CN107867022B - 一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，涉及复合钢管技术领域，由内钢管、外钢管和填充在内钢管与外钢管之间的保温层组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。本发明所制泡沫铝在减少铝用量的同时保证所制泡沫铝的保温性能，降低泡沫铝的导热率，泡沫孔径小且分布范围窄，从而减少高压蒸汽在远距离输送过程中的热量损失。
Description
技术领域：
本发明涉及复合钢管技术领域，具体涉及一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管。
背景技术：
蒸汽供热系统是一种以蒸汽形式供热的系统，采用水作为供热介质，以蒸汽的形态，从热源携带热量，经供热管道送至用户。近年来，在化工、石油、纺织等领域，多数生产设备采用高压蒸汽作为供热介质。目前，很多小型企业自身没有设置高压蒸汽供热设备，需要从专门蒸汽供热企业购买高压蒸汽，并通过供热管道输送到各生产工位。
为了减少高压蒸汽在输送过程中的热量损失，需要对蒸汽输送管道进行保温处理。目前，常用保温处理措施是在蒸汽输送管道上包覆一层塑料保温层，虽然塑料保温层质轻，但保温性能有限，想要增强其保温效果就需要增大塑料保温层的包覆厚度，这样一来就增加了管道埋设于地下的工作量。此外，塑料保温层只有通过在钢管上直接发泡成型的方式才能完全贴合于钢管外壁从而发挥优异保温性能，而这种加工方式需要对发泡过程进行严格控制，否则形成的塑料保温层难以发挥理想保温效果。
泡沫铝，是在纯铝或铝合金中加入添加剂后经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征。它密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。
由于泡沫铝具有优异的保温性能，因此人们开始研究是否能将其作为保温材料而包覆于钢管上。但泡沫铝的加工工艺对该技术设想产生一定的障碍，因为泡沫铝在加工时需要通过向熔融的铝液中加入发泡剂的方式以形成泡孔结，目前所用发泡剂存在泡孔结构不均匀的问题，并且泡沫铝的高温加工工艺使其难以在钢管表面直接形成保温层。此外，泡沫铝耐冲击性弱，直接将其作为钢管的外保温层容易发生变形；并且泡沫铝呈泡孔结构，在地下铺设时容易吸附泥土，不利于管道的检修。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种保温性能优异、且便于安装的高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管、外钢管和填充在内钢管与外钢管之间的保温层组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
所述泡沫铝由如下重量份数的原料制成：铝55-65份、石棉粉5-10份、玻璃纤维粉3-8份、发泡剂3-8份、纳米氧化锌1-5份、氧化锆0.05-0.5份、氧化镧0.05-0.5份，其制备方法为：将铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入石棉粉、玻璃纤维粉和纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入发泡剂、氧化锆和氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
所述发泡剂选自白云石、碳酸钙、生石灰、硫酸钙、碳粉、氢化钛中的一种或几种。
所述发泡剂选自聚乳酸-聚酰胺复合物，其制备方法为：将N,N-亚甲基双丙烯酰胺加热至135-140℃保温搅拌5min以上，然后加入偶氮二异丁腈，继续于135-140℃下保温反应，反应结束后加入聚乳酸和水解聚马来酸酐，再次于135-140℃下保温搅拌，直至物料完全固化，自然冷却至室温，最后经超微粉碎机制成微粉，即得聚乳酸-聚酰胺复合物。
所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、聚乳酸和水解聚马来酸酐的质量比为15-20:0.01-0.05:25-30:1-5。
N,N-亚甲基双丙烯酰胺经自交联反应生成聚酰胺，聚乳酸再在水解聚马来酸酐的作用下与聚酰胺经结构交联形成复合物，该发泡剂具有优于无机发泡剂以及常规有机发泡剂偶氮二酰胺的发泡性能，提高所制泡沫铝的泡孔结构均匀性，从而改善保温性能。
所述胶粘剂由如下重量份数的原料制成：多聚谷氨酸15-20份、N-羟甲基丙烯酰胺5-10份、二甲基丙烯酸锌5-10份、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚1-5份、二茂铁0.1-0.5份、偶氮二异丁腈0.01-0.05份。
所述胶粘剂的制备方法为：搅拌下向N-羟甲基丙烯酰胺和二甲基丙烯酸锌的混合粉体中滴加无水乙醇直至完全溶解，再加入偶氮二异丁腈，加热至回流状态保温搅拌反应，反应结束后向所得反应液中滴加等重量的去离子水，搅拌均匀，即得聚合物乳液；搅拌下向多聚谷氨酸中滴加去离子水直至完全溶解，并利用5wt％稀硫酸溶液调节pH值至3-4，即得多聚谷氨酸水溶液；向所制聚合物乳液中加入多聚谷氨酸水溶液、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和二茂铁，再次加热至回流状态保温搅拌反应，反应结束后将所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得胶粘剂。
N-羟甲基丙烯酰胺与二甲基丙烯酸锌在引发剂偶氮二异丁腈作用下经自交联和相互交联反应生成丙烯酸树脂，经N-羟甲基丙烯酰胺自交联以及与二甲基丙烯酸锌相互交联形成的丙烯酸树脂结构中的羟基进一步与多聚谷氨酸发生酯化反应生成高分子酯化物，改性剂三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、二茂铁促使二甲基丙烯酸锌自交联形成的丙烯酸树脂与生成的高分子酯化物经物理填充形成相互交错的三维空间结构，从而赋予所制胶粘剂优异的粘接性能。
本发明的有益效果是：
(1)本发明泡沫铝以铝为主料，协以辅料石棉粉、玻璃纤维粉以及助剂纳米氧化锌、氧化锆、氧化镧和发泡剂制得泡沫铝，在减少铝用量的同时保证所制泡沫铝的保温性能，降低泡沫铝的导热率，泡沫孔径小且分布范围窄，从而减少高压蒸汽在远距离输送过程中的热量损失；
(2)本发明胶粘剂以粉末形式储存，便于运输，使用时经适量水溶解后形成水性胶粘剂，使用安全性高；并且该水性胶粘剂涂覆于保温层后能快速形成半固化状态，并具有超强粘接力以使保温层完全贴合于内钢管外壁以及外钢管内壁上，从而发挥优异的保温效果。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
其中：1-内钢管；2-外钢管；3-保温层。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将65kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg石棉粉、3kg玻璃纤维粉和1kg纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入5kg发泡剂碳酸钙、0.1kg氧化锆和0.05kg氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
实施例2
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将65kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg石棉粉、3kg玻璃纤维粉和1kg纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入5kg发泡剂氢化钛、0.1kg氧化锆和0.05kg氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
实施例3
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将65kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg石棉粉、3kg玻璃纤维粉和1kg纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入5kg发泡剂、0.1kg氧化锆和0.05kg氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
发泡剂选自聚乳酸-聚酰胺复合物，其制备方法为：将15gN,N-亚甲基双丙烯酰胺加热至135-140℃保温搅拌5min以上，然后加入0.05g偶氮二异丁腈，继续于135-140℃下保温反应，反应结束后加入30g聚乳酸和1g水解聚马来酸酐，再次于135-140℃下保温搅拌，直至物料完全固化，自然冷却至室温，最后经超微粉碎机制成微粉，即得聚乳酸-聚酰胺复合物。
实施例4
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将65kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg石棉粉、3kg玻璃纤维粉和1kg纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入5kg发泡剂氢化钛、0.1kg氧化锆和0.05kg氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
胶粘剂的制备：搅拌下向10gN-羟甲基丙烯酰胺和5g二甲基丙烯酸锌的混合粉体中滴加无水乙醇直至完全溶解，再加入0.03g偶氮二异丁腈，加热至回流状态保温搅拌反应，反应结束后向所得反应液中滴加等重量的去离子水，搅拌均匀，即得聚合物乳液；搅拌下向15g多聚谷氨酸中滴加去离子水直至完全溶解，并利用5wt％稀硫酸溶液调节pH值至3-4，即得多聚谷氨酸水溶液；向所制聚合物乳液中加入多聚谷氨酸水溶液、2g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和0.2g二茂铁，再次加热至回流状态保温搅拌反应，反应结束后将所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得胶粘剂。
实施例5
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将65kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg石棉粉、3kg玻璃纤维粉和1kg纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入5kg发泡剂、0.1kg氧化锆和0.05kg氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
发泡剂选自聚乳酸-聚酰胺复合物，其制备方法为：将15gN,N-亚甲基双丙烯酰胺加热至135-140℃保温搅拌5min以上，然后加入0.05g偶氮二异丁腈，继续于135-140℃下保温反应，反应结束后加入30g聚乳酸和1g水解聚马来酸酐，再次于135-140℃下保温搅拌，直至物料完全固化，自然冷却至室温，最后经超微粉碎机制成微粉，即得聚乳酸-聚酰胺复合物。
胶粘剂的制备：搅拌下向10gN-羟甲基丙烯酰胺和5g二甲基丙烯酸锌的混合粉体中滴加无水乙醇直至完全溶解，再加入0.03g偶氮二异丁腈，加热至回流状态保温搅拌反应，反应结束后向所得反应液中滴加等重量的去离子水，搅拌均匀，即得聚合物乳液；搅拌下向15g多聚谷氨酸中滴加去离子水直至完全溶解，并利用5wt％稀硫酸溶液调节pH值至3-4，即得多聚谷氨酸水溶液；向所制聚合物乳液中加入多聚谷氨酸水溶液、2g三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和0.2g二茂铁，再次加热至回流状态保温搅拌反应，反应结束后将所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得胶粘剂。
对照例1
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将65kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg石棉粉、3kg玻璃纤维粉和1kg纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入5kg发泡剂碳酸钙，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
对照例2
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将65kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg石棉粉和3kg玻璃纤维粉，加完后保温搅拌10min以上，再加入5kg发泡剂碳酸钙、0.1kg氧化锆和0.05kg氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
对照例3
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将74.15kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg发泡剂碳酸钙，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
对照例4
如图1所示，一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，由内钢管1、外钢管2和填充在内钢管与外钢管之间的保温层3组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成。
泡沫铝的制备：将65kg铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入5kg石棉粉、3kg玻璃纤维粉和1kg纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入5kg发泡剂氢化钛、0.1kg氧化锆和0.05kg氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝。
胶粘剂的制备：搅拌下向10gN-羟甲基丙烯酰胺和5g二甲基丙烯酸锌的混合粉体中滴加无水乙醇直至完全溶解，再加入0.03g偶氮二异丁腈，加热至回流状态保温搅拌反应，反应结束后向所得反应液中滴加等重量的去离子水，搅拌均匀，即得聚合物乳液；搅拌下向15g多聚谷氨酸中滴加去离子水直至完全溶解，并利用5wt％稀硫酸溶液调节pH值至3-4，即得多聚谷氨酸水溶液；向所制聚合物乳液中加入多聚谷氨酸水溶液，再次加热至回流状态保温搅拌反应，反应结束后将所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得胶粘剂。
实施例8
分别对实施例1-3、对照例1-3中同规格保温层的导热系数以及泡孔孔径进行测定，对实施例4-5中、对照例4中胶粘剂的粘接性能进行测定，结果如表1所示。
表1本发明保温层的导热系数与泡孔孔径、胶粘剂的粘接性能测定结果
| 组别 | 导热系数W/(m·K) | 泡孔孔径mm | 剥离强度N/25mm |
| 实施例1 | 0.42 | 3-5 | / |
| 实施例2 | 0.35 | 2-4 | / |
| 实施例3 | 0.26 | 0.5-1 | / |
| 实施例4 | / | / | 132 |
| 实施例5 | / | / | 185 |
| 对照例1 | 0.53 | 1-2 | / |
| 对照例2 | 0.61 | 1-3 | / |
| 对照例3 | 0.89 | 2-5 | / |
| 对照例4 | / | / | 156 |
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，其特征在于：由内钢管、外钢管和填充在内钢管与外钢管之间的保温层组成，所述内钢管与外钢管呈同心圆设置，保温层通过胶粘剂贴合在内钢管外壁以及外钢管内壁上，所述保温层由泡沫铝材料制成，内钢管、外钢管分别由基层碳钢钢板和覆层金属钢板经复合后热轧而成；
所述泡沫铝由如下重量份数的原料制成：铝55-65份、石棉粉5-10份、玻璃纤维粉3-8份、发泡剂3-8份、纳米氧化锌1-5份、氧化锆0.05-0.5份、氧化镧0.05-0.5份，其制备方法为：将铝加热至熔融状态保温，待铝熔解率达到50％时利用永磁铝水搅拌机开始搅拌，铝完全熔化后继续保温搅拌5min以上，然后向铝液中加入石棉粉、玻璃纤维粉和纳米氧化锌，加完后保温搅拌10min以上，再加入发泡剂、氧化锆和氧化镧，继续保温搅拌，待发泡剂分散均匀后停止搅拌，保温发泡，发泡结束后经自然冷却或强制水冷得到泡沫铝；
所述发泡剂选自聚乳酸-聚酰胺复合物，其制备方法为：将N,N-亚甲基双丙烯酰胺加热至135-140℃保温搅拌5min以上，然后加入偶氮二异丁腈，继续于135-140℃下保温反应，反应结束后加入聚乳酸和水解聚马来酸酐，再次于135-140℃下保温搅拌，直至物料完全固化，自然冷却至室温，最后经超微粉碎机制成微粉，即得聚乳酸-聚酰胺复合物。
2.根据权利要求1所述的一种高压蒸汽远距离供热用三层结构式复合钢管，其特征在于：所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、聚乳酸和水解聚马来酸酐的质量比为15-20:0.01-0.05:25-30:1-5。
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