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塑料類管材應用于住宅熱介質管道的若干問題

來源:233網校 2008-06-17 09:01:00
  4、塑料類管材的使用條件分級由于管材在其全部使用期內,不可能始終是處在同一溫度作用條件下, 必然存在不同溫度的時間分布。
  例如:供暖系統管材在非供暖期內的溫度會近似于室溫,即使在供暖期內也會因進行質調節而受不同溫度作用。因此,上述各種塑料類管材對應于不同溫度的等應變蠕變特性曲線,顯然不能直接作為設計選用的依據,需要先按不同使用條件的溫度作用頻率,確定使用條件分級。
  按國際標準ISO/10508:1995推薦的方法,對總設計使用周期為50年,奧、德、法地區典型使用條件的不同管材,統一劃分的使用條件分級,如下表:
使用條件等級 正常操作溫度 最大操作溫度 異常溫度 典型應用范圍 
使用條件等級  正常操作溫度  最大操作溫度  異常溫度  典型應用范圍 
℃  時間 (Y)  ℃  時間 (Y)  ℃  時間 (h)  (舉例) 
應力安全系數  1.5  1.3  1.0    
1  60  49  80  1  95  100  供60℃熱水 
2  70  49  80  1  95  100  供70℃熱水 
3  30
   40 
20
   25 
50  4.5  95  100  低溫參數
地板輻射供暖 
4  40
   60
   20 
20
   25
   2.5 
70  2.5  100  100  地板輻射供暖 
5  60
   80
   20 
25
   10
   14 
90  1  100  100  85 / 60℃
散熱器供暖 
  根據上表各使用條件分級不同溫度的綜合熱作用,可計算出各種塑料類管材確保50年使用壽命的許用應力,其數值也收集在北京市標準《低溫熱水地板輻射供暖應用技術規程》的附錄內。
  當然,使用條件分級并不是硬性規定,是按特定地區氣候和典型使用條件計算所得的推薦性標準,因此,應按實際要求的使用壽命年限,并根據使用情況,分析使用壽命年限內不同溫度的頻率,合理確定使用條件分級。
  例如:對于北京地區一般低溫熱水地板輻射供暖工程,如按上述標準的4級選用管材和確定管壁厚,即在共50年的總使用周期中,運行溫度20℃共歷時2.5年,40℃共歷時20年,60℃共歷時25年,70℃共歷時2.5年,100℃的意外運行條件不超過共100小時,顯然是十分安全可靠的。
  5、散熱器供暖系統使用條件分級的合理確定散熱器供暖系統的運行水溫高于地板輻射供暖,分戶熱計量戶內系統將管道埋設在地面墊層內時,由于缺乏適宜的標準,北京市《集中供暖住宅分戶熱計量設計技術規程》中,只能提出對管材的性能指標要求和選擇計算,應按不低于“使用條件分級”的5級。所謂5級是指:
  在50年的總使用壽命周期內,運行溫度20℃共歷時14年,60℃共歷時25年,80℃共歷時10年,最高運行溫度90℃共歷時1年(平均每年僅約7天),100℃的意外運行條件不超過共100小時。這種使用條件級別,反映了歐洲供暖期長和熱媒溫度低的特點,適合于熱媒溫度60-80℃、不高于90℃的運行工況。我國的具體條件與此有較大差異,對于通常熱媒設計供水溫度95℃的系統顯然并不適合。“使用條件分級”的5級,約只適合北京地區熱媒設計溫度85/60℃的系統。因此,認為只要采用塑料類管材就可萬無一失的認識是盲目的,在多種技術條件不能確保時,會留有許多隱患。
  最近,北京市建筑設計研究院根據北京地區的氣象資料,針對熱媒設計供水溫度95℃的系統,提出了“使用條件分級”5A級的一組數據,較“使用條件分級”的5級,由于降低了各類塑料類管材的許用應力,在相同管徑和壓力下較需選用較大壁厚,按此計算,有些管材在較高壓力的系統中,因無較大壁厚而不能采用。
  由于采暖期的長短不同,各地區會有較大的差別,不同的地區應經深入計算論證,提出當地的設計選用數據。為確保安全,在認真進行強度驗算的基礎上,要留有適度裕量。
  在確定當地設計選用數據時,還宜考慮以下有利和不利因素:
  有利因素是,由于各種原因系統實際配置的散熱面積,均不同程度地偏大于理論所需散熱面積,因此實際運行水溫,均可低于設計水溫,例如:對于設計水溫95/70℃的系統,當偏大10%時,運行水溫約可為90/65℃,當偏大20%時,運行水溫約可為85/60℃,當偏大30%時,運行水溫約可為82.5/57.5℃,當偏大40%時,運行水溫約可為80/55℃。這是經理論推算和運行實踐所證明的。
  一般系統的散熱面積置,均會偏大20%-30%。
  不利因素是,目前的供暖期標準明顯偏低,逐步延長供暖期,會是必然趨勢,因此應考慮要能適應今后較長供暖期的熱作用。
  各種塑料類管材的比較
  可從以下幾個方面進行各類管材的比較。
  (1)許用應力排序。在相同的使用條件分級和有效使用壽命條件下,各類管材的許用應力,大致為以下排列順序:交聯鋁塑復合管,聚丁烯管,交聯聚乙烯管,無規共聚聚丙烯管。
  (2)按市場價格的高低排列,正好大體上也是上述順序。并非一定要選用許用應力高的管材,例如:實際使用壽命不需50年、或使用溫度較低、或工作壓力較低,就有可能選擇許用設計應力較小的管材。
  (3)關鍵還是各類管材的有效質量控制。據塑料工業業內人士分析,聚丁烯管和無規共聚聚丙烯管的質量, 主要通過原料的成份和品質控制。而交聯聚乙烯管和交聯鋁塑復合管,除原料成份和品質外,其交聯工藝對質量控制至關重要,正是交聯工藝這一重要環節,使許多該類管材的質量失控。
  (4)聚丁烯管和無規共聚聚丙烯管,是可以再生的材料,對環保較為有利。這兩種管材還可采用熱熔接的連接工藝,節省昂貴的連接配件。
  (5)管材的氧滲透的問題,也應有所考慮, 與其它采暖系統共用同一集中熱源水系統、且其它供暖系統采用鋼制散熱器等易腐蝕構件時,聚丁烯管、交聯聚乙烯管和無規共聚聚丙烯管,宜有阻氧層,以有效防止滲入氧而加速對系統的氧化腐蝕。而交聯鋁塑復合管的中間層為增強鋁管,可有效阻隔氧的滲透。
  (6)管材的縱向線膨脹問題,對于熱管道應予以注意。鋼管的線膨脹系數為0.012 mm/m.K,塑料類管材線膨脹系數的概略值,按從小到大排列如下:
  交聯鋁塑復合管   0.025
  聚丁烯管      0.130
  無規共聚聚丙烯管  0.180
  交聯聚乙烯管    0.200
  由于較大的縱向膨脹,使管道受熱后變形嚴重,因此不適合于明裝。而埋設于混凝土墊層內的管道縱向膨脹受限,會轉化為內應力,故在強度計算時需有適量安全系數。
  (7)耐低溫性能問題,無規共聚聚丙烯管在﹣10℃環境條件下,會發生低溫脆化,易在運輸過程中損壞,而其它管材的脆化溫度,可低達﹣70℃。
  因此, 應根據工程的耐用年限要求、使用條件等級、熱媒溫度和工作壓力、系統水質要求、材料供應條件、施工技術條件和投資費用等因素, 經綜合比較合理選擇采用管材。
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