一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统

摘要

本发明涉及一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统。本发明提供的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的无补偿、无焊接、无补口、冷安装、原回填的安装工艺方法，并采用保温层分层喷涂工艺，在球墨铸铁供热管道上依次喷涂纳米气凝胶基层、喷涂聚氨酯复合层，并外缠绕聚乙烯外护层。利用气凝胶导热系数低、隔热性能好、疏水性能好、防腐防老化且稳定性高特性作为喷涂基层，且相比聚氨酯等材料，纳米气凝胶在高温段的隔热性能更具优势，从而降低整体保温层厚度，保护管道和保温材料，并利用球墨铸铁管低阻力、高寿命、可回收性能，与现有技术相比，实现延长管道系统使用寿命至50年以上，降低系统热损失5％和工程成本10％以上。

说明书

技术领域

本发明涉及保温管道技术领域，尤其涉及一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统。

背景技术

现有预制保温球墨铸铁管道主要有聚乙烯外护管硬质聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管和硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管两种制造工艺。两种预制直埋保温管都是由球墨铸铁管、聚氨酯保温层和聚乙烯外护层组成。

但是，现有的供热管道面临安全和寿命问题，现有的管道保温效果不理想、寿命短、防水性能较差，现有的保温材料聚氨酯炭化和老化加快热力管道事故隐患加剧。有鉴于此，特提出本发明！

发明内容

本发明目的是提供一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统，以解决现有的球墨铸铁供热管道系统保温效果不理想、寿命短、防水性能较差的问题，主要由以下技术方案实现：

一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统，包括球墨铸铁管道、纳米气凝胶保温层、复合聚氨酯保温层和聚乙烯外护层；

所述球墨铸铁管道、所述纳米气凝胶保温层、所述复合聚氨酯保温层和所述聚乙烯外护层由内到外依次设置。

优选地，还包括仅在球墨铸铁管道上喷涂纳米气凝胶保温层，所述纳米气凝胶保温层喷涂于所述球墨铸铁管道外作为保温层和外护层。

优选地，所述聚氨酯复合层可为聚氨酯材质，或10％-30％纳米级孔气凝胶和聚氨酯配比得到的复合材质。

优选地，还包括传感光纤，所述传感光纤设置在所述复合聚氨酯保温层内，并靠近所述纳米气凝胶基层和所述聚氨酯复合层交界处。

优选地，在所述球墨铸铁管道内层设置有内衬减阻层。

优选地，在所述复合聚氨酯保温层和所述聚乙烯外护层之间设置有纳米气凝胶阻水层。

优选地，在所述纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的端部还设置有承插口，所述承插口包括插口部和承口部，所述插口部设置有一凸出的球墨铸铁管道；

所述承口部外径为扩口，承口部保温层与球墨铸铁管道对齐，由内到外依次设置有球墨铸铁管道、纳米气凝胶保温层和聚乙烯外护层；

所述插口部凸出的球墨铸铁管道为定位长度的光管，按照计量插入长度可滑动插入至所述承口部的球墨铸铁管道内，计量精度为0.5mm。

优选地，所述插口部凸出的球墨铸铁管道插入至所述承口部的球墨铸铁管道内留有补偿间隙。

优选地，所述插口部凸出的球墨铸铁管道插入至所述承口部的球墨铸铁管道的连接处设置有EPDM制备的耐高温胶圈，所述耐高温胶圈与承口部的扩口处留有1-2mm间隙。

优选地，所述承口部与所述插口部的连接处设置有保温部，所述保温部内设置有纳米气凝胶垫，所述纳米气凝胶垫外缠绕柔性热熔带。

优选地，所述的变径连接部件两端各设置一个承口部，与两侧管道的插口部连接；所述的弯头连接部件两端各设置一个承口部，与两侧管道的插口部连接；所述的三通连接部件三端各设置一个承口部，与两侧管道的插口部连接；所述的连接部件为纳米复合保温结构；

优选地，所述的钢制阀门两端为承口结构，插口连接球墨铸铁管道，形成钢柔连接结构。

优选地，所述球墨铸铁管道包含冷安装、无补偿、无焊接连接的自动定位推进器，精确定位承插口移动安装，无补口的安装精度小于0.5mm，管道和管件安装后采用原土回填的工艺方法。

本发明提供的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统，与现有技术相比，具备以下优点：

1、纳米材料、梯级保温；纳米保温隔热实现高隔热性能，提高管道保温层减薄率：本发明的保温层采用分层喷涂工艺，在球墨铸铁供热管道上依次喷涂纳米气凝胶基层、喷涂聚氨酯复合层，并外缠绕聚乙烯外护层。利用气凝胶导热系数低、隔热性能好、疏水性能好且稳定性高特性作为喷涂基层，且相比聚氨酯等材料，纳米气凝胶在高温段的隔热性能更具优势，从而降低整体保温层厚度。纳米气凝胶基层隔开供热管道和聚氨酯复合层，实现梯级隔热，并利用气凝胶纳米三维网格结构具备优异的高温稳定性，避免传统材料因振动等变形堆积造成保温性能下降现象，保护聚氨酯复合层性能，并且能够有效降低系统热损失5％左右。

硬质聚氨酯泡沫塑料是一种以聚氨酯为原料的泡沫塑料，密度为40kg/m3～60kg/m3，导热系数≤0.027W/m·K，透湿系数≤6.5ng/(m·s·Pa)，吸水率为3％～4％。它的主要性能特点是导热系数小、密度低并且有一定的硬度；使用温度较高，一般可达100℃，添加耐温辅料后，最高使用温度可达180℃；抗压强度较高。

2、防水性能优异；纳米气凝胶防火性能为A级，具备优异的整体疏水和防水性能，憎水率90％以上，隔绝液态水，同时又允许水蒸气通过。气凝胶起到保护聚氨酯复合层性能的作用，避免聚氨酯复合层高温下炭化，造成保温层空心化而丧失保温功能。埋入混凝土内的保温层端面部分喷涂纳米气凝胶可阻挡液态水，同时再做防水处理。

3、长寿命；球墨铸铁管材料具有和碳钢接近的力学性能，如机械强度高、韧性好等，同时具有铸铁特有的耐腐蚀性能，因此球墨铸铁管具有良好的防腐、抗压及延伸等优点，适合用于供热领域。同时，纳米气凝胶基层、聚氨酯复合层的分层喷涂技术有助于提高管道寿命，纳米气凝胶具有良好的机械性能，抗压、抗拉、抗裂、柔韧性，抵抗施工外力和冷热交替时的内应力，长期使用不沉降、不变形，使用寿命是传统材料的3-5倍，延长使用寿命至50年以上。

4、工程造价低，施工周期短；柔性连接无补偿，因此实现管道冷安装，施工周期短，造价低。

采用纳米、分层复合保温降低热损失，提高使用寿命，投入产出性价比高，经济性良好：纳米气凝胶密度低，易施工，容易加工切成任意形状和尺寸，是传统保温材料的1/3-1/5保温厚度，管道保温层减薄率提高空间利用率，节约了外层保温和保护材料，降低管道初投资，降低运输、仓储费用和施工成本，同时，将纳米气凝胶作为基层和聚氨酯复合层结合，使得保温收益实现经济最优化。

纳米气凝胶产品为无机材料构成，不含对人体有害物质，对设备和管道无腐蚀。同时，纳米孔气凝胶与聚氨酯复合绝热制品，降低复合材料密度，提升复合材料隔热性能、防火性能、抗冲击性能。

冷安装的施工方法大为简化：安装前应准备好施工所需的工具、器械和设备，使用起重机、绳子或其他合适的工具或设备将管子小心地放入沟渠中，并在安装之前，要仔细检查管子和保温层是否存在损坏或其他缺陷。本发明提供一种自动化定位安装方法，连接时，首先将胶圈按正确的安装方式放入承口内部，将保温管的插口和承口对中，然后将保温管的插口缓慢地推入承口中，插到2条插口线中间即可。采取绿色施工，有着不焊接，不补偿，不补口，不探伤，原回填等特点，可降低工程成本10％以上。

5、本发明将智能光纤传感与纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统相结合，实现对管道定位、监测振动、监测漏水的多功能光纤传感。

6、球墨铸铁管采用滑入式柔性承插接口，每段球墨铸铁管都可以当做是一个补偿器。球墨铸铁材料线膨胀系数约为11.2×10-6m/(m·℃)，球墨铸铁管单支管长度有2种规格，分别为6m和8.15m。即使管线温差为100℃，单支管管长为8.15m时，单支管的热膨胀量只有9.2mm，而球墨铸铁管的安装间隙最大可以达到20mm，在此间隙下，接口完全可以保持良好的密封效果。因此，我们在球墨铸铁管保温管安装时，根据插口线标示，控制每个接口预留10mm的安装间隙即可，利用柔性接口的安装间隙进行热补偿，也无须再供热管线中设置补偿装置，使管道在热状态下安全稳定运行，增加了安全运行可靠性。回水管道30-50℃温差，更为安全可靠。

7、与钢管不一样，球墨铸铁管柔性连接，管段之间没有焊接。

球墨铸铁管接口之间用耐高温胶圈连接，球铁管的插口外壁挤压安放在承口内的橡胶圈，使其压缩变形而产生一定的接触压力，当管道内水压增加时，水压会对胶圈产生一定的压力，水压越大，对胶圈的压力就越大，从而使胶圈产生自密封作用，能承受住高压而不漏水，使橡胶圈保持良好的接口密封性能。

乙烯丙烯橡胶EPDM，乙丙橡胶有优异的耐老化性，耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳定性、电性能、充油性及常温流动性。乙丙橡胶制品在120℃下可长期使用，在150～200℃下可短暂或间歇使用。加入适宜防老剂可提高其使用温度。乙丙橡胶有优异的耐水蒸汽性能并优于其耐热性。在125℃过热水中浸泡15个月后，力学性能变化甚小，体积膨胀率仅0.3％。

弹性：由于乙丙橡胶分子结构中无极性取代基，分子内聚能低，分子链可在较宽范围内保持柔顺性，仅次于天然橡胶和顺丁橡胶，并在低温下仍能保持。

8、球墨铸铁管粗糙度K≤0.1mm，无内衬；相比钢管K＝0.5mm，管网阻力降低40％以上；本发明采用减阻内衬后，进一步实现低阻力，降低输配电耗。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是本发明实施例一的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的结构示意图。

图2是本发明实施例一的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的截面图。

图3是本发明实施例二的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的结构示意图。

图4是本发明实施例二的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的截面图。

图5是本发明实施例三的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中承插口的结构示意图。

图6是本发明实施例四的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中承插口无补口的结构示意图。

图7是本发明实施例五提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口应用于变径管道的结构示意图。

图8是本发明实施例六提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口应用于弯头管道的结构示意图。

图9是本发明实施例七提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口应用于三通管道的结构示意图。

图10是本发明实施例八的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的结构示意图。

图11是本发明实施例八的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的截面图。

图12是本发明实施例九的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的结构示意图。

图13是本发明实施例九的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的截面图。

图14是本发明实施例十提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口应用于钢制阀门的结构示意图。

图15是本发明实施例十一提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中工艺安装使用自动定位推进器的示意图。

标号具体含义：

0-内衬减阻层；1-球墨铸铁管道；2-纳米气凝胶保温层；3-复合聚氨酯保温层；4-聚乙烯外护层；5-承插口；6-光纤；7-耐高温胶圈；8-补偿间隙；9-纳米气凝胶阻水层；10-球阀；12-法兰连接；13—垫木；14—带外套胶管的钢丝绳；16-自动定位推进器；18-聚乙烯缠绕带；19-纳米气凝胶垫。

具体实施方式

实施例一

如图1和图2所示，本发明实施例一提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统，包括球墨铸铁管道、纳米气凝胶保温层、复合聚氨酯保温层和聚乙烯外护层；所述球墨铸铁管道、所述纳米气凝胶保温层、所述复合聚氨酯保温层和所述聚乙烯外护层由内到外依次设置。在本发明中复合聚氨酯保温层可为聚氨酯材质，或10％-30％纳米级孔气凝胶和聚氨酯配比得到的复合材质。另外，纳米保温隔热实现高隔热性能，提高管道保温层减薄率：本发明的保温层采用分层喷涂工艺，在球墨铸铁供热管道上依次喷涂纳米气凝胶基层、喷涂聚氨酯复合层，并外缠绕聚乙烯外护层。利用气凝胶导热系数低、隔热性能好、疏水性能好且稳定性高特性作为喷涂基层，且相比聚氨酯等材料，纳米气凝胶在高温段的隔热性能更具优势，从而降低整体保温层厚度。纳米气凝胶基层隔开供热管道和聚氨酯复合层，实现梯级隔热，并利用气凝胶纳米三维网格结构具备优异的高温稳定性，避免传统材料因振动等变形堆积造成保温性能下降现象，保护聚氨酯复合层性能。

实施例二

如图3和图4所示，本发明实施例二提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统，包括球墨铸铁管道、纳米气凝胶保温层、复合聚氨酯保温层和聚乙烯外护层、传感光纤；所述球墨铸铁管道、所述纳米气凝胶保温层、所述复合聚氨酯保温层和所述聚乙烯外护层由内到外依次设置。所述传感光纤设置在所述复合聚氨酯保温层内，并靠近纳米气凝胶基层和聚氨酯复合层交界处，通过光纤传感机信号处理得到定位信息、振动变化和温度变化，光纤外表涂覆水凝胶，及时感知热力管道的微小渗漏，或光纤伴随着球墨铸铁供热管道外平行布置。管道内置的传感光纤接头处采用预制好的接头，使用“软连接”的形式，即插口连接，直接插入转接器，用转接器连接相邻的两个管段。另外，在本发明的其它实施例中，也可以将光纤伴随着球墨铸铁供热管道外平行布置。

实施例三

如图5所示，本发明实施例三提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口结构示意图，所述承插口设置在纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的端部，所述承插口包括插口部和承口部，所述插口部设置有一凸出的球墨铸铁管道；所述承口部由内到外依次设置有球墨铸铁管道、纳米气凝胶保温层和聚乙烯外护层；所述插口部凸出的球墨铸铁管道可滑动插入至所述承口部的球墨铸铁管道内。所述插口部凸出的球墨铸铁管道插入至所述承口部的球墨铸铁管道内留有补偿间隙；回水管补偿间隙为5-10mm，供水管补偿间隙为10-15mm。所述插口部凸出的球墨铸铁管道插入至所述承口部的球墨铸铁管道的连接处设置有耐高温胶圈，所述耐高温胶圈由EPDM制备而成。

本发明中，球墨铸铁管采用滑入式柔性承插接口，每段球墨铸铁管都可以当做是一个补偿器。球墨铸铁材料线膨胀系数约为11.2×10-6m/(m·℃)，球墨铸铁管单支管长度有2种规格，分别为6m和8.15m。即使管线温差为100℃，单支管管长为8.15m时，单支管的热膨胀量只有9.2mm，而球墨铸铁管的安装间隙最大可以达到20mm，在此间隙下，接口完全可以保持良好的密封效果。因此，我们在球墨铸铁管保温管安装时，根据插口线标示，控制每个接口预留5-15mm的安装间隙即可(回水管补偿间隙为5-10mm，供水管补偿间隙为10-15mm)，利用柔性接口的安装间隙进行热补偿，也无须再供热管线中设置补偿装置，使管道在热状态下安全稳定运行，增加了安全运行可靠性。回水管道30-50℃温差，更为安全可靠。

实施例四

如图6所示，本发明实施例四提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口无补口结构示意图，实施例四是在实施例三的基础上增加了无补口、纳米材料喷涂管件连接保温处理工艺，即所述承口部与所述插口部的连接处设置有保温部，所述保温部内设置有纳米气凝胶垫，所述纳米气凝胶垫外缠绕聚乙烯缠绕带。本发明提供的无补口、纳米材料喷涂管件连接保温处理工艺，从承口部、管道到插口部预制保温一体化，管道至承插口保温口外径一致，承插口处保温厚度减薄，承口和插口交界处采用纳米气凝胶垫，避免管线膨胀对保温层材料的挤压破坏，而后缠绕聚乙烯外护层或热熔、电熔套袖式外护层。

实施例五

如图7所示，本发明实施例五提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口应用于变径管道的结构示意图。

实施例六

如图8所示，本发明实施例六提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口应用于弯头管道的结构示意图。

实施例七

如图9所示，本发明实施例七提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口应用于三通管道的结构示意图。

实施例八

如图10和11所示，本发明实施例八提供的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统，包括球墨铸铁管道、纳米气凝胶保温层、复合聚氨酯保温层和聚乙烯外护层；所述球墨铸铁管道、所述纳米气凝胶保温层、所述复合聚氨酯保温层和所述聚乙烯外护层由内到外依次设置。在所述复合聚氨酯保温层和所述聚乙烯外护层之间设置有纳米气凝胶阻水层。纳米气凝胶防火性能为A级，具备优异的整体疏水和防水性能，憎水率90％以上，隔绝液态水，同时又允许水蒸气通过。纳米气凝胶阻水层起到保护聚氨酯复合层性能的作用，避免聚氨酯复合层高温下炭化，造成保温层空心化而丧失保温功能。

实施例九

如图12和13所示，本发明实施例九提供的一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统，包括球墨铸铁管道、纳米气凝胶保温层、复合聚氨酯保温层和聚乙烯外护层；所述球墨铸铁管道、所述纳米气凝胶保温层、所述复合聚氨酯保温层和所述聚乙烯外护层由内到外依次设置。在所述球墨铸铁管道内层设置有内衬减阻层。本发明中，球墨铸铁管粗糙度K≤0.1mm，无内衬；相比钢管K＝0.5mm，管网阻力降低40％以上；本实施例采用内衬减阻层后，进一步实现低阻力，降低输配电耗。

实施例十

如图14所示，本发明实施例十提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统中的承插口应用于钢制阀门的结构示意图。所述的钢制阀门两端为承口结构，插口连接球墨铸铁管道，形成钢柔连接结构。

实施例十一

如图15所示，本发明实施例十一提供了一种纳米复合保温的球墨铸铁供热管道系统的工艺安装方法：提供一种球墨铸铁管道冷安装、无补偿、无焊接连接的自动定位推进器，精确定位承插口移动安装，无补口的安装精度小于0.5mm，管道和管件安装后采用原土回填的工艺方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。