柔性预隔热塑料管

1、柔性预隔热塑料管Flexible Pre-insulated Plastics Pipes张玉川 2013-1前言柔性预隔热塑料管 本文简要介绍一种国外已经广泛应用但是国内还没有推开的塑料管产品-柔性预隔热塑料管(flexible pre-insulated plastic pipe)。柔性预隔热塑料管主要用于输送热水，但是和应用在建筑内的冷热水塑料管不同，柔性预隔热塑料管主要应用在建筑外并埋地铺设。目前在这个应用领域我国还都在采用钢管。在建筑外埋地铺设输送热水的钢管现有两类，一类普通钢管，在现场连接后再做隔热（保温）层，通常铺设在地下管沟内；另一类钢管是在工厂内就预先做好隔热（保温）层，在现

2、场连接钢管后就可以直接埋设在地下，即所谓预制直埋保温管（如CJ/T 114）。柔性预隔热塑料管和钢管比较 柔性预隔热塑料管是以耐热的塑料管为芯管（输液管），在工厂内就预先做好塑料泡沫隔热层和塑料外保护层。最鲜明的特点是具有柔性，产品以长盘管供应，因此铺设非常方便，快捷和经济。同时因为内外都是抗腐蚀的塑料，具有不需要维护，使用寿命长的优点。当然，柔性预隔热塑料管也是有局限性的，因为以长盘管供应，直径有限；采用通用的热塑性塑料其耐温和耐压也有限（采用增强和工程塑料可以提高）。 柔性预隔热塑料管在发达国家已经有几十年成功经验，有相当大的市场需求，有不少大企业集团在生产（详见下文）。同时我国具有开发柔

3、性预隔热塑料管的市场空间和技术基础。希望我国塑料管业注意这个机遇。国外生产的柔性预隔热塑料管历来采用过氧化物交联聚乙烯PEX-a管做芯管。我国生产PEX-a管已经有不短的历史，很大的规模，但是始终局限在地板采暖管市场。笔者一直在建议调整我国塑料管产品结构，呼吁开拓大直径交联聚乙烯市场，从开发柔性预隔热塑料管起步可能是个突破口。1 柔性预隔热塑料管的市场 柔性预隔热塑料管的主要市场是:1-1区域供热供冷: 全球很多地区冬季寒冷必须采暖。为了尽量节约能源和减少污染，普遍都在推动发展区域供热（DH -District heating）。区域供热通常是从一个地区集中的热源通过埋地管网向分散的建筑提供热

4、能。集中的热源包括热电站(热电联产CHP)，工业废热和地区的锅炉房等。有的管网分两级，连接热电站或锅炉房的一级管网工作温度较高，连接建筑用户的二级管网温度比较低，两管网之间是热交换器站（二级管网通常连续工作温度80°C，最高工作温度95°C，压力6-10bar），管路比较长，直径比较小（大部分在110mm以下）。采用柔性预隔热塑料管有明显的好处：l 铺设方便和经济：柔性预隔热塑料管用盘卷供应，可以随需弯曲，一般中间不用接头，又不需要在现场做隔热，所以铺设时需要的开挖量少，工期短，费用低。根据美国的经验可以节约铺设费用25-40%l 寿命长，不需要维护：柔性预隔热塑料管的芯管

5、（输液管）是不腐蚀并保证长使用寿命的耐热塑料管。外表有PE的保护套。实践证明远比传统管道可靠耐久。l 热损失小：在工厂中预先做好的PU或PEX泡沫塑料隔热层可以使热损失小于3%。 在普遍采用区域供热的俄罗斯，北欧各国都在推广应用柔性预隔热塑料管。例如俄罗斯有供热管网34万公里，过去都用钢管，寿命短，热损失大，每年需要更新量约4%。2002年后推广柔性预隔热塑料管，10年内已经铺设超过5,000公里，生产企业POLYPLASTIC近年年销售已达1000公里，约30亿卢布。 柔性预隔热塑料管也被应用于区域供冷。如阿联酋的EPPI公司生产以HDPE芯管的EPPI-Flex。区域供冷比分散制冷经济和环

6、保，国外正在发展。我国很大地区夏季需要制冷，为节能减排也应该推广区域供冷。1-2 可再生能源利用: 为了可持续发展各国都在提倡利用可再生能源。已经广泛应用的是地源热泵，太阳能，温泉水，生物能等。因为可再生能源的设施一般在需用热能的建筑以外，常常需要用管道输送热能。这是柔性预隔热塑料管另一个市场。 例如：日本不少地方为了充分利其分散的温泉资源，很早就采用柔性预隔热塑料管建立温泉水管网1。 又如：在欧美有许多住宅分散在生物茂盛的地区，可以利用焚烧废弃的生物（柴草）取得热能。这些焚烧设施通常离开分散的住宅有一定距离，不少就采用柔性预隔热塑料管连接。1-3工业领域: 在工业领域需要大量输送高温或低温流

7、体的管道，这些流体又常常具有腐蚀性。采用柔性的预隔热塑料管替代刚性的合金管也有不小的优势。减少接头和管件就显著提高可靠性。1-4 防冻和防结露的冷水管：柔性预隔热塑料管用于工业 冷水管在严寒下可能冰冻，在湿热下可能外表面结露。所以有些冷水管也需要隔热，也可以采用柔性预隔热塑料管。2柔性预隔热塑料管的技术2-1柔性预隔热塑料管结构Rehau柔性预隔热塑料管 柔性预隔热塑料管通常是三层复合，中心是输送流体的耐热塑料芯管（或称输液管），芯管外是塑料泡沫的隔热层，最外面是塑料保护套管。要求工作温度和/或工作压力更高的柔性预隔热塑料管再增加一增强层。Uponor 双芯管柔性预隔热塑料管 输送流体的耐热塑

8、料芯管大部分是一根，也有是双根（一供水一回水），或四根（二供热用，二饮水用）。 塑料泡沫的隔热层可以是单层一体的PU泡沫塑料或多层分开的PEX泡沫塑料。 塑料保护套管可以是平实壁管或单壁波纹管。Watts柔性预隔热塑料管Mecso增强柔性预隔热塑料管Polyplastic增强柔性预隔热塑料管 增强层可以是编织的芳纶纤维，也可以是缠绕的钢带。 柔性预隔热塑料管分两类：粘合系统（bonded system）和不粘合系统（non bonded system）。在粘合系统中芯管，隔热层和保护套是被隔热材料粘合的，在不粘合系统中芯管，隔热层和保护套没有被隔热材料粘合。2-2柔性预隔热塑料管的基本要求和基

9、础理论 对柔性预隔热塑料管的基本要求是耐热使用寿命隔热性能柔韧性抗外作用隔热层的压缩蠕变和吸水保护套管的抗紫外线，热稳定性和抗应力开裂2-2-1使用寿命和使用条件 区域供热用柔性预隔热塑料管要求在规定的使用条件下安全使用30年。 区域供热用柔性预隔热塑料管的工作温度是高于建筑内冷热水管道的，换句话说，温度-时间分布不同于建筑内冷热水管道的国际标准EN/ISO 10508（国标GB/T 18991）中5个使用条件级别。按照欧洲标准组织CEN TC 107对塑料芯管正在制定中的标准要求，区域供热用柔性预隔热塑料管的温度-时间分布是： 80°C / 176°F - 29 年 90

10、°C / 194°F - 1 年 95°C / 203°F - 100 小时 所以柔性预隔热塑料管对于芯管和隔热层材料的要求是较高的。 在俄罗斯和前独联体等一些国家区域供热的温度更高于欧盟国家，所以需要开发耐更高温度的增强柔性预隔热塑料管。2-2-2 基础理论 柔性预隔热塑料管计算使用的基础理论是与建筑内冷热水管道相同的，采用的是ISO 13760标准规定Miners 的规则（Miners Rule）和ISO 9080标准规定的外推方法等。因为使用条件不同测试的要求也不同于建筑内冷热水管道的。 2-3柔性预隔热塑料管材料2-3-1 耐热塑料芯管 耐热塑料

11、芯管通常是PEX-a管。供热用柔性预隔热管通常要持续在高温80°C(短时间到95°C)和压力 0.6-1MPa下工作，同时又要保持柔性，所以芯管普遍采用交联聚乙烯PEX-a。在输送热水的热塑性塑料管中交联聚乙烯管是历史最久，用量最大的。有大量的试验研究和长期的实用经验证明在按照标准生产和使用下可以长期安全可靠地运行。在三类交联聚乙烯中选用过氧化物交联聚乙烯PEX-a的原因一是柔性最好，二是可以用电熔管件连接。 近年耐热聚乙烯PE-RT发展很快，性能不断提高。因为PE-RT不需要交联加工比较容易，又可以熔接，目前在地板采暖领域已经成为交联聚乙烯管强劲的竞争对手。PE-RT是否

12、可以用于工作温度较高的柔性预隔热塑料管值得关注。但是，目前见到的试验研究报告对PE-RT能否长期安全使用还有争议，认为PEX-a的耐热性能更好3。此外，在抗腐蚀和抗磨损性能方面PEX-a也显著地优于PE-RT，所以建议我国开发柔性预隔热塑料管优先采用已经有长期成功经验的PEX-a管。 国外生产柔性预隔热塑料管也有个别企业采用PEX-b或PB做耐热芯管。2-3-2 低温用塑料芯管 柔性预隔热塑料管也可以用于输送低温液体，例如输送冷却用水。低温用塑料芯管都采用HDPE管。2-3-3 塑料泡沫隔热层 塑料泡沫隔热层有两种材料：聚氨脂PU泡沫塑料或交联聚乙烯PEX泡沫塑料。对隔热用泡沫塑料的性能要求有

13、：低的导热率，低的吸水率，一定的抗压强度和抗老化。2-3-4 塑料保护套管 塑料保护套管通常采用 HDPE或LDPE单壁波纹管。因为保护套管必须有足够的环刚度（大于4 kN/m²），能够抵抗外压的负载。同时又要保持轴向的柔性，保证柔性预隔热塑料管能够弯曲到比较小的弯曲半径。所以常采用特殊设计的单壁波纹管。国外也有企业用平实壁管。2-3-5 增强层 要求较高工作温度和压力的柔性预隔热塑料管需要考虑增强。1） 例如在俄罗斯和前独联体国家，和欧洲国家不同（最高70,1MPa或者95,0.6MPa），规定的采暖热水温度比较高，所以供热管网的工作温度也比较高。为了适应这样的市场，俄罗斯 Pol

14、yplastic在2000年引进西欧技术后先是自主开发了芳纶纤维增强的 ISOPROFLEX®-95A(95,1MPa)，2011年又开发芳纶纤维增强加复合其他聚合物的 ISOPROFLEX®-115A (115,1MPa)和-135A (135,1MPa)。2 日本MESCO在1980年就开发的温泉和地热水供应管（GNG管）就采用了钢带增强交联聚乙烯管1。2-4柔性预隔热塑料管的制造2-4-1 PEXa芯管的制造 至今国际上制造PEXa芯管大部分采用Engel方法，即柱塞挤出法。（已经查明Brugg，Polyplastic，Golan采用Engel生产法。）Golan柱塞

15、挤出法制造PEXa管已经有40年历史的柱塞挤出法可以制造直径最大到630mm（以色列Golan），质量达到国际标准的PEXa管，缺点挤出速度低。国内应用柱塞挤出法制造小直径PEXa管已经有丰富经验，但是直到最近才有企业用引进设备制造出110mm的PEXa管。 近年国外一些企业开始采用螺杆挤出+红外线交联新技术制造PEXa芯管。新方法的挤出速度较高，可以制造直径最大到250mm，质量达到国际标准的PEXa管4。KWH 芯管+PU泡沫+套管生产线PEXa管2-4-2 增强层的制造 目前见到生产增强柔性预隔热塑料管的企业有俄罗斯的Polyplastic。采用的技术是在芯管外连续编织芳纶纤维线。日本M

16、ESCO采用钢带缠绕增强。2-4-3 隔热层的制造Polyplastic增强芳纶编织PEXa管 聚氨脂PU泡沫塑料层是在完成芯管后连续成型的。国际市场有可以把芯管挤出成型，PU泡沫层和PE保护套管连续完成的生产线，如KWH就向阿拉伯酋长国Arab Emirates提供了这样的生产线。编织增强芳纶纤维线 交联聚乙烯PEX泡沫塑料层是先用挤出法制造成泡沫塑料片材，切条包覆到芯管上，可以包覆几层。2-4-4 保护套管的制造Polyplastic PE波纹管制造 波纹保护套管的制造方法和通常制造单壁波纹管相同。2-5柔性预隔热塑料管配套管件和附件 柔性预隔热塑料管的连接和铺设分三步：芯管连接；接头保护

17、；接头隔热。需要配套管件和附件有： Brugg螺纹压紧式管件2-5-1芯管连接用管件：REHAU的FUSAPEX 芯管连接是保证管道可靠耐压的基础。PEXa芯管大部分采用机械压紧方法连接，和建筑内冷热水管用交联聚乙烯管通常采用的相同。管件通常采用卡压式管件或螺纹压紧式管件，各生产企业常有自己的专利产品。PEXa芯管也可以采用电熔管件连接。例如生产柔性预隔热塑料管的德国REHAU就生产的交联聚乙烯电熔管件FUSAPEX。使用温度范围-40°C到+95°C。2-5-2接头保护用附件： 为了完成芯管连接，在接头处管端需要剥去一段隔热层和套管。芯管连接后要用专门的附件-各种形状的保

18、护套把这一段覆盖。一方面形成一个密闭空间以备下一步充填泡沫塑料隔热。另一方面起到承受外压保护接头部分的作用。Watts接头保护附件2-5-3接头隔热用附件和材料： 接头隔热通常采用灌注PU泡沫。用两种液态原料在现场手工混合后灌注入接头保护套即可。Watts自动调节加热电缆2-5-4其他附件： 如防止水渗入的封盖，热收缩套，防止冻冰的自动调节加热电缆。2-6柔性预隔热塑料管的标准2-6-1柔性预隔热塑料管标准： EN 155632 地区供热管材预隔热柔性管道系统District heating pipes Pre- insulated flexible pipe system”该标准包括 EN

19、15632-1:2009 地区供热管材预隔热柔性管道系统-第一部分：分类，总体要求和测试方法District heating pipes - Pre-insulated flexible pipe systems - Part 1: Classification, general requirements and test methods EN 15632-2:2010地区供热管材预隔热柔性管道系统-第二部分：粘合的塑料芯管-要求和测试方法District heating pipes - Pre-insulated flexible pipe systems - Part 2: Bonded

20、plastic service pipes - Requirements and test methods EN 15632-3:2010地区供热管材预隔热柔性管道系统-第三部分：不粘合的塑料芯管-要求和测试方法District heating pipes - Pre-insulated flexible pipe systems - Part 3: Non bonded system with plastic service pipes; requirements and test methods EN 15632-4:2009地区供热管材预隔热柔性管道系统-第四部分：粘合的金属芯管-要求和

21、测试方法District heating pipes - Pre-insulated flexible pipe systems - Part 4: Bonded system with metal service pipes; requirements and test methods ASTM F 2165 02 柔性预隔热管道的标准规范 Standard Specification for Flexible Pre-Insulated Piping 我国还没有柔性预隔热塑料管标准，有关的标准是： CJ/T 114-2000 高密度聚乙烯外护管聚氨醋泡沫塑料预制直埋保温管 2-6-2 PE

22、Xa芯管标准 欧洲生产柔性预隔热塑料管的企业规定PEXa芯管按照DIN 16892 和 DIN 16893，隔氧层EVOH按照DIN 1472。 DIN 16892交联聚乙烯管 -总体质量要求和测试Crosslinked polyethylene (VPE)pipes - General quality requirements and testing DIN 16893 交联聚乙烯管-尺寸Crosslinked polyethylene (PE-X)pipes- Dimensions 我国有建筑冷热水用交联聚乙烯管国家标准： GB/T 18992.1 -2003冷热水用交联聚乙烯(PE-X)

23、管道系统 第一部分：总则 GB/T 18992.2 -2003冷热水用交联聚乙烯(PE-X)管道系统 第二部分：管材2-6-3 隔热层标准 欧洲生产柔性预隔热塑料管的企业规定PU泡沫按照EN15632 / EN253。3柔性预隔热塑料管的生产企业 目前国际上生产柔性预隔热塑料管的主要企业：Brugg 荷兰 Polyplastic 俄罗斯www.polyplastic.ru Uponor 芬兰Watts 荷兰Rovanco Piping Systems 美国 Logstor 丹麦 SET 以色列Thermaflex 荷兰 KE KELIT 奥地利REHAU MESCO 日本 （有些企业是跨国集团

24、，所注国家只是其本部所在国。）企业名商品名芯管外径 芯管增强隔热外套BruggCALPEX®-150PEXa无PULDPE波纹PolyplasticISOPROFLEX®ISOPROFLEX® A-75-225PEXaPEXa无芳纶PUPE波纹UponorEcoflex-110PEXa+EVOH无PEXHDPE波纹WattsMICROFLEX®-110PEXa+EVOH无PEXHDPE波纹RovancoRhinoflex-125PEXa+EVOH无PUPE波纹LogstorPEX-Flex-110PEXb+EVOH无PULDPE平壁 SETElipex-90PEXa+EVOH无PUPE平壁ThermaflexFlexalen-125PB无POHDPE波纹KE KELITKELIT®PEX-110PEXa无PULDPE波纹REHAURauvitherm-110PEXa+EVOH无PEXLDPE波纹M