摘　要：为保证集中供热工程质量，结合东营地区环境特点，通过调查研究，采用泡沫灌注、玻璃钢缠绕施工工艺，制作出适于该地区使用的硬质泡沫保温玻璃钢外护防腐管线，并根据现场特点，采用在补口处加设玻璃钢套袖，套袖两端用两道遇水膨胀橡胶密封，现场进行泡沫灌注的工艺进行补口，保证了管线外防腐层的整体性，适于特定地下环境的供暖保温管线。
关键词：聚异脲酸脂；聚氨酯泡沫；玻璃钢；灌注；成型；缠绕

　　采用热电联供运作模式集中供暖，因其一次投资、长期收益、绿色环保等优点现正在成为国内供暖发展的主方向，由于集中供热管线主要在城区敷设，且运行温度高，要求保温管线外护层具有较高的抗压能力和较长的使用寿命，因此传统的管线防腐保温工艺已经不能满足工程的需要，为确保施工质量，有必要对采暖用管线的防腐保温及外护层施工及补口工艺进行研究。

1　保温管线技术要求

　　东营市属北温带半湿润大陆气候，冬季寒冷干燥，雨雪稀少。年极端低气温-19.1℃，平均年采暖周期为120 d，地下水埋深介于0.3～2.5 m之间，pH值介于7.4～8.4，C1^-含量为206～244 mg／L，SO₄^2-为124～283 mg／L。为了确保供暖、保温、防腐、抗压效果，对本地区用于供暖的管道提出了如下要求：
　　(1)采暖用供水管线输送介质高设计温度为130℃，保温层长期耐温性能不低于140℃，回水管线内
输送介质高设计温度为70℃，保温层长期耐温性能不低于100℃。
　　(2)保温层泡沫径向泡孔平均尺寸不大于0.5 mm，闭孔率不小于88％，单个空洞的任意方向尺寸不超过同一位置保温层厚度的1／5。
　　(3)供水管保温层泡沫径向压缩变形为10％时，施压强度不小于0.35 MPa，回水管保温层泡沫径向压缩变形为10％时，施压强度不小于0.3 MPa。泡沫保温层任意位置的泡沫密度不小于60 kg／m 。

2　硬质泡沫保温层制作

　　根据东营地区的地理特性，经过多次试验和论证，在热电联供工程中，要求供水长期耐温140℃，采用高温组合聚醚和异氰酸酯混合发泡而成，两种材料混合比例为1:1.5。回水管线采用聚氨酯泡沫，长期耐温100℃，使用常温组合聚醚和异氰酸酯混合发泡而成，两种材料混合比例为1:1.2。为了确保生产出的产品符合上述技术要求，我们从生产模具，灌注设备、原料参数等各方面进行研究，制定出一套切实可行的施工工艺。
2.1　发泡模具
　　根据供热管道规格、保温层厚度、生产过程中需要承受的压力等参数，分系列制作成套钢质模具，该模具具有中心定位和纠偏能力，并具有一定的模具内径调节范围，以适应不同规格钢管、不同保温层厚度的生产要求。
2.2　灌注设备
　　为确保生产的产品能满足闭孔率、抗压强度以及保温层密度等参数要求，选择性能良好的泡沫灌注设备至关重要，通过市场调研、工艺分析、模拟试验等手段，终选择意大利康隆公司生产的大排量高压发泡设备，该设备具有原料混合均匀、排量大、速度快、压力可调等优点，能确保产品成型均匀、闭孔率、抗压强度等参数满足要求。
2.3　工艺参数的选择
　　工艺参数选择合理与否直接决定了产品的质量，原料温度直接决定物料的粘度大小，从而影响计量泵的输送精度，严重时会导致配方失控。温度对异氰酸酯的稳定性有决定作用，过低的温度，会使异氰酸酯快速结晶，温度过高又会导致二聚物的生成。由于二聚物的存在，使异氰酸酯浑浊不清，从而干扰正常反应。为了严控生产过程温度，我们在灌料桶内加设温度传感器和温度调节装置，随时对原料温度进行调节。
2.4　产品熟化过程控制
　　熟化的目的是让化学反应进行完全，以使泡沫保温层更具稳定性。熟化时间受温度影响，温度越高，熟化时间越短。产品的性能不仅取决于选用的化学体系和异氰酸酯指数等因素，而且与异氰酸酯和组合聚醚的反应及关联程度有关，即与氢键、脲基甲酸酯和酸二脲的形成有关。这些因素不仅受异氰酸酯和催化剂的影响，也受后熟化条件的影响，后熟化情况能明显改进产品的拉伸强度和高温条件下的抗热下垂性能。通过反复实验，我们制作了适于生产要求的熟化平台，规定了熟化和后熟化时问，并在生产中进行严格控制。
2.5　技术参数
　　结合选定的生产设备和工艺流程，通过多次实验，在正式生产前对主要的技术参数进行了确定，具体参数见表1。

3　保温管外护层材料选择

　　目前通用的直埋管道外保护层材料有两种，即玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)和高密度聚乙烯。玻璃纤维增强塑料保护层具有抗压、抗拉、抗冲击性能好，并具有良好的长期机械性能等优点，在大口径管线上，与高密度聚乙烯外护管相比 性价比相对较高；但同时具有性脆、断裂伸长率低、外表面不圆滑、现场补口质量较难保证的缺点。对于小口径管线，因缠绕难度大，与高密度聚乙烯相比造价较高，因此，在小口径管线上通常不选用玻璃纤维增强塑料保护层。高密度聚乙烯保护层断裂伸长率高达600％具有抗拉强度高，现场补口技术较成熟的优点；但也有不耐锐器撞击、抗压强度低的缺点。根据东营地区地下水位高、土壤腐蚀较强的地质条件，通过多次试验：终决定外护层玻璃钢用199#不饱和聚酯树脂，并加入苯乙烯和阻聚剂混合制得。此种玻璃钢具有如下特性：
　　(1)耐酸耐碱性不饱和聚酯主链上的酯键可发生水解反应，酸或碱能加速该反应，但其与苯乙烯共聚交联后，则可大大降低水解反应的发生。在酸性介质中，水解是可逆的，不完全的，因此，聚酯能耐酸性介质的侵蚀；在碱性介质中，聚酯链末端上的羧基和碱土金属氧化物或氢氧化物反应，形成络合物，固化过程中，通过自由基引发剂作用，线型缩聚物中反丁烯二酸酯双键与苯乙烯双键发生自由基共聚反应，形成立体型机构的聚合物，达到抗碱的作用。
　　(2)耐热性 由不饱和聚酯树脂制成的玻璃钢热变形温度通常在50～60℃，部分耐热性好的则可高达120℃，热膨胀系数为(130～150)10^-6 m／℃ ，能很好地满足供热工程需要。
　　(3)耐化学腐蚀性由不饱和聚酯树脂制成的玻璃钢具有良好的耐水、耐酸、耐碱性能，通过调节其化学结构，能够大大增强耐化学腐蚀性，满足强腐蚀环境使用要求。

4　玻璃钢外护层制作

　　玻璃钢外护层的制作在厂内生产线上完成，通过泡沫保温钢管自身旋转和浸透不饱和聚酯树脂的玻璃纤维沿轴向的行进，从而达到玻璃纤维在泡沫保温层的环向、交叉缠绕形，成密闭的外保护层，固化后形成玻璃钢外护层，从而起到对钢管及泡沫保护层的保护作用。

5　玻璃钢保温管线现场补口工艺

　　在施工过程中，需要将单根的保温管线连接成工艺管线，接口处管线的保温和玻璃钢外护层的连接质量，对管线的使用寿命、保温性能起着至关重要的作用。如果接口处理不当，就会造成接口处渗水，致使保温层汽化破坏。为了确保补口质量，通过对补口方案的反复论证和多次试验，终选定的施工方案为，先在待补口处套上玻璃钢套袖，套袖两端用两道遇水膨胀橡胶密封，密封条用挡环固定，密封之间的空隙用树脂和无捻纱填充，然后进行0.03 MPa气密性试验。满足要求后，进行现场泡沫灌注、外缠玻璃钢的工艺进行补口。具体工艺流程见图1，具体补口形式见图2。通过在胜利油田基地集中供热工程中的应用，该补口工艺效果好，质量稳定可靠。

6　结束语

　　在胜利油田集中供热工程中，采用玻璃钢外护硬质泡沫防腐保温管线供暖，其保温效果、抗压强度、抗腐蚀能力等指标均达到了设计要求，满足了输送介质对保温层耐热性的要求。采用上述补口工艺，保证了外护层的整体密闭性和硬质泡沫保温层的完整性，使保温层与外界完全隔绝。管线运行4个供暖周期，未出现因防腐层或保温层的损坏而造成的保温效果的破坏。这一技术的使用为集中供热工程的质量提供了保证。