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​关于直埋保温管聚氨酯炭化危害及预防

发布时间:2022-06-27访问人数: 107
关于直埋保温管聚氨酯炭化危害
①三位一体结构失效
随着炭化,聚氨酯与钢管之间的结合力降低,导致聚氨酯保温层与工作钢管脱离(见图5)。此时,工作钢管将在保温层中自由伸缩,三位一体结构失效。

图5   保温层与工作钢管发生脱离
随着炭化程度加剧,聚氨酯易出现塌缩现象,若有地下水渗入,极易造成三位一体结构大面积失效。在这种情况下,对于供热介质温度高、管径大的热网,即使补偿装置设计合理,阀门、补偿器也易因为工作钢管大尺度位移造成损坏。因保温管道三位一体结构失效导致的直埋波纹管补偿器损坏见图6。由图6可知,由于聚氨酯炭化,出现塌缩,外护管与工作钢管之间出现空层,三位一体结构失效。由于缺少三位一体结构在水平方向的束缚,工作钢管过度热伸长过度挤压波纹管补偿器,从而导致波纹管补偿器开裂损坏。

图6   因三位一体结构失效导致的直埋波纹管补偿器损坏
②工作钢管腐蚀
聚氨酯炭化后,由于保温层体积变小甚至塌缩,PE外护管存在开裂风险。若PE外护管发生开裂,腐蚀性地下水将侵入保温层,导致工作钢管腐蚀[4-5]。聚氨酯炭化位置出现的工作钢管腐蚀穿孔见图7。由图7可知,由于该直埋保温管道聚氨酯炭化,保温层体积缩小,在土压力应力作用下,PE外护管表面出现了开裂,地下水进入保温层,工作钢管在很短的时间内就发生了腐蚀穿孔。

图7   聚氨酯炭化位置出现的工作钢管腐蚀穿孔
除了工作钢管腐蚀穿孔外,供热管道的腐蚀产物还往往呈现层状。这主要与供热管道季节性运行有关,腐蚀环境下,工作管表面的腐蚀产物覆盖在管道表面,在供暖期,管道径向膨胀,供暖停止后,管道径向收缩,但腐蚀产物(主要为氧化铁)基本不会收缩,导致管体与腐蚀产物剥离,管体露出新的金属被继续腐蚀。如此往复,形成“剥洋葱”式的腐蚀过程,加速了管道腐蚀[6]。直埋敷设保温管道工作钢管表面的层状腐蚀产物见图8。图8中的保温管道埋设环境土壤湿度较大,保温层并未进水。同样的,受到腐蚀的架空敷设保温管道也存在类似的情况(见图9)。实际上,对于保温层进水的直埋敷设保温管道,工作钢管的层状腐蚀产物是腐蚀进程中的一个阶段,最终导致壁厚减薄甚至穿孔。

图8   直埋敷设保温管道工作钢管表面的层状腐蚀产物

图9   架空敷设保温管道工作钢管表面的层状腐蚀产物
预防措施
①加强预制保温管的综合检测
利用现代检测技术,通过进行长期热老化性能、长期机械性能等重点试验,确保预制保温管的综合质量。严格把控预制保温管的生产质量与施工质量,加强对补口的重点检测。具备条件时,供热企业应根据热网的运行情况,定期开展非开挖检测工作,评估保温层、补口情况,有效降低运行风险。
②严格把控使用温度
过高的使用温度,将加速聚氨酯炭化过程,降低保温管道寿命。因此,在运行过程中,应严格规范使用温度,特别是热电联供项目的一级管网。
③合理设计管道路由
直埋保温管道聚氨酯炭化普遍集中在高地下水位区域。因此,在供热管网规划、设计阶段,应进行实地勘察,尽量避免将预制保温管直埋敷设在河道周围等高地下水位区域。若无法避免,可采取架空方式。
④提高产品质量
预制保温管生产企业应提高生产水平。一方面,应根据设计需求和实际需要,对发泡原料的耐热性能进行严格选择。另一方面,应充分保证聚氨酯密度,特别是当采用中间注料的发泡方式时,应采取技术措施保证预制保温管两端的聚氨酯密度和均匀性。
分析预制热水保温管硬质聚氨酯泡沫塑料(以下简称聚氨酯)炭化机理与原因,探讨聚氨酯炭化危害及预防措施。聚氨酯的炭化过程为热分解反应,主要原因为发泡原料耐热性不足、聚氨酯密度偏低、保温层进水、使用温度不合理。为防止聚氨酯炭化,应加强预制保温管的综合检测、严格把控使用温度、合理设计管道路由、提高产品质量。

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