熱滾塑鋼管在密閉式工業循環水系統中的應用和管路設計方法
來源：上海寶鋼工程技術有限公司 閱讀：2894 更新時間：2009-10-23 09:321.熱滾塑鋼管的制作工藝簡介及熱滾塑鋼管的特點
熱滾塑鋼管是以普通碳素鋼管作為基體、內襯化學穩定性優良的防腐材料的熱塑性復合管道。鋼管可采用焊接鋼管或無縫鋼管以火焰噴涂工藝或自動噴槍噴涂制作。
常用的熱滾塑鋼管防腐材料有：LLDPE(低密度聚乙烯)、PO(聚烯烴)、HDPE(高密度聚乙烯)、ETFE(四氟乙烯)等。根據管道中的流體介質的不同，選用不同的防腐材料。熱滾塑鋼管可分別適用于酸、堿、鹽類液體、海水、純水、油類等各種腐蝕介質。
隨著熱滾塑鋼管生產工藝的不斷成熟、產品質量的不斷提高，熱滾塑鋼管廣泛應用于化工、冶金、電力、醫藥、紡織等領域的軟化水系統和純水系統。
熱滾塑鋼管既具有鋼管的機械強度性能，又有塑料管的耐腐蝕、不易結垢的性能，管內壁表面平整光亮、摩擦系數小，又能保證輸送介質的純度等優點。但其本身又有著如下的特點：
①熱滾塑鋼管生產時須對鋼管進行高溫預熱處理，因此管道難于現場制作，須在專業制造廠生產，且制作完畢后無法修改；
②熱滾塑鋼管必須采用法蘭連接，每根熱滾塑鋼管包括管配件的兩端均有法蘭；
③熱滾塑鋼管內壁為滾塑層，在管道外壁不能進行類似焊接之類的熱加工處理；
④DN50的以下的鋼管較難滾塑，因此當管道公稱直徑在DN50以下時，一般不采用熱滾塑鋼管。
2.熱滾塑鋼管在密閉式循環水系統中應用的意義
純水(或軟水)密閉式循環水系統常用于工業企業中關鍵設備的間接冷卻。純水(或軟水)密閉式循環水系統內循環水基本與外界隔絕，以確保水質以及系統的正常運行。
目前在工業系統的大型密閉式循環冷卻水系統中，焊接鋼管仍是最常用的管材。在循環水系統投入使用前須進行管道的清洗和預膜處理。為保持循環水水質穩定，系統另須投加緩蝕劑和阻垢劑等。以大型鋼鐵企業為例，純水循環水(或軟化水循環水)水質經加藥處理后，應達到如下的技術標準：污垢熱阻值＜0.86×10-4m2•K/W；腐蝕率為，碳鋼管壁＜0.125mm/a[1]。
如果在密閉式循環冷卻水系統中使用熱滾塑鋼管，首先，由于是管道內襯熱滾塑，這樣管道的清洗和預膜就基本上不用考慮了。一般工業系統中最重要的設備才采用純水或軟水冷卻，而這些重要設備的換熱部分也基本采用不銹鋼材質，因此整個密閉式循環水系統內與純水或軟水循環水接觸部分的材質或為不銹鋼或為熱滾塑，這樣緩蝕劑和阻垢劑也可以加以忽略；即便是局部設備中少量的使用了幾個碳鋼材質的配件，更換配件的費用也會遠遠低于藥劑投加的費用。
所以，在密閉式工業循環水系統中，采用熱滾塑鋼管既可優化循環水水質、保護工藝設備、延長循環水管道壽命，又可節省大量的管道清洗預膜及水質穩定藥劑的費用，對于維護生產、節約成本非常有效。目前，在大型工業密閉式循環水系統中已開始廣泛的應用。
以某大型鋼鐵聯合企業煉鋼純水循環水系統為例，該系統純水循環水量約4559m3/h，管道系統保有水量約730m3，現以該系統分別采用普通焊接鋼管和熱滾塑鋼管做初步的經濟分析如下。
表1 焊接鋼管與熱滾塑鋼管經濟分析表
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備注：該藥劑費用不包括殺菌劑，無論采用何種鋼管均須采用殺菌劑，所以不做比較。
從初步的經濟分析數據來看，采用熱滾塑鋼管的一次性投資要大于采用普通的焊接鋼管，但熱滾塑鋼管的長期運行成本遠低于焊接鋼管。
對于敞開式循環水系統而言，循環水與空氣直接接觸，其水質要求遠不如密閉式循環水系統高，因此沒有必要使用熱滾塑鋼管。
3. 熱滾塑鋼管應用于密閉式純水或軟化水循環冷卻水系統時管路的設計
熱滾塑鋼管作為一種特殊管材，應用于密閉式工業循環水系統，在管路設計時有許多需要注意的地方，本文就熱滾塑鋼管應用于密閉式純水或軟化水循環水系統時的管路設計方法進行了分析和探討，可作為相似工程的借鑒和參考。
3.1熱滾塑鋼管內襯防腐材料的選型及防腐材料厚度的設定
對于和密閉式純水或軟化水循環水而言，LLDPE、PO、HDPE、ETFE等防腐材料都能適用，目前在軟水或純水系統中應用的最多的是PO熱滾塑鋼管，在實際密閉式工業循環冷卻水系統中，一般也多使用PO熱滾塑鋼管。
熱滾塑鋼管內襯PO防腐材料的厚度從3mm~5mm不等，管徑越是大，其內襯PO防腐材料的厚度也越厚。下表為常規的設定的不同管徑的熱滾塑鋼管滾塑層厚度。
表2 熱滾塑鋼管滾塑層壁厚選擇表
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3.2熱滾塑鋼管的水力計算
熱滾塑鋼管內壁為滾塑層，其管道內壁光滑，在進行水力計算時，管道粗糙系數應與塑料管一致。查相關的水力計算圖表可參照塑料管道相關資料。其管路系統的水頭損失應明顯低于普通焊接鋼管，對于節能也是有一定作用的。
3.3熱滾塑鋼管在循環水處理站的設計要點
循環水處理站內設有水泵、板式換熱器、蒸發空冷器、過濾器、閥門、儀表等大量的水處理設備，站房內布置著設備基礎、管溝、電纜溝；另有大量的熱滾塑鋼管循環水管道、焊接鋼管循環水管道、其它水管、壓縮空氣管道、電纜管等，或架空敷設或埋地敷設。上面的照片是熱滾塑鋼管在循環水處理站應用的工程實例。
一般情況下，對于管路簡單的管線，熱滾塑鋼管可以采取將所有熱滾塑鋼管先以焊接鋼管形式到現場，安裝完畢后拆除，運回專業制造廠家滾完塑編號后運回，二次安裝，這樣管路的設計工作就相對簡單一些。但循環水處理站管路的特點是：管道復雜多變，管道交叉多、短管多、彎頭多；如果采取二次安裝的方式，施工周期太長，且如果熱滾塑鋼管夾其它管道中間，則必須等熱滾塑鋼管安裝完畢后才能安裝其它管道，所需要的工期就更長了；由此可見，二次安裝在大規模的循環水管道系統中應用很不現實，這就要求必須在管路設計時日既要確保管路設計的正確性又要考慮施工、維護、檢修時的便利性，因此熱滾塑鋼管循環水管路的設計難度很大。
在進行循環水管路設計特別是在熱滾塑鋼管管路設計時，首要的任務是做好管線的綜合工作，減少管道碰撞的可能性。這其實是一般管道設計時所要遵循的最基本要求，但對于熱滾塑鋼管而言，就顯得更為重要了，因為熱滾塑鋼管一旦成型，無法再修改了，如果出現失誤就只能是報廢了。考慮到熱滾塑鋼管的特殊性，在具體的管路設計時應貫徹熱滾塑鋼管優先的原則，盡量減少熱滾塑鋼管彎頭的數量，其它焊接鋼管應盡可能避讓熱滾塑鋼管。
其次，由于熱滾塑鋼管是一支支可以分拆的管道，在管路的設計時，必須考慮施工、維護和檢修的方便。埋地的熱滾塑鋼管宜設置在最上層，架空的熱滾塑鋼管宜設置在管道的最外層。對于同樣都是熱滾塑鋼管的情況，宜將小口徑的熱滾塑鋼管設置在大口徑熱滾塑鋼管的上面或外側。
第三，所有設置在熱滾塑循環水管道上溫度計、壓力表等，其接口必須設計在熱滾塑鋼管上，不能遺漏，因為熱滾塑鋼管是無法在現場開孔安裝上述儀表的。
第四，通常管道穿越鋼筋混凝土水池、鋼筋混凝土閥門井、儀表井、管溝等側壁處均設剛性或柔性防水套管，但是兩端帶法蘭的熱滾塑鋼管是無法穿過套管的，因為法蘭盤外徑通常大于防水套管的內徑。在這種情況下有兩種方法解決：①穿越鋼筋混凝土側壁處改用不銹鋼管道帶法蘭，該法蘭與熱滾塑鋼管法蘭連接，不銹鋼管道法蘭與鋼筋混凝土側壁之間的凈距不宜小于100mm，以保證法蘭螺栓螺母的安裝；②在水池、閥門井、儀表井、管溝等土建施工時，先行預埋1根熱滾塑鋼管。
第五，鑒于熱滾塑鋼管制作完畢后難以修改，而設計、施工和管道制作的過程中誤差在所難免，因此在管路的具體設計時應預留一部分現合短管。所謂現合短管，就是為了克服管道的誤差，在整個熱滾塑鋼管管路設計時留下一根短管(200~300mm)，采用焊接鋼管形式。安裝時，先以焊接鋼管形式到現場預安裝完畢，再運回至專業廠，滾塑后二次安裝。
第六，在循環水泵房或泵站的水泵進出口管道下均設有管道支墩和支架，對于熱滾塑管路而言，其管路上的法蘭數量眾多，管道自重也大于一般焊接鋼管，因此管道支墩、支架更要做加強處理。
3.4熱滾塑鋼管在地下管廊中的設計要點
地下管廊是工廠企業中常見的構筑物，對于循環水系統而言，它連接著循環水處理站和循環水用戶所在的車間。地下管廊中的循環水管道采用熱滾塑鋼管，這就對管廊及循環水管路的設計提出了新的要求。
一，關于管廊內通道的設計。工程建設時熱滾塑鋼管要通過吊裝孔進入管廊，由管廊內通道運至須安裝的位置，維修時須將要更換的整根熱滾塑鋼管由管廊內通道運離現場。為便于安裝和更換熱滾塑鋼管，管廊內通道的凈寬要比普通采用焊接鋼管的管廊要大，管廊內通道必須滿足帶法蘭的熱滾塑鋼管通過，建議管廊內通道設計的凈寬要大于熱滾塑鋼管法蘭盤外徑200~300mm，但不應小于600mm這一基本通行的要求。
二，管道托座的設計。地下管廊內通常設置鋼結構管道支架。管道可直接安放于鋼結構支架上，但對于管徑較大的管道，管道下一般設有鋼制管道托座。如果對于固定支架，焊接鋼管是直接與管道托座焊接的，但對于熱滾塑鋼管而言，如果將管道與管道托座焊接，高溫將會破壞管道內襯滾塑層。在設置熱滾塑鋼管的固定支架時，須在制作熱滾塑鋼管時將管道托座焊接于鋼管下后再滾塑。
三，關于直管段上現合管具體位置的設計。管廊內的現合管因為有兩次安裝的過程，考慮到施工的便利性和可行性，應將現合管盡量設置在吊裝孔附近。
四，熱滾塑鋼管法蘭盤位置的確定。一般單根熱滾塑鋼管的長度從4m、6m至12m不等。熱滾塑鋼管法蘭盤的位置應盡量避開管道支架的位置。
五，局部復雜節點處熱滾塑鋼管的設計和使用。管廊的復雜節點包括管廊的起始端、管廊的末端、管道接入接出管廊處、接向各用戶的分支管廊處(即所謂的丁字口)。該部分節點往往既有循環水總管本身又增添了從總管上接出的支管，因此管道數量多、管道互相交叉，在設計中建議采用現合管道設計。
3.5熱滾塑鋼管在車間架空管線中的設計要點
熱滾塑鋼管也適用于車間內的架空管線。左面的照片為某大型鋼鐵聯合企業正在施工中的車間架空熱滾塑鋼管。
由于熱滾塑鋼管是法蘭連接，在架空管線設計時，對于一些生產上絕對不允許漏水(如冶金行業煉鋼車間的鋼包過跨區域、鋼包烘烤區等)的地方，盡量避免設置法蘭。再者，對于一些環境溫度較高的地方，如冶金行業煉鋼車間的鋼包烘烤區，其工藝設備的工作環境溫度較高，離地面1米標高的地方，環境溫度可高達1000℃，5~6m高架空管線下方的溫度也可能達到400℃，架空熱滾塑鋼管下方應采取隔熱保溫措施[1]。另外，車間內往往有一些末端用戶的管徑很小，當管徑小于DN50時，建議采用其它管材替代，如不銹鋼管或碳鋼不銹鋼復合管等。
3.6熱滾塑鋼管法蘭、墊片、螺栓、螺母等緊固件的選型
管道的法蘭、墊片、螺栓、螺母及緊固件等的選型，很容易被忽視，在設計時必須非常注意。
①法蘭的選型
法蘭的選型主要是法蘭標準的選型。熱滾塑鋼管法蘭選型的一般原則是，法蘭標準與所連接的設備接口的法蘭標準一致，法蘭的壓力等級應與循環水管路的壓力等級相一致，熱滾塑鋼管循環水管路法蘭常用的壓力等級為1.0MPa、1.6MPa和2.5MPa。
②墊片的選型
墊片的選型主要是墊片材質的選型。熱滾塑鋼管的法蘭面也是滾塑的，滾塑層帶有一定的柔韌性，因此熱滾塑鋼管法蘭墊片的選型也有一定的要求。根據工程實際經驗，壓力等級較高的，一般指循環水工作壓力在1.6MPa以上的，采用四氟夾包墊片或是金屬纏繞墊片；循環水工作壓力在1.6MPa以下的，可采用普通橡膠墊片或是金屬墊片。
③螺栓、螺母及緊固件等的選型
螺栓、螺母及緊固件等的選型主要也是材質的選型。明敷熱滾塑鋼管可采用普通碳鋼螺栓、螺母及緊固件。埋地熱滾塑鋼管建議采用鍍鋅螺栓、螺母及緊固件，條件許可的情況下可采用不銹鋼材質的；為節約投資和造價，也可采用普通碳鋼螺栓、螺母及緊固件，但要求做外防腐。
4.熱滾塑鋼管與碳鋼不銹鋼復合管的初步比較
目前，除熱滾塑鋼管外，另有碳鋼不銹鋼復合管也逐步開始在閉式工業循環水系統中使用。
碳鋼不銹鋼復合管是以普通無縫鋼管作基體，內襯各種材質不銹鋼的管材。
其相對于熱滾塑鋼管的最大優點在于：
①可直接用不銹鋼焊條堆焊連接，也可采用法蘭連接；
②管道便于現場修改；
③承受的環境溫度可較高。但其技術尚不及熱滾塑鋼管成熟且價格高，熱滾塑鋼管可采用螺旋縫焊接鋼管，而碳鋼不銹鋼復合管須用無縫鋼管，目前每噸碳鋼不銹鋼復合管的價格約為22000元，遠高于熱滾塑鋼管的價格。
5.熱滾塑鋼管與碳鋼不銹鋼復合管相結合的管路設計方法
針對熱滾塑鋼管與碳鋼不銹鋼復合管各自的特點，在當前大型密閉式工業循環水管路的設計中，提出了一個新的管路設計方法，在同一系統管路中分別使用熱滾塑鋼管和碳鋼不銹鋼復合管。
循環水管路的主體仍使用熱滾塑鋼管，在局部現場情況復雜、須穿防水套管處、環境溫度較高處等選用適量的碳鋼不銹鋼復合管，發揮兩種管材各自的優勢，既確保水質，又便于施工、維護和管理，且有效的控制了投資。
6.小結
密閉式工業循環水系統(包括軟化水循環水系統和純水循環水系統)如同工廠的生命線，承擔著輸送循環水的重要任務。
將熱滾塑鋼管應用于密閉式工業循環水系統既有良好的經濟效益，又能確保供水水質。其管路的具體設計方法與工程的實際情況密不可分，需要周密的考慮。
作者簡介：金亞飚(1975.12- )，男，漢族，籍貫江蘇省常熟市，同濟大學環境工程學院給水排水工程專業本科畢業，學士學位，工程師，主要從事鋼鐵企業給排水設計工作。
