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地暖常用管材的性能特點分析

不同的地暖管有不同的性能特點, 下面將對地暖管常用管材的生產過程、性能特點、連接方式以及物性參數和安裝注意事項分別進行介紹。

1、耐熱聚乙烯管(PE-RT管)

普通的聚乙烯只能在常溫下長期使用, 耐熱聚乙烯(PE-RT)則顯著提高了聚乙烯的高溫抗蠕變性能。 該原料已通過測試驗證, 可以在高溫下長期使用, 最早開發應用PE-RT的美國陶氏化學公司先後有兩個牌號的PE-RT供應市場:2344(2344E)和2388(89830)。 若干年前, 韓國SK公司的DX800通過實驗後也開始進入中國市場。

PE-RT管的生產過程很簡單:將專用原料(無需任何添加劑)加入螺杆擠出機, 其最大優勢就是不需要交聯處理。

1.1 PE-RT管的基本性能要求

PE-RT管必須通過以下靜液壓的測試:

表1.4-9 PE-RT管靜液壓試驗條件與要求

PE-RT管的強度比PE-X管較低, 所以從表中可以看出PE-RT管的環應力測試值比PE-X低, 因而同樣應用條件下, 它的壁厚要厚。 這些靜液壓測試是管材本身耐壓性能的最低要求。

1.2 PE-RT管的性能特點

PE-RT管由於其密度比較低, 因而很軟, 安裝非常方便。 但是強度也較低, 耐刮擦、劃傷的能力比PE-X管差。 其耐寒性好, 可以在低溫下進行施工安裝。 因為其原料只能依靠進口, 所以成本比PE-Xb略高。 PE-RT管生產比較方便, 不需要後處理。 它屬於熱塑性材料, 可以回收再利用。

1.3 PE-RT管的連接方式

PE-RT管可以用機械式的銅管件連接, 也可以用熱熔或電熔等方式進行連接。

2、聚丁烯管(PB管)

PB管是由丁烯-1單體聚合而成。 由於它的產量小, 所以價格非常高。

2.1 PB管的基本性能要求

2.1.1 靜液壓要求

表1.4-12 PB管靜液壓試驗條件與要求

PB管的強度比之前所提到的塑膠管都高, 所以從表中也可以看出, PB管在95℃下的測試應力比其他全塑管都高。

2.2 PB管的性能特點

PB管在高溫下的強度較高, 耐蠕變性能好。 PB管本身的柔韌性非常好, 可以盤卷包裝。 其安裝非常方便, 低溫韌性好, 可以在低溫下進行施工安裝。 同樣外徑下其壁厚較薄, 輸送介質流通量大。 PB管屬於熱塑性塑膠, 加工非常方便, 用普通擠出機即可加工, 也可以回收利用。

2.3 PB管的連接方式

PB管可以採用機械式管件、熱熔或電熔管件進行連接, 在供暖系統中多採用機械式管件與分集水器相連接。

2.4 相關規程中對塑膠加熱管的選擇

2.4.1 加熱管材質和壁厚選擇步驟

應根據工程使用性質、運行水溫、工程環境綜合考慮, 並以長期運行的安全可靠性為依據, 根據全塑管抗蠕變能力的強弱、許用環應力的大小等因素, 經綜合比較後確定。

參見表C.1.2-1, 選擇確定使用條件等級。 使用條件分級不是硬性規定, 是按特定地區氣候條件和典型使用條件計算所得的推薦性標準, 選擇時應加以分析。

表C.1.2-1 塑膠管使用條件級別

注:1)僅當Tmal不超過65℃時才可使用。

2)當TD、Tmax和Tmal超出本表所給出的值時,不能用本表。

3)表中所列各使用條件級別的管道系統均應同時滿足在20℃和1.0MPa條件下輸送冷水的條件,達到50年的使用壽命。

例如:北京地區的一般地暖工程,按4級選用,即在共50Y的總使用週期中,運行溫度20℃,歷時2.5Y;40℃,歷時20Y;60℃,歷時25Y;70℃,歷時2.5Y;100℃的意外運行條件下不超過100h。

初選管材材質,參見表C.1.2-2,確定該管材的許用設計環應力。

表C.1.2-2 管系列(S)值

注:1)σD指設計應力。

許用設計環應力是對應於使用條件等級要求,在該等級多種運行水溫的綜合作用下,在要求的使用壽命年限內,避免發生不能滿足系統工作壓力的蠕變。

由於使用條件等級不是硬性規定,因此,宜按實際要求的使用壽命年限,並根據使用情況,分析使用壽命年限內不同溫度的頻率,合理確定許用設計環應力。

如果實際使用壽命不需要50Y,或者使用溫度較低,就有可能選擇許用設計環應力較小的管材。

地暖全塑管應按使用條件4級以及設計壓力選擇。管系列值可按表C.1.2-2確定。

2.4.2 在所選管材系列中,按管材的公稱外徑,查表C.1.3,確定所需最小壁厚。

表C.1.3 管材公稱壁厚

2.4.3 按壁厚檢驗初選管材是否合理。

塑膠管的公稱外徑、壁厚與偏差,應符合表C.1.4要求。

表C.1.4 塑膠管公稱外徑、最小與最大平均外徑

如不合格,改選用其他材質,則應重新進行驗算。

2.4.4 管材的最大允許工作壓力可用下面的公式進行計算:

PPMS=σD×2en/(dn-en)

其中:

PPMS——最大允許工作壓力,MPa;

σD——對應級別下的設計應力,MPa;

dn——公稱外徑,mm;

en——公稱壁厚,mm。

示例1:

dn 20×2.0的PB型管材,應用於級別4的低溫輻射地面採暖領域,最大允許工作壓力計算如下:

PPMS=σD×2en/(dn-en)=5.46×2×2.0/(20-2.0)=1.21MPa

示例2:

dn 20×2.0的PB-R型管材,應用級別4的低溫輻射地面採暖領域,最大允許工作壓力計算如下:

PPMS=σD×2en/(dn-en)=4.34×2×2.0/(20-2.0)=0.96MPa

示例3:

dn 20×2.0的PE-X型管材,應用於級別4的低溫輻射地面採暖領域,最大允許工作壓力計算如下:

PPMS=σD×2en/(dn-en)=4.0×2×2.0/(20-2.0)=0.89MPa

示例4:

dn 20×2.0的PE-RTⅡ型管材,應用於級別4的低溫輻射地面採暖領域,最大允許工作壓力計算如下:

PPMS=σD×2en/(dn-en)=3.6×2×2.0/(20-2.0)=0.8MPa

考慮目前國內地暖系統施工現狀,保證應用的安全性,仍保留原規程中對於塑膠管材壁厚再行加厚的要求。

選擇時應加以分析。

表C.1.2-1 塑膠管使用條件級別

注:1)僅當Tmal不超過65℃時才可使用。

2)當TD、Tmax和Tmal超出本表所給出的值時,不能用本表。

3)表中所列各使用條件級別的管道系統均應同時滿足在20℃和1.0MPa條件下輸送冷水的條件,達到50年的使用壽命。

例如:北京地區的一般地暖工程,按4級選用,即在共50Y的總使用週期中,運行溫度20℃,歷時2.5Y;40℃,歷時20Y;60℃,歷時25Y;70℃,歷時2.5Y;100℃的意外運行條件下不超過100h。

初選管材材質,參見表C.1.2-2,確定該管材的許用設計環應力。

表C.1.2-2 管系列(S)值

注:1)σD指設計應力。

許用設計環應力是對應於使用條件等級要求,在該等級多種運行水溫的綜合作用下,在要求的使用壽命年限內,避免發生不能滿足系統工作壓力的蠕變。

由於使用條件等級不是硬性規定,因此,宜按實際要求的使用壽命年限,並根據使用情況,分析使用壽命年限內不同溫度的頻率,合理確定許用設計環應力。

如果實際使用壽命不需要50Y,或者使用溫度較低,就有可能選擇許用設計環應力較小的管材。

地暖全塑管應按使用條件4級以及設計壓力選擇。管系列值可按表C.1.2-2確定。

2.4.2 在所選管材系列中,按管材的公稱外徑,查表C.1.3,確定所需最小壁厚。

表C.1.3 管材公稱壁厚

2.4.3 按壁厚檢驗初選管材是否合理。

塑膠管的公稱外徑、壁厚與偏差,應符合表C.1.4要求。

表C.1.4 塑膠管公稱外徑、最小與最大平均外徑

如不合格,改選用其他材質,則應重新進行驗算。

2.4.4 管材的最大允許工作壓力可用下面的公式進行計算:

PPMS=σD×2en/(dn-en)

其中:

PPMS——最大允許工作壓力,MPa;

σD——對應級別下的設計應力,MPa;

dn——公稱外徑,mm;

en——公稱壁厚,mm。

示例1:

dn 20×2.0的PB型管材,應用於級別4的低溫輻射地面採暖領域,最大允許工作壓力計算如下:

PPMS=σD×2en/(dn-en)=5.46×2×2.0/(20-2.0)=1.21MPa

示例2:

dn 20×2.0的PB-R型管材,應用級別4的低溫輻射地面採暖領域,最大允許工作壓力計算如下:

PPMS=σD×2en/(dn-en)=4.34×2×2.0/(20-2.0)=0.96MPa

示例3:

dn 20×2.0的PE-X型管材,應用於級別4的低溫輻射地面採暖領域,最大允許工作壓力計算如下:

PPMS=σD×2en/(dn-en)=4.0×2×2.0/(20-2.0)=0.89MPa

示例4:

dn 20×2.0的PE-RTⅡ型管材,應用於級別4的低溫輻射地面採暖領域,最大允許工作壓力計算如下:

PPMS=σD×2en/(dn-en)=3.6×2×2.0/(20-2.0)=0.8MPa

考慮目前國內地暖系統施工現狀,保證應用的安全性,仍保留原規程中對於塑膠管材壁厚再行加厚的要求。

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