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南京博东防水工程有限公司

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保温管技术各种应用及需求分析
发布日期:2019-03-27   浏览次数:
南京防水工程保温管适合输送在-50℃-150℃范围内的各种介质,它还广泛应用于供冷和热油的输送及冷库、煤矿、石油、化工等行业的保温保冷工程。

保温管是影响节能的重要因素,保温管的研制与应用越来越受到世界各国的普遍重视。20世纪70年代后,国外普遍重视保温管的生产和应用,力求大幅度减少能源的消耗量,从而减少环境污染和温室效应。国外保温工业已经有很长的历史,而新型保温材料也正在不断地涌现。1980年以前,我国保温管的发展十分缓慢,为数不多的保温厂只能生产少量地下直埋保温管,但中国保温工业经过30多年的努力,特别是经过近10年的高速发展,不少产品从无到有,从单一到多样化,质量从低到高,应用越来越普遍。聚氨酯材料是目前国际上最常用的保温材料。硬质聚氨酯具有很多优异性能,在欧美国家广泛用于保温隔热领域。欧美等发达国家的保温材料中约有49%为聚氨酯材料,而在中国这一比例尚不足20%。因此,聚氨酯材料保温管在中国的发展还有很大的空间。

以保温管广泛应用的集中供热行业为例,集中供热发展到今天已有一百多年的历史,它具有节约能源、减少城市污染、改善环境等优点。在当今世界能源紧张,污染日趋严重的状况下,集中供热的优越性愈加明显。但在集中供热中,热网建设是一项规模巨大的工程,一般占集中供热投资的40%以上,并且由于建设速度慢,往往使热源建成后不能及时带上足够的热负荷,发挥不了应有的工程效益。

由于能源的紧缺,节能减排在国民经济建设中越来越受到重视。因此,我国的集中供热事业无论在供热规模还是技术方面,都进入了一个飞速发展的时期。在东北、西北、华北地区,许多民用建筑和工业企业设置了集中供热系统,很多城镇、乡村也都实现了集中供热,集中供热面积急剧扩大。经过将近六十年的发展,我国的集中供热建设和技术取得了显著的成就。但供热状况还是原始供暖与现代化的集中供热并存,小型分散的供热形式还普遍存在。从整体的供热技术看,我国与西方发达国家相比,城市住宅和公共建筑集中供热率较低,供热系统的热能利用率、供热产品的品种、质量以及供热系统的运行管理和自动化控制水平等方面还有不小差距。2008 年我国北方城镇采暖能耗占建筑总能耗的23%,从1996-2008年,该类能耗从7200万tce增加到15300万tce,翻了一番。1996-2008年,我国北方建筑面积从不到30亿m2增长到超过88亿m2,目前北方城镇有采暖的建筑占当地建筑总面积的比例已经将近100%,到2008年,集中供热系统的比例已占到北方城镇采暖总面积的近80%[1]。

随着我国改革开放的深入发展和城市化进程的加快,作为城市基础设施的热力网建设迅猛加速,在我国气候严寒和寒冷的采暖地区,132个地级以上的大、中城市全部都有了城市集中供热热力网设施,热力网主干线的长度由1983年的300多km,增加到2009年的110490km。热水管网的供热半径从10km发展到20km,最大供热管径从DN500开发到DN1400[2]。城市热力网从单热源供热发展到多热源联网运行;管网型式从枝状管网发展到环状管网;与热用户的连接方式从直接连接发展到间接连接,从而提高了供热的安全性、经济性和供热效率。热网管道敷设方式从地沟发展到直埋,保温材料从早期采用预制泡沫混凝土瓦块或沥青膨胀珍珠岩发展到聚氨酯泡沫塑料保温管,在学习引进国外直埋先进技术的基础上,从直埋热水管道发展到直埋蒸汽管道,取得了良好的社会效益和经济效益,减少了热损失、节约了能源、降低了工程造价、延长了使用寿命、加快了施工进度。

集中供热系统中城镇集中系统占据了绝大比例,针对城镇集中供热行业而言,预制保温管发展趋势呈现以下特点:

(1)新建城镇集中供热面积快速发展

根据中国统计年鉴对全国各地区城市大型集中供热统计资料[2],截至2009年城市集中供热发展较快的地区包括:北京44239.6万m2,天津20614.0万m2,河北30554.3万m2,山西25512.5万m2,内蒙古20769.4万m2,辽宁68464.3万m2,吉林28570.7万m2,黑龙江34941.7万m2,山东46770.6万m2,新疆17072.5万m2等。

北京市是全国集中供热发展最好的城市,到2009年底北京市总供热面积为44239.6万m2,供热管网总长12156km。2010年全市供热面积达6.5亿m2,到2020年供热面积将达到10亿m2。其中城八区6亿m2,远郊新城4亿m2。由于北京城市建设速度飞快,集中供热的发展赶不上住房建设的速度。北京每年开复工建筑面积达1.3亿m2。热源供热能力满足不了城市建设发展的需要,再加上北京市环境容量的限制,不允许在北京市建设燃煤热电厂,所以跨市由河北省三河电厂长距离向北京通州区供热。一期工程热水管网主干线DN1400供热距离30km。二期工程将达40km以上,中间设中继加压泵站。另外在河北省廊坊万庄镇建4×300MW大型热电厂,同时向北京亦庄经济开发区及廊坊市万庄新城供热,供热半径16km跨市供热。

山东省全省十一个大中城市,二十多个县城均有集中供热,其集中供热面积仅次严寒地区的辽宁省和黑龙江省。牡丹江市集中供热面积1400万m2占全市供热建筑面积的40%。唐山市热力公司是地震后建设新唐山时期成立的,其集中供热面积已达2000万m2,占全市供热建筑面积的70%,赤峰热力公司是20世纪80年代初成立的,其集中供热普及率达60%。

进入21世纪以来,集中供热面积每年以2亿m2的速度增加,2008年~2009年北方采暖地区新增供热面积3.1亿m2。天津市是城市集中供热快速发展的典范。20世纪末,天津市城市集中供热面积仅为300万m2,绝大部分民用住宅建筑采用分散的小锅炉供热,有的甚至使用蜂窝煤的小火炉采暖。进入21世纪,天津市乘改革的春风,加快城市集中供热发展的步伐。在天津市政府的重视和支持下,他们最早制定了城市集中供热改革的经济政策,把“热”作为商品推向市场,制定了“暗补”变“明补”的标准。把供热费直接发给职工,由用热个人和供热企业直接进行交易,与此同时开展了不同供热计量方式的试验,取得了很好的效果。天津市供热改革深受广大群众欢迎,争相购买具有集中供热设施的居民住宅,分享改革成果,有力推动了天津市房屋建筑快速发展。

城市集中供热是国家节能减排战略的主要组成部分之一,也是提高人民生活水平,改善居民住宅条件和舒适度的重要手段。我国北方严寒和寒冷地区气候寒冷,冬季长达4~6个月,有的地方在7个月以上;这些地区的室外温度冬季都在零度以下,吉林、辽宁、甘肃和河北北部、山西北部、陕西北部等,冬季室外温度都在零下15度左右,黑龙江、内蒙古、新疆等冬季室外温度最低零下30度以下。综上所述,在寒冷地区城市集中供热是人们生活的必须条件;在严寒地区城市集中供热是人们生存的必须条件。

(2)既有供热管网改造

以上是北方城市发展新增建筑采暖的需求。此外,在北方城市还有已建成的管网需要逐年改造。按统计至2009年底已建成的热水管网110490km,蒸汽管网14317km。改造内容包括:由汽暖改为水暖;由单热源供热改为多热源联网运行;由枝状管网改为环状管网;由直接连接改为间接连接;由架空地沟敷设改为直埋敷设;消除现有管网水力失调;由按面积收费改为计量收费,以达到节能减排的目标。

(3)采暖范围由北向南发展

随着经济建设的发展和繁荣,人民群众居住条件不断改善和提高,开始追求舒适的居住环境,对室内温度要求提高。国家规定冬季采暖温度为16℃,据悉北京市将此标准提高了2℃为18℃。其他城市有的也提高了标准。过去,我国城市集中供热限于北方地区城市,随着人民生活水平的提高,原来不采暖的地区例如:长江沿线也要求提供采暖,如安徽合肥、湖北武汉、四川、江苏、南京、上海等地相继建立了热力公司,实施集中供热。因而要求采暖范围由北方向南方发展。对于有天然气供应的城市如:上海、杭州等可采用天然气热电冷联供技术,同时满足冬季供暖及夏季供冷。

城镇化水平是一个国家工业化、现代化的重要标志,我国城镇化率虽然从2005年的43%提高到2009年的46.6%,仍远低于发达国家,也低于世界平均水平。目前发达国家城镇化率一般接近80%,一些人均收与我国接近的周边国家已达到60%以上,相比之下,我国的城镇化发展还有很大潜力。

(4)集中供热向县、镇、乡延伸

按“十二五”规划,我国城镇化率将超过50%,这就意味着有一半以上的人口将工作和生活在城镇。城镇化快速推进,由大中小城市和小城镇构成的城市体系已初步形成,城市群迅速崛起,要应对城市人口快速增加的需要,相应需提高市政公用设施的覆盖面和保证率。与此同时,要根据城市拓展需要,有序地推进工业危险源的搬迁,消除城市安全隐患,增加中心城区公共活动空间。预计未来15~20年,每年仍将有1500万左右的农民进城,从发展角度供热行业的前景看好。

根据住房和城乡建设部统计[2],到2009年底我国城市集中供热面积379574万m2。2009年末,蒸汽供热能力9.3万吨/小时,热水供热能力28.6万兆瓦。

此外,根据“十二五”期间的城镇建筑面积和供热面积发展预测,预制保温管行业存在着巨大的发展潜力:

根据第六次全国人口普查,2010年全国城乡总人口数为13.4亿人,2015年城乡人口预测为13.74亿人(13.4亿×1.0055),其中城市人口7.56亿人(13.74×0.55)。“十二五”较“十一五”城市人口净增值1.53亿人(7.56-6.03)。按照城乡统计年鉴[2],2010年住房建筑标准为30m2/人,以此估算2015年按为36m2/人(1.2×30)。

“十二五”期间全国城市新增建筑面积如下计算(按住宅占70%,公建占25%计),其中住宅55.08亿m2(1.53亿人×36m2/人),公建19.67亿m2(55.08×0.25/0.7),合计74.75亿m2。

根据中国城乡统计年鉴[2-3],在新增的建筑面积中,采暖的建筑占69%,其中北方占34%,南方占35%;不采暖的南方建筑占31%。在南北方城市中,采用集中供热方式采暖的比例,北方占95%,南方占5%。“十二五”期间北方城市预测新增集中供热面积为24.14亿m2(74.75×0.34×0.95)。南方采暖城市新增集中供热面积应为1.31亿m2(74.75×0.35×0.05)。

因此“十二五”期间我国新建建筑面积中集中供热面积共计:25.45亿m2(24.14+1.31)。

中国社科院发布《2010年城市蓝皮书》指出我国城镇化率达46.6%,这样我国城镇化将提高约4%。按照2010年全国城乡总人口数13.4亿人,建筑面积30m2/人计算,则共有402亿m2(13.4*30)。如城镇化提高4%,即城镇面积增加16.08亿m2,仍按照建筑面积中采暖占69%,其中北方占34%,南方占35%,集中供热方式采暖的比例,北方占95%,南方占5%。城镇化后北方新增集中供热面积5.19亿m2(16.08*0.34*0.95);城镇化后南方新增集中供热面积0.28亿m2(16.08*0.35*0.05),因此城镇化后集中供热面积增加5.47亿m2(5.19+0.28)。

“十二五”期间我国新建建筑面积中集中供热面积25.45亿m2,城镇化提高后增加的集中供热面积5.47亿m2,因此“十二五”期间新增集中供热面积总共为30.92亿m2。

此外对“十二五”期间城镇集中供热管网的发展潜力进行了预测:

根据现有统计资料,每万m2供热面积的供热管网长度约200米,因此可得知我国北方城市管网发展预测如下:

新增供热管网总长度61840km(0.2km/万m2*30.92*10000万m2)。据北方集中供热城市统计,供热管网总长度中,一次网约占35%,二次网约占65%,由此知“十二五”期间新增一次网长度约为21644km (61840*35%),二次网长度约为40196km。

在建设新管网的同时也需要旧网改造,根据建设部《北方地区城市集中供热管网改造规划》,旧网改造包括两部分,一是更换超期服役、存在严重安全隐患的旧管道,二是扩径,小口径管道换成大口径管道。

(1)更换管道

对于年久失修,已超期运行的供热管网,由于存在严重的安全隐患,必须进行更换。规划城市中需更换的供热管道总长度约14683km,其中15年以上管道9087km,占更换管道长度的61.7%。更换的管网长度占改造管网的总长度约55.9%。

(2)扩径管道

扩径管道是指用户发展引起管网流通能力不够,规划设计不当造成的水力工况不能满足使用要求时,需要增大管径的管道。

规划期间需要扩径改造的管道长度共4833km,其中15年以上管道2197km,占扩径管道长度的45.4%。扩径的管网长度占改造管网的总长度约18.4%。

综合上述两项,旧网改造管道共计19516km(14683+4833)。

另外,我们还对“十二五”期间城镇集中供热管网的投资前景进行了预测:

(1)新增管网投资预测

由上,“十二五”期间新增集中供热面积总共为30.92亿m2,年均新增6.184亿m2/年。

根据北京、天津、沈阳、长春等地的相关供热公司供热网建设的投资情况,一级网投资约为15~20元/m2,二次网投资约为10~13元/m2,则一次网年均总投资为:15~20*6.184=93~124亿元/年,二次网年均总投资为:10~13*6.184=62~80亿元/年,一、二次网合计的年均总投资为:155~204亿元/年。

(2)旧网改造投资预测

根据建设部《北方地区城市集中供热管网改造规划》,未来的旧网改造投资可分为两部分:

首先是更换管道的投资。规划城市中需更换的供热管道总长度约14683公里,总投资241.5亿元。如5年内更换完毕,则年均投资为48亿元/年。

其次是扩径管道的投资。规划期间需要扩径改造的管道长度共4833公里,总投资94.1亿元。如5年内扩径改造完毕,则年均投资为19亿元/年。

综合上述两项,“十二五”期间旧网改造的年均投资约为67亿元/年。

(3)集中供热管网总投资预测

综合新增集中供热面积的投资和旧网改造投资,“十二五”期间城镇集中供热管网的年均总投资约为:222~271亿元/年。

除了上述在集中供热行业里的巨大发展潜力外,预制保温管在油气运输中的需求也是迅速增加。截至2008年年底,我国已建油气管道的总长度约为6.4万千米,其中天然气管道3.2万千米,原油管道1.9万千米,成品油管道1.3万千米,形成了跨区域的油气管网输送格局。根据统计资料显示[4],21世纪以来,我国的天然气消费量迅速增长,2008年达到807.0*109m3,同比增长15.8%,比2000年增加了2.3倍;同时,天然气产量也迅速上升,2008年达到760.8*108m3,同比增长9.6%,比2000年增加了1.8倍,1995到2008间,我国油气管道总里程平均每年增加4000千米。我国油气运输管道市场已经进入了大规模发展时期。

保温被称为第五能源,它是节能的重要措施。提高保温技术水平,是企业节能、降耗、增益的重要环节。管道输油行业是高能耗行业之一,国内外都十分重视借助技术进步节能降耗。我国已经逐渐形成了跨区域输油气管网的供应和输送格局,国家对管道的建设和运营管理全面实行国内外开发政策,随着管道建设和运营管理模式的发展,我国的管道运输产业将面临更大的机遇和挑战。

近年来,随着中国经济的持续发展,成品油供应和需求也呈现快速增长态势。铁路运力紧张,运输的不均衡、不及时,突显了成品油管道建设的必要性。目前,中国石化、中国石油都在积极构筑成品油管网。预计,2009-2015年全国将新建油气管道约4.5万千米,到2015年全国油气管道的总里程将达到11万千米。


目前,陆上原油运输已基本实现管道化。由于油气管道总里程较少,总体运力不足。以天然气管道为例,2008年我国天然气干线管道总里程仅为3.2万千米,管输能力约800亿m3/年;而美国天然气管道干线里程达50万千米,输气能力为4545亿m3/年。除资源不足外,局部管输瓶颈也是造成我国天然气供需紧张的原因之一。美国有约15万千米的成品油管道,成品油管道运输比例达到47%(水运23%,公路29%),管道运输是成品油输送的主要方式。我国成品油管道的发展明显滞后于欧美地区,2008年底全国成品油管道里程约为1.3万千米,不到美国的1/10,成品油一次运输的管输比例只有20%,成品油运输仍以铁路运输为主。

海洋管线将在海洋冷水环境中,承受一定水深的静压力,对原油(气)进行输送。对一些较高稠度的原油(如含蜡、含胶质等高凝点原油),在管输过程中,若不采取特殊措施,当油温降低到一定值时,会陆续析出高分子量及低分子量的蜡组分,原油黏度增大,流动性变差,或在高压长距离输送天然气条件下,使得天然气水合物以似松散冰的固态形状析出,严重时导致管道堵塞等,造成生产事故发生。因此,需对海底

管线进行有效的保温处理,以保证管线的正常运行海底管道保温所使用的聚丙烯材料可分为实心、发泡和复合三大类。

实心聚丙烯保温材料主要由聚丙烯合成材料组成,没有经过任何的物理加强和改性。应用于海底管道保温的聚丙烯泡沫塑料密度一般为650 ~750kg/m3。一般应用于600 m水深或者采用管中管结构的保温形式,而改性的闭孔聚丙烯泡沫塑料则因其良好的机械性能而应用到1 500 m水深。

海底石油储量极为丰富,在海洋矿产资源中居首位。海底石油输送是海底油田开采的重要一环,其中管道输送是最经济的方式。利用海底管道输送油气,虽然一次性投入较大,但铺设后,海底管道本身不受天气影响,其经济效益较好。因此,许多国家都投入巨额资金,开发海底输油管道的技术和材料,建设海底输油管道。海上恶劣海况与海底复杂地质情况对保温材料和防护层提出了很高的要求。中国海底油田所产原油密度高、气温低、黏度大,海底输油管道所处环境复杂,压力大,海水腐蚀性强等,这些因素对中国海底石油输送提出了苛刻的要求。海底管道一旦出现问题,维修难度大,费用高,时间长,且易造成海洋污染,损失巨大。因此,管道保温是保证海底输油管道长距离输送原油的关键环节。而采用高密度聚乙烯保温管则可以有效的解决这些问题。聚乙烯是一种超高分子聚合物,用聚乙烯作为保温材料的防水保护层,可有效阻止水向保温层的渗透,同时这种材料具有很好的电绝缘性能,且易于加工成型。用这种材料制成的防水保护夹克具有一定的抗磨、抗冲击、抗撕裂和抗拉性能,可满足施工载荷的要求。目前,对于聚氨酯泡沫保温材料,国内外均有采用聚乙烯作为防水保护层。

聚乙烯分为高密度聚乙烯和低密度聚乙烯,它们均可用作防水保护夹克材料,高密度聚乙烯的拉伸强度、断裂伸长率和耐老化性能优于低密度聚乙烯,而低密度聚乙烯的耐环境应力开裂性能优于高密度聚乙烯。基于二者的特点,目前国外已将高、低密度聚乙烯共混制成新的材料,共混材料性能优于高密度聚乙烯和低密度聚乙烯,其密度介于二者之间。聚乙烯外护管式结构的优点是节省了钢护管,造价低。据有关资料介绍采用聚乙烯外护管式管体结构比钢管外护管式管体结构可节省约1/4费用。

我国海上油气目前发展迅速,在南海早年投产并顺利送往香港的阿科气田,有13个油气田陆续开采,还有东方1-1气田、乐东气田和涠西南油田群都显示出好兆头。在东海继平湖油气田投产以来,又在上海东南450km的西湖凹陷春晓三井发现大油气田。在渤海从秦皇岛32-6、南堡35-2、绥中36-1油气重大发现以来,又在大港附近海域和蓬莱1-93等都发现了亿吨级整装大油田,特别是蓬莱1-93可称目前发现仅次于大庆的我国第二个大油田,储量超过6亿吨。目前我国海上油气年产已超过1500万t,近期可达3000万t。按照惯例,海上油气田开采生产出的油气除少数在海上直接装船外运外,多数将通过管道转输至陆上加工并分别输送到用户。

因而,我国近期将有大批海底管道要建设。至2010年,我国海底管道加上目前已有的2000多km,总共将达到1万km左右。在我国海洋石油开发的近20年中,已建成近2500km的海底管道。其中包括平台间油、气、水混输管道,注水管道,长距离海底天然气外输管道以及长距离海底输油管道等。其中,双层管结构约350km,单层管结构约2100km,软管约20km。目前国内最长的海底天然气管道长度近800km