1.前言

热力管道作为重要的热力传输通道，其保温技术的优化对于减少热能散失、促进能源高效利用及延长管道使用寿命至关重要。在众多保温材料中，聚氨酯因其吸水率低、闭孔率高、导热系数低以及长使用寿命等优势，已经被广泛的应用于供热系统管道保温技术。

目前，业界普遍认可的一种高效保温结构是聚氨酯保温层外加聚乙烯护管的组合，这种结构的制造多采用“管中管”工艺，然而，随着集中供热市场的快速发展与成熟，传统工艺在产品多样性、质量控制及成本控制方面面临的挑战日益凸显。在此背景下，国内外研发出了“喷涂缠绕”这一新型工艺。该工艺在降低生产成本、提升产品适应性和个性化定制能力方面展现出显著优势，预示着其在未来热力管道保温领域的广阔应用前景。本文对传统“管中管”工艺与“喷涂缠绕”工艺进行了简单介绍，并对两种工艺下生产的预制直埋保温管性能进行了对比。

2.保温管成型工艺介绍

硬质聚氨酯保温管道系统核心由三大部件构成：承载介质的芯管、高效聚氨酯保温层，以及作为防护外衣的高密度聚乙烯外护管。芯管普遍选用20#钢或Q235B钢材质的无缝管、螺旋焊管及电焊钢管，以满足不同工况需求。其保温层采用高密度的聚氨酯泡沫填充技术，该泡沫芯部密度确保不低于60kg/m³，有效填充于钢管与外层聚乙烯护管之间的环形空间，不仅实现了卓越的隔热保温效果，还兼备了防水防潮的优异性能。外护层则选用高密度聚乙烯树脂，该材料具有出色的机械强度与卓越的耐腐蚀特性。

在聚氨酯预制直埋保温管的制造过程中，主要工艺方法包括“管中管”法、“内定径一步”法及“喷涂缠绕”法。鉴于“内定径一步”法更适用于大规模生产小径钢管的保温处理，本文聚焦于“管中管”工艺与“喷涂缠绕”工艺的详细探讨。

2.1传统“管中管”工艺

“管中管”生产工艺过程可分为以下三个步骤：钢管表面抛丸除锈、高密度聚乙烯外护管挤出成型、聚氨酯泡沫塑料保温层的生产。

保温层的生产流程主要为“进管-穿管-发泡”，即以高密度聚乙烯为外护管，利用行车或者叉车将安装有定位环的钢管穿入外护管形成套管结构，在钢管与外护管之间的环形空腔均匀布置支架，两端用法兰密封；将钢管-聚乙烯套管吊装于发泡平台，采用高压发泡机将聚氨酯泡沫原料注入环形空腔；聚氨酯泡沫发泡成型后，拆除两端法兰密封，获得硬质聚氨酯保温层，将钢管、聚乙烯外护管粘为一体。

传统“管中管”生产工艺工序独立性强、产品规格化强，便于操作与组织生产。但也存在一定问题：（1）产品规格尺寸较为固定，如管径、保温层厚度、外护层厚度等，受应用场景、使用环境、介质输送温度等影响，难以适应未来的非标准化产品市场，进一步增加生产成本，加长生产周期。（2）注入聚氨酯泡沫原料时，无论是水平注入或者倾斜注入，保温层在轴向、环向上都存在较大密度梯度分布，尤其是在大管径情况下，为满足最低芯密度，采用聚氨酯泡沫原料过填充，注料量较大，成本加大。（3）同时发泡过程会产生一定的膨胀力，需要加大聚乙烯层的设计厚度来保障管件安全，造成成本加大。（4）使用这种工艺生产的聚氨酯保温管容易存在聚氨酯发泡密度不均匀、空心率大、偏心、发泡过程中产生的热量传导不出去而引起的烧心现象等质量问题缺陷。

2.2“喷涂缠绕”工艺

“喷涂缠绕”生产工艺可分为钢管外壁抛丸除锈与内壁吹扫、聚氨酯喷涂、聚乙烯缠绕三个步骤。

钢管外壁抛丸除锈与内壁吹扫后，钢管在有一定角度的旋转拖轮上匀速行进。具有一定压力的聚氨酯原料在喷枪混合室内高速混合，并经喷嘴将聚氨酯原料以伞形、雾状、均匀混合的形态均匀喷涂在螺旋行进的钢管表面。聚氨酯原料经过自由发泡，泡孔自然细密、密度均匀，达到抗压强度与厚度要求。之后，喷涂有聚氨酯泡沫的管件在螺旋传动钢管输送线行进，聚乙烯挤出机挤出一定厚度熔融态的聚乙烯膜缠绕在聚氨酯保温层外层。随着管件的持续旋转与行进，挤出机持续挤出聚乙烯片材，熔融态的聚乙烯膜按照控制的技术参数（如螺距等）缠绕在聚氨酯保温层外侧。随后经冷却水冷却成型，聚乙烯层将聚氨酯保温层紧密包裹于芯管，完成“喷涂缠绕”保温管制作。

“喷涂缠绕”工艺近年来得到较大发展，主要依赖于其几方面的优势：（1）聚氨酯原料沿着垂直于钢管轴向的方向发泡，使得聚氨酯密度分布均匀，增强了聚氨酯的抗压强度。同时聚氨酯均匀的密度分布也是其物性均匀的保障，特别是其导热系数的均匀性进一步保证了管材的保温性能。（2）不存在传统“管中管”工艺中的排气过程，避免因排气不畅导致的保温层内部局部空洞的缺陷。（3）聚氨酯喷涂过程中，聚氨酯原料以液态形式喷涂到钢管外表面，随后发泡，由于聚氨酯原料反应活性较高，保温层与钢管的粘结力较高。且聚氨酯表面粗糙，有微小凸凹，增加了聚氨酯保温层与聚乙烯外护管的粘结力。材料间良好的粘结力，保证钢管、聚氨酯保温层、聚乙烯外护层形成紧密的三位一体结构，从而增加了管材的抗剪切力。（4）聚乙烯外护层环向缠绕成型，采用拉伸工艺，其伸长率及周向抗拉强度指标均有所明显改善。（5）聚乙烯外护管不存在膨胀应力，因而聚乙烯外护层厚度相对较薄。“喷涂缠绕”工艺在一定范围内能调整保温层厚度，降低生产成本，避免工艺过程过剩。