硬质聚氨酯泡沫塑料是一种绝热防腐高分子合成材料，用作防腐保温保冷层，它导热系数低、密度小、强度高、吸水性小、绝热、绝缘、隔音效果好、化学稳定性能好，作为一种绝热材料，广泛应用于石油、化工、运输、建筑、日常生活等领域，如输油和辅热水管道、油库、贮罐、冷库、空调、冰箱、集中供热供汽管道等设施的保温保冷。有数据显示，用硬质聚氨酯泡沫塑料保温的管道比传统的管道可减少热损失35％，节约了大量能源，减少了维修费用。另外，它还具有优良的防水防腐性脂，可直接埋入地下或水中，使用寿命可达20～30年以上，使用温度-190～120℃。
保温管是绝热管道的简称，保温管用于液体、气体及其他介质的输送，在石油、化工、航天、军事、集中供热热、*空调、市政等管道的绝热保温工程。
保温管的分类
钢套钢复合保温管
钢套钢复合保温管保温结构依据滑动方式不同可分为两大类：
1、内滑动式：保温结构由工作钢管、硅酸铝、减阻层、微孔硅酸钙、隔热层、不锈钢紧固钢带、铝箔反射层、聚氨酯保温层、外套钢管、外防腐层组成。内滑动型保温钢管是由输送介质的钢管+复合硅酸盐或微孔硅酸钙+硬质聚氨酯泡沫塑料+外套钢管+玻璃钢壳防腐保护层结构构成。各种管件节点保温处理技术成熟，质量可靠。
2、外滑动式：保温结构由工作钢管、玻璃棉保温隔热层、铝箔反射层、不锈钢紧固钢带、滑动导向支架、空气保温层、外护钢管、外防腐层组成。
聚氨酯保温管
聚氨酯保温管从里到外分三层结构：
保温管
*层：工作钢管层
根据设计和客户的要求一般选用无缝钢管、螺旋钢管和直缝钢管。钢管表面经过*的抛丸除锈工艺处理后，钢管除锈等级可达GB8923-1988标准中的Sa2级，表面粗糙度可达GB6060.5-88标准中R=12.5微米。
第二层：聚氨酯保温层：
用高压发泡机在钢管与外护层之间形成的空腔中一次性注入硬质聚氨酯泡沫塑料原液而成，即俗称的“管中管发泡”。
第三层：高密度聚乙烯保护层：
预制成一定壁厚的黑色或黄色聚乙烯塑料管材。其作用一是保护聚氨酯保温层免遭机械硬物破坏，二是防腐、防水。[1]
保温管性能及相关指标
保温管的结构
高温预制直埋保温管主要由四部分组成。
（1）工作钢管：根据输送介质的技术要求分别采用有缝钢管、无缝钢管、双面埋弧螺旋焊接钢管。
（2）保温层：采用硬质聚氨酯泡沫塑料。
（3）保护壳：采用高密度聚乙烯或玻璃钢。
（4）渗漏报警线：制造高温预制直埋保温管时，在靠近钢管的保温层中，埋设有报警线，一旦管道某处发生渗漏，通过警报线的传导，便可在检测仪表上报警并显示出漏水的准确位置和渗漏程度的大小，以便通知检修人员迅速处理漏水的管段，保证热网安全运行。
保温管的特点
高温预制直埋保温管-优势特点
1 具有很强的耐腐蚀和防水能力，综合造价低
据有关部门测算，双管制供热管道，一般情况下可以降低工程造价的25%（采用玻璃钢做保护层）和10%（采用高密度聚乙烯做保护层）左右。
2 热损耗低，节约能源。 热损耗仅为传统管材的25%
直埋保温管 导热系数 0.022kcal/m.h.℃ 憎水率 0.03kg/cm³
3 使用寿命长
正确的安装和使用可使管网寿命达到30-50年，而且维护费用极低。
4 占地少 施工快 有利于环境保护
能减少土方开挖量50%以上 减少土建砌筑和混凝土量90%
保温管技术指标
技术性能
单位
技术
（3）交联剂N-403乙二胺聚醚。化学名尔四（聚乙—羟丙基）乙二胺。其质量指标如下。
外观淡黄色至棕色透明黏稠液体水分/％≤0.2
羟值（KOH）/mg·g-1770±35
此交联剂可代替部分有机胺催化剂，又可代替其他羟基聚醚。它有增进分子结构交联，改进泡沫固化速度，减少泡沫塑料脆性的作用。
（4）阻火剂TCER。是β-三氯乙基磷酸酯，其质量指标如下；
外观无色至黄色透明液体酸值（KOH）/mg·g-1≤1.0
相对密度（15～20）1.410～1.430水分/％≤0.3
此阻火剂溶于醇、酮，酯、芳烃、氯仿以及*，不溶于脂肪族烃。由于分子中含磷、氯，阻燃作用较显著。主要作为添加型阻燃剂，除增加塑料具有自熄性外，还有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。施工时还可降低黏度，便于施工。
（5）多异氰酸酯PAPIR-NCO。其质量指标如下。
酸值/％<0.3-NCO含量/％>29
水解氯含量/％<0.5黏度（25）/mPa·s<1000
多异氰酸酯PAPIR—NCO可延缓塑料反应胶凝时间和发泡时间，有利于一步法泡沫模制。对提高塑料的耐热性、强皮、耐湿性有很大好处。
（6）硅油。是一种表面活性剂，也是一种发泡稳定剂。它是一种有机硅大分子化合物，在组分中仗几种物质均匀互混，作为亲水的聚酯和疏水的异氰酸酯、氟碳化合物的乳化剂；其次是稳定发泡，在发泡过程中降低泡沫表面张力，控制泡孔大小，防止胶凝时微孔合并，起到控制微孔大小的作用。
（7）催化剂。三乙醇胺是一种控制聚氨酯分子交联速度和气体生成速度的化合物。
生产硬质泡沫塑料通常选用锡盐与叔胺类例如二月桂酸二丁基锡，它们的作用是促进塑料迅速胶凝或泡沫固化。
（8）发泡剂。分为水或物理发泡剂、氟碳化台物发泡剂。作为聚合物膨胀发泡，充入泡沫微孔以降低导热系数。常用的氟碳化合物为F-11、F-113。
3．硬质聚氨酯泡沫塑料配方
（1）胶液配方表5—3～表5-7介绍了几个单位用的硬质聚氨酯泡沫塑料配方。
表5-3 重庆长风化工厂胶液配方
组分原料名称质量比施工温度
AⅢ型聚醚
乙二胺聚醚
三氯三氟乙烷P-113
β-三氯乙基磷酸酯TCEP
三乙醇胺
二月桂酸二丁基锡
204硅油48～50
15～17
18～20
13～15
1～2.6
0.2～0.5
1.5～2施工温度
31～41℃
表面温度
45℃左右
B聚苯基甲基多导氰酸酯PAPI106.5～117.1
表5-4 大庆油田科研设计院胶液配方
组分原料名称质量比生产厂家
A甘油聚醚
硅油
二月桂酸二丁基锡
三乙烯二胺
多缩丙二醇
F-11100
3.45
0.09
0.75
1.45
30南京塑料厂
进口钢套钢直埋保温管/高温蒸汽保温管/钢套钢蒸气复合保温管适用于输送2.5MPa,350摄氏度以下的蒸汽或其它介质,该产品用钢管做外防护层,具有强度高,不易损坏,施工检修简便,使用寿命长的优点。 钢套管（钢套钢）埋设技术是一种防水,防漏,抗渗,抗压和全封闭的埋设新技术,是直埋敷设技术在地下水位较高地区使用的一次较大突破。它是由输送介质的钢管,防腐外套钢管以及钢管与外套钢管之间填充的超细玻璃棉组合而成,也可采用石墨,硅钙瓦管壳及填充聚氨酯泡沫复合而成。
外滑动型蒸汽直埋保温管
以外层钢管作为地沟是该产品的设计理念。外滑动式的滑动面在外护管的内表面,保温材料随工作钢管一起运动,该结构形式主要用于软质的保温材料中,其优点是保证热流不外泄,有效解决了由于径向膨胀而造成摩擦力增大的问题,由于内部有支撑环,不会造成保温材料偏心和压碎现象发生。当今世界上蒸汽保温管多采用这种结构,对于防水,防腐,输水和排气都能有效的解决。使管路系统处于全封闭状态下运行,因此运行可靠寿命长。一般是用于输送温度在150℃—350℃之间,压力小于1.6 Mpa的蒸汽。
内滑动型蒸汽直埋复合保温管
内滑动型蒸汽直埋复合保温管是由输送介质的钢管 复合硅酸盐或微孔硅酸钙—硬质聚氨酯泡沫塑料 外套钢管 玻璃钢壳防腐保护层结构构成。各种管件节点保温处理技术成熟,质量可靠。各层主要技术指标参见表1,2,3,4。共有“钢套钢”,“聚乙烯壳套钢”,“玻璃钢壳套钢”三种结构产品供广大客户选用
产品规格尺寸
使用钢管直径40-1200mm,介质温度150℃-350℃,埋入地下深度1-2m。
产品适用范围
内滑动型蒸汽直埋复合保温管适用于城镇中供热的高温蒸汽管道,也适用于石油,化工,电力等工业部门的高温热力管道。
钢外护管真空复合保温预制直埋管
钢外护管真空复合保温预制直埋管道系统,采用耐高温玻璃棉作为管道的保温层,用于输送温度低于350℃的高温蒸汽或热水,在该系统中,成功地将真空技术应用于管道的保温和防腐。
除了提供高品质的保温管道产品,还可以为用户提供*的支持和服务。通过专业的有限元应力分析软件CAESAR Ⅱ,工程师可以对管道的应力进行准确的计算,保证管网运行的安全性和*的使用寿命。
技术优势：
提高了管道的保温效果；由于真空的应用,zui大限度地降低了管道的辐射和对流传热；降低了管道的腐蚀破坏速度；使内外钢管之间保持干燥；对管网有泄漏预警作用；降低了管网的事故率。
三位一体式管道结构
集中供热管道用于输送140℃左右的高温热水,管道通常采用埋地方式敷设,管道埋地以后,由于运行温度与安装温度之间存在130℃左右的温差,因此,在工作钢管与外保护层之间形成较大的剪切力,如果管道形成了三位一体式保温结构,并且保温层的性能能够承受温差产生的剪切力,就能够保证保温层的完整性且不被破坏。同时,三位一体式的保温结构可以将钢管热胀冷缩产生的轴向力传递到外保护层以及土壤,从而通过土壤与管道之间产生的摩擦力在管网中形成锚固段,实现管道的无补偿安装,取消供热管网传统设计中大量使用的补偿器及固定支架,进一步提高了管网的安全性和*使用寿命。
三位一体式管道结构是直埋供热管道系统的核心技术,通过*的技术和设备,可靠的生产工艺,使管道的钢管,聚氨酯保温层和高密度聚乙烯外保护层紧密地结合在一起,形成一体式管道保温结构。
要形成一体式管道结构需满足以下基本条件：
*的管道抛丸设备：
通过管道抛丸系统,使钢管表面形成一定的锚纹深度,抛丸等级达到SA2.5级。
*的电晕技术和设备：
通过电晕处理,使高密度聚乙烯内表面的表面张力达到50dyn/cm,有效电晕面积大于75%。
*的高压聚氨酯泡沫发泡机：
通过的HENNECK高压发泡机,化学原料可以高压混合,形成高品质的聚氨酯保温层,保证聚氨酯泡沫与钢管之间,以及与高密度聚乙烯之间的粘接强度,从而形成三位一体的管道保温结构。
CAESAR II 管道设计
从美国引进了原版CAESAR II 管道设计软件,该软件以有限元为基础,广泛应用于集中供热,供冷,石油天然气,LNG以及化工等领域,可以准确模拟各种工况下的管道应力,应变变化状态。大城县荣邦防腐保温材料有限公司设计工程师可以应用该软件为用户进行管道系统的应力验算,帮助用户优化管道系统,解决管网设计中的实际问题,协助客户建设安全,高效,节能,经济的绝热管网系统。
30～80
30～80
表5-9 预制管壳规格/mm
内径壁厚长度备注
45
108
159
219
273
325
426
730
840
1000
2200
790050～80
50
50
50
50
50
30～50
35
80
80
100
30500
500
500
500
500
500
1000
1000
700
700
700
870由两块拼接成圆筒
（2）直接喷涂法。是硬质聚氨酯泡沫塑料现场施工、修补技术的主要方法，这种方法不受工作面外形尺寸、几何形状的限制，不用模具，制品厚度可根据实际需要任意调节，可连续成型；效率高。
①喷涂机械硬质泡抹塑料直接喷涂的喷涂机由几部分组成：A、B组分物料贮箱，A、B组分泵，电加热系统，滤气减压系统和喷枪。
JG-3型喷涂机工作程序如图5—1所示。
JG-3型喷涂发泡机由1台三相交流电动机带动，经变速机变速箱带动2台HV3／68型环形活塞式计量泵作顺时针同步运转，计量泵A、B按定比各自输送组分液料、经耐压管输送到喷枪，在压缩空气的作用下，A、B两组分液体在喷抢混合室内相互混合，然后以高速雾状喷涂至工作面，待发泡、固化，形成一定密度和一定厚度的硬质聚氨酯泡沫塑料涂层。
JG-3型喷涂机之变速箱配有两种转速，可任选一种。不同转速获得喷涂量也不同，JG—3型喷涂机转速与喷涂量关系见表5—10。
表5-10 JG-3型喷涂机转速与喷涂量
转速/r·min-1475715
喷涂量/L·min-11～282～48
②喷涂操作 按配方配料A组分和B组分，分别倒入A、B物料贮槽。喷涂用空气压力0．3～0．4MPa。被喷涂物面温度40～50℃，加速涂层的熟化，提高黏结力。喷枪对准物面，稍带有一点角度，离物面300～500mm距离，喷枪移动速度0．5～O．8 m／min。
③喷涂层技术控制
a．乳化时间 乳化时间太短，枪口要堵塞；时间太长物料要流失或滴落。
b．初凝时间 物料初凝可用手测试，以不粘手计时。一般控制在10～12 s间，时间长了要影响施工进度；时间短了待第二次
喷上时，其表面已有固化层，将产生间隔层，以致影响到导热系数。
c．雾化风压 胶液在喷枪内混合系通过压缩空气在混合器内搅拌雾化，一般控制风压0．4～0．6MPa。
直接喷涂的缺点是表面不光滑，并呈麻面状。当喷涂管道时，物料损失约10％。
（3）一次灌注成型法。灌注发泡是聚氨酯泡抹塑料在模腔内成型的主要方法。一次性灌注物料流动性好，发泡时充满模腔各个部位，省工、省料、制品光滑，质量好。
灌注发泡是用灌注发泡机进行的常用JG-1型灌注发泡机系低压循环型。JG—1型灌注发泡机规格与能力见表5—11。
表5-11 JG-1型灌注发泡机规格与能力
时间规格
JG-1-10JG-1-20JG-1-30JG-1-40JG-1-60
1s
25s
60s60～170ml
1.65～4.15L
4～10L130～330ml
3.35～8.35L
8～20L0.2～0.5L
5～12.5L
12～30L0.3～0.7L
6.65～16.7L
16～40L0.4～1L
10～25L
24～60L
JG-1型灌注发泡机参数如下。灌注搅拌头，电动4000 r／min。定量输送泵，HV系列环形活塞泵。原液灌，A、B各100L。溶剂中洗、强风吹扫，按程序自动操作。原液补充，电动泵输送。原液搅拌混合，电动锚式搅拌器。注入定时器，1～40 s。注剂罐，20L。原液温度调节，电加热、水泵循环、恒温自空。外表尺寸，2m×1．3 m±2．3m。全机总重，1 t。
JG-1型灌注发泡机工作程序示意如图5-2所示。一次灌注成型法模具如图5-3所示。
摸具设计实例。例如输油管系螺旋卷管，其外径φ529 mm，焊缝高出壁2．5 mm，需绝热层厚50 mm，则模具直径D=529+50×2+2.5×2=634 mm；长度=1000 mm；模具壁厚，1～2 mm碳钢；加强筋，30×4角铁；阻头高度50mm。
