PP-R稳态管在地沟采暖管网中的应用

2013-03-31彭一丁

吉林建筑大学学报 2013年3期

彭一丁

(长春市热力集团，长春 130051)

0 引言

近几年来，很多老城区居民楼的地沟环境恶劣潮湿，由于下水道损漏，污水粪便横流，由于地沟内采暖用管网长时间处于此种环境，腐蚀泄漏情况比较严重.但有的产权单位和物业公司置之不理，更有许多楼栋已多年无人管理.按照《长春市供热管理条例》中的要求，供热企业负责到用户的入户阀门，明确了地沟内采暖管网由供热企业负责管理.在建筑建设中，楼栋内地沟采暖管网都是金属管道，基本上都是钢制管道.根据我们掌握的情况，地沟管腐蚀的主要原因有:地沟管道长期浸泡在下水中;地沟管道防腐保温脱落;年久失修，无人管理等.在供暖期每日都会发生地沟内供热管网抢修的情况.地沟管问题已成为供热企业的一个比较棘手并急需解决的问题.

1 解决方法

近几年，主要采取了地沟管网外移、地沟管网更换PP—R塑铝稳态管(简称PP—R稳态管)、地沟管道直接更换3种方法.

(1)地沟外移. 地沟内原有的供热管网移至楼外.适用于地沟有水难以处理、地沟内没有施工空间、楼外有外移空间的楼栋;

(2)地沟管道直接更换. 适用于地沟内干净没有污物，地沟内有足够的空间能够进行施工;

(3)更换PP—R稳态管. 适用于地沟有水难以处理，地沟内有施工空间、楼外没有外移空间的楼栋.

2005年开始，PP—R稳态管这种新材料面世，并有了将原有地沟内供热管网更换PP—R稳态管的想法，通过几年的实践，地沟管更换为PP—R塑铝稳态管的方法已普遍运用在地沟工程中［1］.

2 PP—R稳态管的经济分析

图1 结构示意图

PP—R稳态管是一种五层结构的复合管材，是将PP-R管与铝层在高温下通过特制热熔胶有机结合，形成了聚丙烯-热熔胶-铝层-热熔胶-聚丙烯的特殊复合结构，内外层的PP-R材料可以保证材料在给水应用中的卫生性能，其中内层PP-R尺寸接近于普通PP-R管，是主要的承压体，而中间的铝层起加强保护作用，通过五层的有机结合达到稳定的物理力学性能，使复合管具有了高刚度、高耐温、高韧性、低线性膨胀系数的三高一低的特性，弥补了普通PP-R管道在立管、明装管和热水管应用中易变形等局限性，是普通PP-R管道一次重大的全面升级.其结构示意图见图1.

2.1 PP—R管道热量损失经济分析

为了准确测定PP—R稳态管材保温节能的特性，将3种不同类型的管材(铁管、PP—R稳态管、聚氨酯发泡保温后铁管)在空气和水两种环境的热损失进行计算.

计算公式如下:

计算公式将引用普郎特准则、努谢尔特准则、格拉晓夫准则计算出不同环境、不同表面温度中的αn，αw空，αw水值代入到公式(2)中，求出传热系数K［3］.

以拟改造的曙光路人大1#楼为测算对象，1#楼建筑面积4 700 m2.通过测算，该楼循环水量为: G=14.1 T/H，该楼进户管道管径d=DN 80，平均比摩阻△P=110.8 Pa/m，流速w=0.77 m/s

假设:t管内介质温度=45℃，t环境=15℃，t管外水=10℃，PP—R稳态t表面温度=20℃

解:求管内换热系数α［3］n

①定性温度tm=t管内介质温度=45℃

经查表可得:水导热系数λ=64.15*10-2W/m2℃;普郎特准则Pr=3.925;流体的运动粘滞系数v=0.607 5*10-6m2/s

② Re=w*d/v=0.77*0.089/0.607 5*10-6=112 806.6

因为112 806.6＞104管内流动为旺盛的紊流，故可应用努谢尔特准则，计算Nu数:

③ αn'=Nu*λ/d=416.3*64.15*10-2/0.089=3 000.63 W/m2℃

假设l/d＞1，修正系数Cl=1，αn'=Clαn=3 000.63 W/m2℃

无论管道为何种材质，t管内介质温度=45℃不发生变化，故:

计算PP—R管道在空气中的换热系数αw空

已知条件:t管内介质温度=45℃，t环境=15℃，PP—R稳态t表面温度=20℃

解:定性温度tm=1/2(t表面温度+t环境)=1/2(20+15)=17.5℃

经查表可得:空气导热系数λ=2.555*10-2W/m℃［3］，普郎特准Pr=0.704，流体的运动粘滞系数v=14.835*10-6m2/s

应用格拉晓夫准则用符号Gr表示［3］

β为流体的膨胀系数;1/kg为重力加速度m/s2

取公式Nu=C(Gr*Pr)n，C=0.53，n=1/4，Nu=15.85

将计算得出的αn，αw空代入公式(2)中求出KPP—R稳态管:

同理计算PP—R管道在水中的换热系数αw水.

参照同样的公式，计算出铁管在水中、空气中的αw水，αw空;保温管在水中、空气中的αw水，αw空.P-R管道、铁管保温管在空气中、水中的热量损失详见表1，表2.

表1 P—R管道、铁管、保温管在空气中的热量损失

表2 P—R管道、铁管、保温管在水中的热量损失

通过计算，PP—R稳态管在空气和水两种环境中热损失值介于铁管与保温管之间.

3 地沟外移与更换PP—R塑铝稳态管的造价对比

以1#楼为例，此楼建筑面积4 700 m2，为居民住宅楼，建于1995年.整个工程需要更换地沟管网:DN 80 120 m2;DN 65 40 m2;DN 50 68 m2;DN 80阀门2个;DN 50阀门8个.地沟外移施工工程造价预算:材料费约为32 000元，人工费11 000元，取费后总的工程造价约为59 000元(含市政道路恢复费).按照更换PP—R稳态管工程造价预算，材料费约为47 000元，人工费11 000元，取费后总的工程造价约为71 000元.

通过概算发现，两种方式的投资费用相差一些，但铁管的使用寿命大约15年，而PP—R稳态管的使用寿命在没有外力破环的情况下最少能够达到30年，使用寿命是铁管的2倍.多年来，在集团公司内部已经有百余栋楼进行了此种改造，在运行中没有出现过故障.可见，使用PP—R稳态管虽然在初投资上较高，但在日后运行维护成本很低，而且使用寿命得到了延长［4］.

4 本年度运行情况测试

试验产品:PP—R稳态管

试验时间:2012年-2013年度采暖期

试验结果及参数见表3.

表3 试验参数

以上数据与测试前PP—R管道经济分析相吻合.在管道介质温度与管道外表温度温差在20℃时，KPP—R=23.42 W/m2·℃，QPP—R=23.42*20*A=468·AW同等条件下在保温环境恶劣的情况下铁管热量损耗为K铁管=386.05 W/m2·℃，Q铁管=386.05*20*A=7 721·AW.通过上式计算可以看出:在同等条件下，PP—R管道与铁管相比，PP—R管道的热量损耗要比铁管小16倍.

由于普通PP—R管线性膨胀系数较大，一般不在供热系统中的主干管网使用，主要使用在室内明装供热管网上.而PP—R稳态管的线性膨胀系数是普通PP—R管的1/5(普通PP-R管为0.15 mm/mK)，接近于金属管，管道无明显热胀冷缩.PP-R塑铝稳态管仍然采用热熔连接方法，连接前用专用卷削工具剥去外覆铝塑复合层，然后与同材质的PP-R管件进行热熔连接，保证了管材和管件的一体化，连接部位无渗漏之忧［5］.