新材料-高密度耐热聚乙烯（PE-RTⅡ）管道在供热上的应用

新材料—⾼密度耐热聚⼄烯（PE-RTⅡ）管道在供热上的应⽤集中供暖能源综合利⽤率⾼，便于管理，是⽬前我国北⽅地区较普遍的供暖⽅式。从80年代末开始，市政热⼒管道迎来了聚氨酯预制保温管时代，它是以聚氨酯硬质泡沫塑料为保温层，⼯作管为钢管，⾼密度聚⼄烯为外护管的直埋管道。聚氨酯保温直埋管道具有耐压、耐⾼温等特点，但在输送热⽔的过程中，易受热⽔介质及其中的离⼦腐蚀，使管道寿命缩短，还会污染⽔质，引起锈渣堵塞仪表阀门（如热量表）等问题。其次，由于接头采⽤焊接⽅式连接，受⼯⼈技术⽔平影响难以保证焊缝质量，易发⽣泄漏事故。因此，钢质管道在⼀定年限后，运⾏维修成本较⾼。图1⼯作管为钢管的聚氨酯保温直埋管图2⾼密度耐热聚⼄烯保温直埋管1⾼密度耐热聚⼄烯材料简介耐热聚⼄烯（PolyethyleneofRaisedTemperatureResistance，简称PE-RT），是通过与⼰烯等烯烃共聚获得优异的长期耐热稳定性以及优良的长期静液压强度；同时保留了传统⾼密度聚⼄烯优异的焊接性能（热熔对接焊接、电熔连接）、低温抗冲击性能（低⾄-40℃）、耐开裂性能优秀（划痕是否会引起快速脆性破坏）等特征。⽬前，耐热聚⼄烯已经发展到⾼密度耐热聚⼄烯II型。⾼密度耐热聚⼄烯（PE-RTⅡ）和所有的聚烯烃材料⼀样，都是由碳和氢组成的⾼分⼦聚合物，化学稳定性很好，对于常见的酸、碱以及盐具有很好的耐腐蚀性。聚烯烃材料的性能取决于材料的结构，主要的影响因素包括分⼦量分布以及共聚单体的种类。聚⼄烯类聚合物的共聚单体包括⼰烯、丁烯和⾟烯，共聚单体分⼦链越长，越能形成更多的连接链。从分⼦量的分布来看，有单峰分布的，也有双峰分布的，双峰的分⼦量分布具有更好的综合性能，因为低分⼦量部分确保了材料良好的加⼯性能，⾼分⼦量部分使得材料具有很好的耐压性能以及长期的稳定性。此外，PE-RTⅡ型材料是⼀种粘弹性材料，具有弹性和粘性的双重特性，因此有很好的可塑性和减⼩外界应⼒损伤。道达尔公司PE100级⾼密度耐热聚⼄烯XSeneXRT70为国外PE-RTⅡ型塑料的代表，该材料的物理性能如表1所⽰。表1PE-RTⅡXSeneXRT70典型物理⼒学性能国内近年来也攻克了PE-RTII型的⽣产，齐鲁⽯化⽣产的QHM22F⾼密度耐热聚⼄烯PE-RTII型于2016年进⼊市场，获得好评。图3PE-RTⅡ型PE颗粒2⾼密度耐热聚⼄烯保温管的特点⾼密度耐热聚⼄烯保温管是以耐热聚⼄烯（PE-RTⅡ）树脂及专⽤⾊母料经过混合挤出成型为⼯作内管，以聚氨酯材料为保温层，以⾼密度聚⼄烯管材为外护管，公称压⼒不⼤于1.0MPa，最⼤输送热⽔温度不超过80℃的室外集中供热复合管材。适⽤于热⼒预制直埋管、以及⾼温热⽔管道系统等，尤其在北⽅应⽤于城镇供热系统⼆次管⽹以及温泉保温管道系统。⾼密度耐热聚⼄烯保温管和钢管的另⼀个区别体现在热胀冷缩特性上，PE-RTII型PE管的膨胀量很⼤，但是膨胀⼒很⼩；⽽钢管相反，膨胀量很⼩，膨胀⼒很⼤。因此，相同的应⽤条件下，PE管的膨胀⼒⼀般不到钢管的1/50。对于集中供热⼆级管⽹⽤的预制保温PE管⽽⾔，管道轴向应⼒主要包括管道热胀冷缩⽣的热胀应⼒，保温层和⼯作管之间的剪切应⼒以及外护管与⼟壤之间的摩擦应⼒。当外护管与⼟壤之间的摩擦⼒⼤于或等于管道⽣的热胀⼒时，管段将不会⽣热位移。⼯作管的轴向热胀⼒远⼩于⼯作管和保温层之间的剪切⼒，因此⼯作管和保温层之间不会出现脱层现象。这就意味着：因此管道完全可采⽤直埋⽆补偿的⽅式进⾏敷设，且⽆需采⽤额外的固定措施，可减⼩投资和施⼯难度。根据资料显⽰，⾼密度耐热聚⼄烯管较普通的钢管还具有以下特点：（1）保温性能好，内层导热系数仅有0.42W/m.K，热损失远低于钢管，长期运⾏可节约⼤量能源，显著降低能源成本。（2）具有很强的防⽔和耐腐蚀能⼒，密封可靠，不渗不漏；⽆锈蚀，不污染⽔质，不结垢堵塞，在热⼒管⽹的⽇常管理和维护上有较⼤优势。（3）在低温条件下也具有良好的耐腐蚀和耐冲击性，材料脆化温度达-70℃，能轻松应对在寒冷地区使⽤。（4）耐压耐温，性能可靠，70℃下使⽤寿命可达50年。（5）热熔对接和电熔焊接⽅便，牢固可靠。（6）施⼯⼯艺简单快捷，施⼯安装⽅便，不需附设管沟，可直接埋⼊地下。该特点⼤⼤节省了PE-RTII管道的施⼯成本，缩短了施⼯周期。综合考虑⼈⼯费、材料费和机械设备的费⽤，PE-RTII管道的施⼯成本相对于钢管能节省30%。（7）该类管道具有优异的耐快速开裂和耐慢速裂纹增长性能，压扁后可恢复；⼀旦管道出现断裂，破损等情况，可利⽤压管器实现局部阻⽔作业，⽅便紧急维修，节约成本与时间。（8）经济可⾏性：90mm以下直径，⾼密度耐热聚⼄烯管材料成本与钢管相当；110mm以上，较钢管⾼10~20%。若结合施⼯及运⾏，⾼密度耐热聚⼄烯管在dn355以下经济性⾼于钢管。3国内外⾼密度耐热聚⼄烯保温管的应⽤现状（1）国外应⽤现状

⾼密度耐热聚⼄烯保温管⾸先出现于欧洲，由原材料、管道⽣产商和供热单位共同开发，并形成产品。由于西欧居民⽤户普遍采取分散式供暖，集中供暖主要集中在东欧地区，因此，市政供热管道也⼤多数集中在东欧。在这些国家中，⾼密度耐热聚⼄烯保温管已经在⼩区⼆级供热管⽹中应⽤多年。如1987年在奥地利Lichtenegg集中供热管⽹系统中就使⽤了3kmDN20~125mm的预制直埋保温PE管道。该管⽹使⽤已经近30年，运⾏状况良好；冰岛⾸都雷克雅未克也采⽤了此类供热直埋管件。总体看来，预制直埋保温塑料管在欧洲已经形成了完备的产品和设计、施⼯标准体系。（2）国内应⽤现状最近两年，北京、⼭东青岛、乳⼭、河南鹤壁、吉林省吉林市、河北沧州、内蒙古⾚峰等地近⼗⼏个管⽹改造⼯程以及新建管⽹⼯程采⽤了⾼密度耐热聚⼄烯(PE-RTII)预制直埋保温管，取得了良好效果。表2是PE-RTII型直埋保温管在国内的部分使⽤情况。表2PE-RTII型预制直埋保温管的部分应⽤情况根据⽬前的运⾏数据，各⾼密度耐热聚⼄烯保温管输送的热⽔温度在80℃以下，管道运⾏状况良好。4我国⾼密度耐热聚⼄烯保温管的规范标准为了规范该⾏业健康有序发展，我国在2015年颁布了《⾼密度聚⼄烯外护管聚氨酯发泡直埋保温管符合塑料管》（CJJ/T480-2015）。此外，各地根据地⽅特征，也分别出台了⼀系列的地⽅标准。表3为耐热型⾼密度聚⼄烯管⾏业的相关标准汇总。表3耐热性⾼密度聚⼄烯管相关标准5⾼密度耐热聚⼄烯保温管在供热上使⽤的注意事项（1）原材料要严格把关，注意区分PE-RTII型产品和PE-RTI型产品。（2）焊接时，⼯作管公称外径⼩于90mm时，宜采⽤电熔管件进⾏连接；⼯