保溫層在成型過程中由于鋼管自重的原因，會導致底部的保溫層壓扁減薄，影響保溫質(zhì)量，這是“一步法”工藝不能突破的最大瓶頸。同時，隨著市場的發(fā)展，以預埋為主的“黃夾克”聚乙烯防護層已經(jīng)不能滿足市場的需求，在需要架空或者地面敷設(shè)的保溫管工程中，黑色聚乙烯防護層的“黑夾克”管需求量越來越大，由于“一步法”成型過程中發(fā)泡液面離內(nèi)定徑冷卻套的合理距離在400mm以內(nèi)，且液面是時時變化的，“黃夾克”聚乙烯防護層透光，便于液面的觀察，“黑夾克”聚乙烯防護層吸光，操作者不易控制液面的位置，生產(chǎn)過程中容易造成泡沫堵死內(nèi)定徑冷卻套的現(xiàn)象，導致生產(chǎn)線停工。而泡沫噴涂工藝更適合管徑≥φ426mm以上鋼管的保溫層成型，擬補了“一步法”工藝生產(chǎn)管徑范圍受限的缺陷，同時，聚乙烯側(cè)纏繞技術(shù)也解決了保溫管對防護層顏色的限制。

3 泡沫噴涂聚氨酯保溫層市場、運行安全及環(huán)境保護優(yōu)勢分析

相比“管中管”工藝和 “一步法”工藝，泡沫噴涂工藝不但在本身成型的產(chǎn)品質(zhì)量上具有優(yōu)勢，在相同管徑的生產(chǎn)條件及質(zhì)量要求下，聚氨酯保溫層及防護層的原材料用量也更少。比如以DN700mm鋼管為例，泡沫噴涂法比“管中管”法施工所用的原材料費降低35%左右，而生產(chǎn)速度是“管中管”法的2倍多[1]。除此之外，泡沫噴涂工藝其他的優(yōu)勢也是傳統(tǒng)施工法不能相比的。

3.1 市場環(huán)境方面

我國城市集中供暖最早從50年代開始，伴隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，尤其是最近十年北方城市房地產(chǎn)噴井式的發(fā)展，新建、擴建小區(qū)從最小的幾萬平方米到幾十萬平方米，集中供暖的管徑也隨著供熱需求面積的增加而增加。截止目前，北方省份主供熱管道基本在DN700mm～DN1000mm之間，隨著城市化進程的不斷推進，長輸供熱管道及供熱管徑有不斷擴大的趨勢。除此之外，目前城市供、回水管道還采用水泥管道和鑄鐵管，均未保溫。但在北方較冷的城市中（如東北、西藏等地），供、回水管道必須深埋在凍土層以下，否則，在寒冷的冬季很容易出現(xiàn)管道凍裂的現(xiàn)象，這樣的結(jié)果不但會產(chǎn)生高額的施工費用及經(jīng)濟損失，同時會給居民帶來生活上不便。采用保溫管后，管道可以明設(shè)或埋在地表淺層，這樣既節(jié)省了施工費用，同時運行安全可靠，不會出現(xiàn)管道凍裂現(xiàn)象。而這種主管道往往都超過1m管徑，最大甚至到2.5m以上。在此情況下，高產(chǎn)能、低生產(chǎn)成本的泡沫噴涂工藝對保溫管生產(chǎn)企業(yè)占據(jù)市場主導地位提供了有力的支撐。

3.2 管網(wǎng)安全運行性能提高

大口徑的聚氨酯保溫一般都采取 “管中管”法。由上面的分析可知，采用“管中管”法泡沫層形成過程中存在的大量熱能及內(nèi)應(yīng)力不能及時釋放，長時間的累積會導致防護層“爆裂”，影響管線的安全運行。比如中俄輸油管線—漠大線，設(shè)計管徑813mm，凍土層采用3PE防腐+“管中管”聚氨酯保溫的工藝，運行不到一年時間就出現(xiàn)過不同程度的防護層“爆裂”、保溫層失效的問題。而泡沫噴涂工藝是采用在線聚氨酯噴涂、聚乙烯防護層側(cè)纏繞成行的工藝，不會存在熱能、內(nèi)應(yīng)力的積累，能夠大大提高管網(wǎng)安全運行的性能。

3.3 環(huán)境保護方面

泡沫噴涂的原材料包括多元醇、異氰酸酯、泡沫穩(wěn)定劑B8433、發(fā)泡劑HFC-245fa、水，其中發(fā)泡劑HFC-245fa質(zhì)量占泡沫噴涂料的0.8%[3]，參考“管中管”和泡沫噴涂工藝經(jīng)濟成本的比較[3]，以DN700mm的管徑為例，生產(chǎn)1m保溫管，采用泡沫噴涂工藝比“管中管”法可減少40g的HFC-245fa用量，而HFC-245fa為氟利昂的一類，雖然HFC類對臭氧層無害，但對溫室效應(yīng)有一定影響，而且它的溫室效應(yīng)效果比二氧化碳還高，溫室效應(yīng)使地球表面的溫度上升，引起全球性氣候反常。

4 結(jié)束語

隨著國家標準GB/T 34611-2017《硬質(zhì)聚氨酯噴涂聚乙烯纏繞預制直埋保溫管》等一系列相關(guān)技術(shù)性能的國家標準陸續(xù)頒布，國內(nèi)城市集中化及房地產(chǎn)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，尤其是在國家大力發(fā)展西北部，提高城市化人口的政策推動下， 國內(nèi)聚氨酯保溫管的需求量將逐年擴大, 大口徑鋼管聚氨酯泡沫噴涂法將以工藝完善、成型的產(chǎn)品性能穩(wěn)定、質(zhì)量過關(guān)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢逐步占領(lǐng)大口徑的保溫管市場，其應(yīng)用前景必將十分廣闊，值得行業(yè)內(nèi)大范圍推廣應(yīng)用。但為使泡沫噴涂工藝在我國能健康穩(wěn)步持久地發(fā)展，提高企業(yè)的利潤及相關(guān)管網(wǎng)、工程的安全運行性，就必須做到：（1）按照最新頒布的國家標準，堅持高標準嚴要求，在我國廣泛推行泡沫噴涂法成型的聚氨酯保溫產(chǎn)品；（2）設(shè)計單位、生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用部門要密切合作、總結(jié)經(jīng)驗，減少傳統(tǒng)“管中管”工藝的使用量，制定和完善保溫管管網(wǎng)工藝設(shè)計、施工和驗收規(guī)范, 保持設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)同步發(fā)展； （3）生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)集中力量推行泡沫噴涂先進技術(shù)，不鼓勵應(yīng)用存在問題的保溫管生產(chǎn)工藝。