摘　要：為保證集中供熱工程質量，結合東營地區環境特點，通過調查研究，采用泡沫灌注、玻璃鋼纏繞施工工藝，制作出適于該地區使用的硬質泡沫保溫玻璃鋼外護防腐管線，并根據現場特點，采用在補口處加設玻璃鋼套袖，套袖兩端用兩道遇水膨脹橡膠密封，現場進行泡沫灌注的工藝進行補口，保證了管線外防腐層的整體性，適于特定地下環境的供暖保溫管線。
關鍵詞：聚異脲酸脂；聚氨酯泡沫；玻璃鋼；灌注；成型；纏繞

　　采用熱電聯供運作模式集中供暖，因其一次投資、長期收益、綠色環保等優點現正在成為國內供暖發展的主方向，由于集中供熱管線主要在城區敷設，且運行溫度高，要求保溫管線外護層具有較高的抗壓能力和較長的使用壽命，因此傳統的管線防腐保溫工藝已經不能滿足工程的需要，為確保施工質量，有必要對采暖用管線的防腐保溫及外護層施工及補口工藝進行研究。

1　保溫管線技術要求

　　東營市屬北溫帶半濕潤大陸氣候，冬季寒冷干燥，雨雪稀少。年極端低氣溫-19.1℃，平均年采暖周期為120 d，地下水埋深介于0.3～2.5 m之間，pH值介于7.4～8.4，C1^-含量為206～244 mg／L，SO₄^2-為124～283 mg／L。為了確保供暖、保溫、防腐、抗壓效果，對本地區用于供暖的管道提出了如下要求：
　　(1)采暖用供水管線輸送介質高設計溫度為130℃，保溫層長期耐溫性能不低于140℃，回水管線內
輸送介質高設計溫度為70℃，保溫層長期耐溫性能不低于100℃。
　　(2)保溫層泡沫徑向泡孔平均尺寸不大于0.5 mm，閉孔率不小于88％，單個空洞的任意方向尺寸不超過同一位置保溫層厚度的1／5。
　　(3)供水管保溫層泡沫徑向壓縮變形為10％時，施壓強度不小于0.35 MPa，回水管保溫層泡沫徑向壓縮變形為10％時，施壓強度不小于0.3 MPa。泡沫保溫層任意位置的泡沫密度不小于60 kg／m 。

2　硬質泡沫保溫層制作

　　根據東營地區的地理特性，經過多次試驗和論證，在熱電聯供工程中，要求供水長期耐溫140℃，采用高溫組合聚醚和異氰酸酯混合發泡而成，兩種材料混合比例為1:1.5。回水管線采用聚氨酯泡沫，長期耐溫100℃，使用常溫組合聚醚和異氰酸酯混合發泡而成，兩種材料混合比例為1:1.2。為了確保生產出的產品符合上述技術要求，我們從生產模具，灌注設備、原料參數等各方面進行研究，制定出一套切實可行的施工工藝。
2.1　發泡模具
　　根據供熱管道規格、保溫層厚度、生產過程中需要承受的壓力等參數，分系列制作成套鋼質模具，該模具具有中心定位和糾偏能力，并具有一定的模具內徑調節范圍，以適應不同規格鋼管、不同保溫層厚度的生產要求。
2.2　灌注設備
　　為確保生產的產品能滿足閉孔率、抗壓強度以及保溫層密度等參數要求，選擇性能良好的泡沫灌注設備至關重要，通過市場調研、工藝分析、模擬試驗等手段，終選擇意大利康隆公司生產的大排量高壓發泡設備，該設備具有原料混合均勻、排量大、速度快、壓力可調等優點，能確保產品成型均勻、閉孔率、抗壓強度等參數滿足要求。
2.3　工藝參數的選擇
　　工藝參數選擇合理與否直接決定了產品的質量，原料溫度直接決定物料的粘度大小，從而影響計量泵的輸送精度，嚴重時會導致配方失控。溫度對異氰酸酯的穩定性有決定作用，過低的溫度，會使異氰酸酯快速結晶，溫度過高又會導致二聚物的生成。由于二聚物的存在，使異氰酸酯渾濁不清，從而干擾正常反應。為了嚴控生產過程溫度，我們在灌料桶內加設溫度傳感器和溫度調節裝置，隨時對原料溫度進行調節。
2.4　產品熟化過程控制
　　熟化的目的是讓化學反應進行完全，以使泡沫保溫層更具穩定性。熟化時間受溫度影響，溫度越高，熟化時間越短。產品的性能不僅取決于選用的化學體系和異氰酸酯指數等因素，而且與異氰酸酯和組合聚醚的反應及關聯程度有關，即與氫鍵、脲基甲酸酯和酸二脲的形成有關。這些因素不僅受異氰酸酯和催化劑的影響，也受后熟化條件的影響，后熟化情況能明顯改進產品的拉伸強度和高溫條件下的抗熱下垂性能。通過反復實驗，我們制作了適于生產要求的熟化平臺，規定了熟化和后熟化時問，并在生產中進行嚴格控制。
2.5　技術參數
　　結合選定的生產設備和工藝流程，通過多次實驗，在正式生產前對主要的技術參數進行了確定，具體參數見表1。

3　保溫管外護層材料選擇

　　目前通用的直埋管道外保護層材料有兩種，即玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)和高密度聚乙烯。玻璃纖維增強塑料保護層具有抗壓、抗拉、抗沖擊性能好，并具有良好的長期機械性能等優點，在大口徑管線上，與高密度聚乙烯外護管相比 性價比相對較高；但同時具有性脆、斷裂伸長率低、外表面不圓滑、現場補口質量較難保證的缺點。對于小口徑管線，因纏繞難度大，與高密度聚乙烯相比造價較高，因此，在小口徑管線上通常不選用玻璃纖維增強塑料保護層。高密度聚乙烯保護層斷裂伸長率高達600％具有抗拉強度高，現場補口技術較成熟的優點；但也有不耐銳器撞擊、抗壓強度低的缺點。根據東營地區地下水位高、土壤腐蝕較強的地質條件，通過多次試驗：終決定外護層玻璃鋼用199#不飽和聚酯樹脂，并加入苯乙烯和阻聚劑混合制得。此種玻璃鋼具有如下特性：
　　(1)耐酸耐堿性不飽和聚酯主鏈上的酯鍵可發生水解反應，酸或堿能加速該反應，但其與苯乙烯共聚交聯后，則可大大降低水解反應的發生。在酸性介質中，水解是可逆的，不完全的，因此，聚酯能耐酸性介質的侵蝕；在堿性介質中，聚酯鏈末端上的羧基和堿土金屬氧化物或氫氧化物反應，形成絡合物，固化過程中，通過自由基引發劑作用，線型縮聚物中反丁烯二酸酯雙鍵與苯乙烯雙鍵發生自由基共聚反應，形成立體型機構的聚合物，達到抗堿的作用。
　　(2)耐熱性 由不飽和聚酯樹脂制成的玻璃鋼熱變形溫度通常在50～60℃，部分耐熱性好的則可高達120℃，熱膨脹系數為(130～150)10^-6 m／℃ ，能很好地滿足供熱工程需要。
　　(3)耐化學腐蝕性由不飽和聚酯樹脂制成的玻璃鋼具有良好的耐水、耐酸、耐堿性能，通過調節其化學結構，能夠大大增強耐化學腐蝕性，滿足強腐蝕環境使用要求。

4　玻璃鋼外護層制作

　　玻璃鋼外護層的制作在廠內生產線上完成，通過泡沫保溫鋼管自身旋轉和浸透不飽和聚酯樹脂的玻璃纖維沿軸向的行進，從而達到玻璃纖維在泡沫保溫層的環向、交叉纏繞形，成密閉的外保護層，固化后形成玻璃鋼外護層，從而起到對鋼管及泡沫保護層的保護作用。

5　玻璃鋼保溫管線現場補口工藝

　　在施工過程中，需要將單根的保溫管線連接成工藝管線，接口處管線的保溫和玻璃鋼外護層的連接質量，對管線的使用壽命、保溫性能起著至關重要的作用。如果接口處理不當，就會造成接口處滲水，致使保溫層汽化破壞。為了確保補口質量，通過對補口方案的反復論證和多次試驗，終選定的施工方案為，先在待補口處套上玻璃鋼套袖，套袖兩端用兩道遇水膨脹橡膠密封，密封條用擋環固定，密封之間的空隙用樹脂和無捻紗填充，然后進行0.03 MPa氣密性試驗。滿足要求后，進行現場泡沫灌注、外纏玻璃鋼的工藝進行補口。具體工藝流程見圖1，具體補口形式見圖2。通過在勝利油田基地集中供熱工程中的應用，該補口工藝效果好，質量穩定可靠。

6　結束語

　　在勝利油田集中供熱工程中，采用玻璃鋼外護硬質泡沫防腐保溫管線供暖，其保溫效果、抗壓強度、抗腐蝕能力等指標均達到了設計要求，滿足了輸送介質對保溫層耐熱性的要求。采用上述補口工藝，保證了外護層的整體密閉性和硬質泡沫保溫層的完整性，使保溫層與外界完全隔絕。管線運行4個供暖周期，未出現因防腐層或保溫層的損壞而造成的保溫效果的破壞。這一技術的使用為集中供熱工程的質量提供了保證。