供热材料知识培训课件

供热材料知识培训课件培训目标及结构掌握主要供热材料类型和性能理解典型管网与设备材料选型学会识别常见故障并提出解决原则方法全面了解钢管、塑料管、复合管等供热系统中常用材料的物理特性、学习不同工况下材料选择的关键考通过实际案例分析，培养排查与供化学性能及适用范围，建立系统的量因素，包括温度压力承受能力、热材料相关故障的能力，掌握科学材料知识体系耐腐蚀性、使用寿命及成本效益分的维护与更换决策流程析方法供热系统简介供热系统基本概念供热系统是指通过热媒（热水或蒸汽）在管网中循环流动，将热量从热源输送到用户终端的完整工程系统根据供热范围和管理方式，可分为集中供热与分户供热两种主要类型集中供热由热源厂集中生产热能，通过热网系统输送到各个小区或建筑•分户供热每户或每栋建筑独立设置热源设备，自行供热•截至年，中国城镇集中供热面积已超过亿平方米，在北方城市尤为普及202480在供热工程总投资中，材料成本约占，是影响系统质量和使用寿命的关15-25%键因素供热系统结构概览热源管网终端设备包括锅炉房、热电厂等产生热能的设施连接热源与用户的管道系统，包括一次包括换热站、散热器等最终将热能释放主要材料包括网和二次网主要材料到用户环境的设备主要材料锅炉本体特种合金钢、耐火材料干线钢管、预制直埋保温管散热器铸铁、钢制、铝合金•••辅助设备不锈钢、铸铁、耐热合金支线钢管、复合管室内管道、、铝塑复合管•••PPR PEX保温层岩棉、玻璃棉、聚氨酯阀门附件黄铜、不锈钢、工程塑料温度范围，压力可达••80-130°C

1.6MPa温度梯度热源端高，用户端低温度通常不超过75°C供热材料的作用与要求优质的供热材料是保障系统安全、高效运行的基础供热材料需要满足以下核心要求热损低供热系统的主要目的是传递热能，材料应具备良好的保温性能，减少热量损失管道保温材料的导热系数通常要求低于

0.05W/m·K，以确保热效率安装便捷材料应便于加工、切割和连接，降低施工难度和工期现代供热工程中，预制件和快速连接系统可将安装时间缩短30-50%安全耐用供热系统设计使用寿命通常为30年以上，材料需具备足够的强度、耐腐蚀性和耐老化性在特殊环境下还需考虑防火、防爆等安全要求主要材料分类塑料管类包括、、等新型管道材料PPR PEXPE-RT优势轻便，抗腐蚀，安装简便•钢管类缺点耐温性较差，不适用于高温•包括无缝钢管、焊接钢管等传统供热管市场占有率约（年数据）•35%2023道材料优势强度高，耐高温高压•复合管及特殊功能材料缺点易腐蚀，重量大•包括铝塑复合管、钢塑复合管等市场占有率约（年数据）•45%2023优势综合性能好，使用范围广•缺点成本相对较高•市场占有率约（年数据）•20%2023钢管在供热系统中的应用主要钢管类型及特点直缝焊管二次网、中低年≤

1.6MPa20-25压系统螺旋焊管大口径主干管年≤

2.5MPa25-30无缝钢管高温高压主管年≤

4.0MPa30-35网钢管作为传统供热管网的主要材料，特别适用于高温高压的主干管网在我国北方大型城市集中供热系统中，钢管仍占据主导地位，其中无缝钢管主要用于大口径钢管在城市供热主干网中的应用核心干线，而焊接钢管则常用于中小口径支线钢管的性能分析强度高，耐温性能好钢管的抗拉强度通常在400-550MPa之间，能承受130°C以上的高温和较高工作压力在供热主干线中，特别是高温水或蒸汽管道中表现出色材质方面，常用Q235B、20#钢和16Mn等，不同材质适应不同的工作条件易腐蚀，需防腐蚀处理钢管最大的缺点是易受腐蚀，尤其在地下敷设环境据统计，地下钢管平均腐蚀速率为

0.05-

0.12mm/年，若无防护措施，使用寿命将大幅缩短内部水质腐蚀和外部土壤腐蚀是两大主要威胁常用外防腐层技术环氧煤沥青防腐层厚度通常为3-4mm，能提供15-20年的保护；聚乙烯三层结构（环氧底层+胶粘剂中层+聚乙烯外层）厚度达

2.5-

3.5mm，保护期可达25-30年；此外，牺牲阳极保护和阴极保护技术也在大型管网中得到应用钢管防腐层结构剖面图塑料管材发展及优势主要塑料管材类型聚丙烯管（）最常用于室内供热系统，耐温可达，连PPR95°C接方式以热熔为主交联聚乙烯管（）具有记忆效应，弯曲后可恢复原状，PEX多用于地暖系统聚丁烯管（）柔软度高，使用寿命长达年以上，但成本较PB50高耐热聚乙烯管（）新一代塑料管材，无需交联即可耐高PE-RT温从世纪年代开始，塑料管材在中国供热行业得到快速推广2090不同管材的最高工作温度对比与传统钢管相比，塑料管材具有重量轻（仅为钢管的左右）、1/8抗腐蚀、热损低等显著优势，特别适用于室内及低温管道系统塑料管材应用实例案例北京某小区分户供暖改造项目（年）2022该项目是一个建于年的老旧小区，原有钢管供热系统已出现多处腐蚀漏水2000点，影响居民正常采暖年进行了全面改造，室内主管全部采用管材2022PPR15%20%90%材料成本下降工期缩短用户满意度采用管材后，材料由于塑料管安装简便，改造后第一个采暖季的PPR采购成本比传统钢管降无需专业焊接工艺，整用户满意度调查显示，低，且不需要额外体工期从原计划的天的居民对新系统表15%5090%的防腐处理缩短至天示满意40复合管与预制直埋管复合管特点与应用复合管是将不同材料优势结合的产物，主要包括铝塑复合管三层结构（内外层PE或PPR，中间层铝），结合了塑料的抗腐蚀性和金属的强度与稳定性钢塑复合管内层钢管外包塑料层，兼具钢管强度和塑料防腐特性复合管广泛应用于供热二次网和室内系统，具有热膨胀系数小、形状稳定性好等优点在低温地板辐射供暖系统中表现尤为出色预制直埋保温管预制直埋保温管是一种工厂化生产的成品管道，通常由工作钢管、聚氨酯保温层和高密度聚乙烯外护层组成其最大优势在于•保温性能优异，热损失比传统管道降低40%以上•防水防潮性能好，延长系统使用寿命•安装速度快，可减少70%的现场工作量预制直埋保温管结构剖面供热管网安装典型流程现场测绘确定管道走向、标高和管径，根据实际情况进行设计优化这一阶段需遵循《供热管网工程测量规范》CJJ73，确保测量精度满足设计要求管道选型与下料加工根据设计参数选择合适管材，进行下料、切割和预制钢管需按GB/T3091标准检验质量，塑料管应符合GB/T18742系列标准防腐保温处理对钢管进行防腐处理和保温层包裹防腐质量检测需符合GB/T23257标准，保温材料应满足GB/T29499的导热系数要求焊接对接安装/钢管采用焊接（符合GB50236标准），塑料管采用热熔或电熔连接所有连接点需做记号，以便后期检查压力试验按GB50242-2002标准进行强度试验和严密性试验，试验压力通常为工作压力的

1.5倍，持续时间不少于30分钟调试验收系统充水排气，进行热平衡调试，确保各环节温度、流量符合设计要求，最终交付使用管道焊接安装现场室内管道施工选材要点室内管道材料选择考量因素室内供热管道的选材需兼顾多方面因素结构空间适应性在有限的空间内需合理布置，不同管材的弯曲半径和连接方式会影响管道走向美观性要求明装管道需考虑视觉效果，PPR、铝塑复合管的表面平整度和颜色常优于钢管耐久性与维护隐蔽安装的管道应选择更高品质材料，铝塑复合管和PEX管在墙内敷设中优势明显连接可靠性接头是潜在漏点，不同材料连接方式的可靠性直接影响系统寿命配件匹配性要求管道系统中的配件需与主管材料严格匹配•弯头、三通等管件应与主管材质相同，确保热膨胀系数一致•阀门材质选择应考虑耐腐蚀性，一般室内小口径采用黄铜或不锈钢阀门•配件连接方式应统一，避免不同连接技术混用导致的系统隐患现代公寓内PPR供热管道安装热力设备常用材料散热器材料换热器材料阀门材料铸铁散热器耐用性强，热容量大，散热均匀，板式换热器板片通常采用不锈钢（

304、316L）球阀常用黄铜或不锈钢制造，密封圈多采用使用寿命可达50年以上，但重量大，热惰性较高或钛合金，密封垫圈用丁腈橡胶或三元乙丙橡胶PTFE材料截止阀小口径多用黄铜，大口径则用灰铸铁或钢制散热器重量较轻，升温快，外形美观，但管壳式换热器壳体多用碳钢或低合金钢，管束球墨铸铁使用寿命较短（15-20年），易腐蚀则根据介质选用铜合金、不锈钢或钛合金温控阀阀体多为黄铜，温控头包含塑料外壳和铝合金散热器导热性能优异，升温迅速，重量内部感温元件轻，但价格较高，耐腐蚀性一般锅炉常见材料锅炉本体材料作为供热系统的核心设备，锅炉承受着高温高压工况，其材料选择尤为关键炉膛/燃烧室16MnR、Q345R钢高温强度≥410MPa受热面/水管20G、12Cr1MoV钢蠕变强度优异汽包/集箱Q345R、15CrMoR钢疲劳强度高过热器12Cr2MoWVTiB钢耐高温氧化内胆涂层及保温材料锅炉内胆涂层对防腐和提高热效率至关重要，主要包括内胆防腐涂层高温环氧涂料、陶瓷涂层、铝硅酸盐涂层等，能耐受600°C高温耐火材料高铝砖、硅砖、莫来石砖等用于炉膛耐火层，使用温度可达1300-1600°C保温层硅酸铝陶瓷纤维、岩棉、硅酸钙等，导热系数通常低于

0.04W/m·K工业锅炉结构剖面图保温材料分类及主要参数岩棉玻璃棉由玄武岩等天然矿石经高温熔融后制成的无机以玻璃为原料经高温熔融后制成的纤维状材料，纤维，具有优良的保温隔热性能重量轻，弹性好•导热系数

0.035-

0.045W/m·K•导热系数

0.033-

0.042W/m·K•最高使用温度650-750°C•最高使用温度350-450°C•燃烧性能A1级不燃•燃烧性能A级不燃•应用主要用于高温管道和设备保温•应用中低温管道和建筑保温聚氨酯泡沫PU由异氰酸酯与多元醇反应发泡而成的高分子材料，保温性能优异•导热系数

0.023-

0.030W/m·K•最高使用温度120-130°C•燃烧性能B1-B2级难燃•应用预制直埋保温管和低温管道不同保温材料实验室性能测试对比供热系统中密封与连接材料法兰垫片材料膨胀节与补偿器法兰连接是供热系统中最常见的可拆卸连接方式，垫片材料的选择直接影响密封可靠性供热系统中的热膨胀问题需要通过特殊连接件解决橡胶垫片适用于低温100°C、低压环境，成本低，但耐温性较差波纹管补偿器由不锈钢304/316L制成，适用于中小口径管道石墨复合垫片耐温可达500°C，密封性好，是供热干线常用选择套筒补偿器主体材料为碳钢，密封件为石墨或PTFE，用于大口径管道聚四氟乙烯PTFE垫片化学稳定性极佳，适用于有腐蚀性介质场合橡胶接头EPDM或丁腈橡胶制成，具有减震和补偿位移的双重功能金属缠绕垫片由不锈钢带与填充材料缠绕制成，适用于高温高压场合垫片选择的关键原则是在保证密封效果的前提下，选择最经济合理的材料不同压力等级和温度区间需要匹配不同的垫片类型腐蚀与老化问题电化学腐蚀由于金属材料间电位差形成微电池而发生的腐蚀•电偶腐蚀不同金属接触形成电池化学腐蚀•应力腐蚀开裂应力与腐蚀环境共同作用由管道材料直接与周围介质发生化学反应导致的•点蚀/缝隙腐蚀局部区域快速腐蚀腐蚀解决方案阴极保护、电气隔离、应力消除•氧化腐蚀金属表面与氧气接触形成氧化物微生物腐蚀•酸性腐蚀酸性土壤或水质导致的材料溶解•碱性腐蚀碱性物质引起的材料分解由微生物代谢活动引起的腐蚀过程解决方案表面涂层保护、选用耐腐蚀材料•硫酸盐还原菌产生H₂S腐蚀金属•铁细菌加速铁离子氧化•生物膜形成在管壁形成腐蚀微环境解决方案生物杀灭剂、环境改善管道腐蚀类型及防护方法示意图内部水质与防垢材料水质对管材寿命的影响供热系统中的水质控制是保障系统长期稳定运行的关键因素不合格水质会导致结垢钙镁离子在高温下形成碳酸盐垢，降低传热效率，增加能耗腐蚀溶解氧、氯离子等引起管道内壁腐蚀，形成穿孔微生物滋生温暖环境促进微生物繁殖，形成生物膜，加速腐蚀研究表明，不合格水质会使管材预期寿命缩短30%以上，同时能耗增加15-20%结垢腐蚀微生物问其他题水处理技术与材料供热系统故障原因分布常用水处理方法包括软化处理使用离子交换树脂去除钙镁离子，防止结垢加药处理添加缓蚀剂、分散剂、杀菌剂等化学药剂物理处理磁化、电化学等方法改变水质结构特性常见设备故障与材料相关性哈尔滨某锅炉爆管事故（年）北京某办公楼散热器渗漏故障（年）20232022事故概述一台运行18年的燃煤锅炉在采暖季开始后第三周发生爆管事故，导致锅炉紧急停运事故概述使用5年的铝合金散热器在多个连接处出现渗漏，造成办公设备损坏原因分析原因分析•管材质量问题材质检测发现爆管部位碳含量偏高，使材料韧性下降•材料不匹配铜阀门与铝散热器直接连接，产生电化学腐蚀•长期疲劳反复热循环导致材料疲劳，形成微裂纹•水质问题系统水质硬度过高，pH值不稳定•腐蚀环境给水pH值控制不当，加速了腐蚀过程•安装工艺连接处密封不当，螺纹连接过紧导致微裂纹解决方案采用09CrCuSb合金钢更换受损管段，提高水质管理标准解决方案安装电绝缘接头，改善水质处理系统，规范安装工艺123长春某小区管道冻裂事件（年冬）2023事故概述一处小区在-28°C极寒天气下，出现多处PPR管道冻裂，影响200余户居民供热原因分析•材料选型不当使用普通PPR管而非抗冻型PPR管•保温措施不足保温层厚度仅25mm，低于规范要求•安装质量问题部分管段安装时无坡度，导致积水解决方案更换为铝塑复合管，增加保温层厚度至50mm，优化管道坡度材料力学性能与检测方法常见力学性能测试方法拉伸试验测定材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率，是最基本的力学性能测试压缩试验评估材料承受压力的能力，特别适用于保温材料和填充材料弯曲试验确定材料的抗弯强度和刚度，对管材尤为重要冲击试验评估材料的韧性和耐冲击性，常用夏比或落锤试验硬度试验测量材料表面抵抗变形的能力，布氏、洛氏、维氏硬度等疲劳试验评估材料在循环载荷下的寿命，对反复承受温度变化的部件关键材料拉伸试验设备新型供热材料技术进展轻质高强合金管材近年来，高强度铝镁合金和钛合金管材在供热系统中的应用逐渐增多这类材料具有强度高、重量轻、耐腐蚀性好等优点，能显著降低安装难度和支架负荷最新研发的高强铝合金管材（Al-6Mg-

0.5Sc系列）抗拉强度可达520MPa，密度仅为钢的1/3，适用于改造工程中的轻量化需求新一代纳米保温材料纳米气凝胶是目前世界上导热系数最低的固体材料（

0.013-

0.018W/m·K），仅为传统保温材料的1/3其高效隔热性能使得相同保温效果下，保温层厚度可减少60%以上2023年开发的硅气凝胶复合材料已将耐温性提高至350°C，突破了以往气凝胶在高温应用的限制，逐渐在高端供热系统中推广智能防腐传感涂层2024年最新研发的智能防腐涂层集成了纳米传感技术，能实时监测管道腐蚀状态当涂层检测到腐蚀初期信号时，内含的缓蚀剂微胶囊会自动破裂释放，实现自诊断、自修复功能实验数据表明，此类涂层可使防腐周期延长40%以上，显著降低维护检测成本目前该技术已在北京、上海等地的示范工程中试点应用纳米级保温材料在供热系统中的应用绿色节能供热材料可回收塑料复合材料/随着双碳政策推进，供热行业对绿色材料的需求日益增长•再生PET复合管利用回收饮料瓶生产的复合管材，可减少70%的碳排放•生物基PPR管使用植物秸秆等生物质部分替代石油原料，降低对化石资源依赖•可降解管道配件采用聚乳酸PLA等可生物降解材料制作管道连接件节能型保温产品新型节能保温材料大幅提升系统能效•真空绝热板VIP导热系数低至

0.004W/m·K，是传统保温材料的1/10•气凝胶复合毡轻质柔性，适用于不规则设备表面保温•相变蓄热材料可吸收和释放大量潜热，平衡系统温度波动双碳政策下的趋势碳达峰、碳中和背景下，建筑节能材料发展方向•全生命周期低碳材料从生产到回收全过程减排•能源效率优先选择能带来最大节能效益的材料•循环经济模式设计便于拆解、回收和再利用的材料结构再生塑料管材生产线材料选型综合评价方法寿命周期成本分析多因素综合评价体系LCCLCC考虑材料从采购、安装、使用到报废的全过程成本，包括采用层次分析法AHP和模糊综合评价法对材料进行多维度评估•初始投资材料采购、运输和安装成本•技术指标强度、耐温性、导热系数等物理参数•运行成本能耗、维护保养和检修费用•经济指标初始成本、维护成本、使用寿命等•更换成本部件更换和系统升级费用•环境指标碳排放、可回收性、环境友好度•报废处理拆除和废弃物处理成本•施工指标安装难度、特殊工艺要求、施工周期计算公式LCC=IC+∑RC+OC+MC/1+r^t+DC/1+r^n各指标权重根据项目特点确定，通过加权求和得出综合评分其中IC为初始成本，RC为更换成本，OC为运行成本，MC为维护成本，DC为处置成本，r为折现率，t为年份，n为使用寿命国内外标准与行业规范中国国家标准欧洲标准美国标准GB/T ENASTM/ASME《城镇供热管网设计规范》，《区域供热管道预制保温管系《标准黑色和热浸镀锌焊GB50264EN253ASTM A53规定了供热管网的设计参数和材料选择统》，欧洲直埋保温管标准接和无缝钢管规范》要求《无缝钢管技术交付条件》，《压力应用中的聚丙烯EN10216ASTM F2389GB/T8163《输送流体用无缝钢管》，规定了压力用途钢管要求PP管道系统标准规范》定义了供热系统常用钢管的技术要求《区域供热管道设计与安《动力管道》，规定了高EN13941ASME B

31.1装》，全面的供热管网技术规范温高压管道设计要求《冷热水用聚丙烯管道系GB/T18742《区域供热管道监测系统》，《建筑能源标准》，包EN14419ASHRAE

90.1统》，规定了管材的质量标准PPR定义了泄漏检测系统标准含管道保温的最低要求《预制直埋保温管》，标GB/T29499准化了保温管的性能指标行业标准是选择和评估供热材料的基础在实际应用中，不同国家和地区的标准有所差异，中国标准体系相对完善但仍有提升空间例如，欧洲标准在保温性能和环保要求方面更为严格，而美国标准则在安全性和耐久性方面有更详细的规定典型城市供热管网材料应用案例北京哈尔滨沈阳虚拟仿真与培训系统介绍采暖与供热管网安装虚拟实训系故障检修仿真与技能评测统系统还包含丰富的故障模拟和评测功能现代供热工程培训已广泛采用虚拟仿真技术，常见故障模拟预设管道泄漏、设备故障等多主要模块包括种场景，学员需通过仪器检测发现问题材料识别与选择模块通过3D模型展示各类供热材料的结构和特性，学员可交互式了解不同故障原因分析根据材料损伤特征判断故障原材料的适用场景因，如腐蚀、疲劳、制造缺陷等安装工艺模拟模拟管道切割、连接、焊接等维修决策训练学员需选择合适的维修方法和关键工序，学员可在虚拟环境中进行操作训练材料，系统会评估决策的合理性技能评价体系综合评估操作准确性、时间效系统设计与计算提供管网设计和水力计算工率和材料使用合理性，生成详细评分报告具，帮助学员理解材料选择与系统性能的关系最新版虚拟实训系统已支持VR设备，提供沉设备装配训练模拟锅炉、换热器等关键设备浸式学习体验，操作感更加真实的拆装过程，学习内部结构和材料组成技能评测与故障排查现场操作虚拟场景中的实操演示管道焊接操作要点在虚拟环境中，学员可以练习以下关键焊接技能

1.焊接前管道端部处理保证切口平整，清除油污和锈蚀

2.焊条选择根据管材类型和壁厚选择合适焊条

3.焊接参数设定电流、电压和焊接速度的调整

4.焊接姿势保持稳定的手部姿势和焊接角度

5.焊缝检查目视检查焊缝饱满度和均匀性故障定位技术学员在虚拟场景中学习以下故障检测方法

1.红外热像检测识别管道泄漏或保温损坏点

2.超声波厚度测量判断管壁腐蚀程度

3.水压试验检测系统密封性和强度

4.材料取样分析判断材料劣化程度使用红外热像仪检测管道泄漏行业发展趋势与挑战材料智能化•自诊断材料内置传感元件，可实时监测腐蚀和应力状态•自修复材料检测到损伤后自动激活修复机制•相变材料根据温度变化自动调节热传递性能低碳环保升级•生物基材料以植物原料替代石油基原料•循环利用设计便于回收和再加工的材料结构•减量化通过性能提升减少材料用量智能监测与全生命周期管控•物联网技术分布式传感网络实时监测系统状态•大数据分析预测性维护和寿命评估•数字孪生建立虚拟模型辅助优化管理行业面临的主要挑战•高性能与低成本的平衡•新材料标准体系不完善•传统施工习惯与新材料要求不匹配•专业人才培养跟不上技术发展速度未来智能供热系统示意图据行业报告预测，未来5年内供热材料领域新材料的年增长率将超过8%，其中智能材料增长最快，预计达到15%以上传统钢管市场份额将持续下降，而复合材料和特种功能材料将获得更大市场中国北方地区城镇化进程和老旧小区改造将继续推动供热材料市场扩大，预计到2027年市场规模将超过500亿元总结与答疑供热材料选型核心要点资料获取与线上资源选择合适的供热材料需综合考虑以下关键因素以下资源可帮助深入学习供热材料知识•工作条件匹配温度、压力、介质特性•国家标准信息公共服务平台获取最新标准文本•使用寿命要求预期服务年限与投资回报•中国建筑科学研究院官网行业研究报告和技术指南•安装维护便捷性施工难度、检修可行性•供热行业协会网站案例分享和经验交流•经济性与可靠性平衡初始成本与长期收益•材料供应商技术资料库产品参数和应用手册•环保与可持续性节能减排、资源循环•在线学习平台专业课程和虚拟实训在实际项目中，应根据具体需求制定科学的评价体系，避免盲目追求低成本或新技术供热材料实操培训现场后续学习建议

1.参加实操培训理论知识需要通过实践来巩固，建议参加行业组织的实操培训

2.关注新技术动态定期阅读行业期刊和参加技术交流会

3.建立材料样本库收集常见材料样品，增强感性认识

4.参与工程实践亲身参与工程项目，积累实战经验。