Le tuyau de conservation de la chaleur est un tuyau en acier traité par un procédé de conservation thermique afin de garantir que la température du fluide transporté respecte les exigences. Il est largement utilisé dans les réseaux de canalisations pour liquides et gaz, le chauffage central et l'ingénierie municipale.

Il se divise principalement en deux types : le tuyau d'acier isolé composite acier-acier et le tuyau d'acier isolé au polyuréthane. Le type composite acier-acier utilise une structure de tuyaux concentriques intérieur et extérieur en acier, associée à une conception multicouche comprenant des couches d'isolation à l'air et anticorrosion, ce qui permet une enfouissement direct. Le type au polyuréthane est composé d'un tuyau d'acier de service, d'une couche d'isolation en polyuréthane et d'une couche protectrice en polyéthylène. Les deux types offrent une faible déperdition de chaleur, une longue durée de vie (30 à 50 ans) ainsi qu'une mise en œuvre pratique.

Ce matériau réduit les pertes par excavation et par chaleur (75 % inférieures à celles des tuyaux traditionnels), ce qui permet de diminuer les coûts du projet de 10 % à 25 %. Ses propriétés imperméables et anticorrosion favorisent une installation directe en enfouissement. La technologie préfabriquée de tuyaux isolés enterrés directement résout efficacement les problèmes d'isolation et d'étanchéité des canalisations de transport de chaleur à haute température, et elle est progressivement adoptée dans les projets de chauffage en Chine. Toutefois, il reste encore une marge importante d'amélioration concernant l'utilisation des matériaux en polyuréthane.

Classification

Tuyau en acier isolé composite acier-acier

La structure d'isolation du tuyau en acier isolé composite acier-acier peut être divisée en deux catégories selon la méthode de glissement :

1. Type à glissement interne : La structure d'isolation se compose d'un tuyau en acier de service, de silicate d'aluminium, d'une couche de réduction de traînée, de silicate de calcium microporeux, d'une couche d'isolation, d'une ceinture de fixation en acier inoxydable, d'une couche réfléchissante en feuille d'aluminium, d'une couche d'isolation en polyuréthane, d'un tuyau extérieur en acier et d'une couche externe anti-corrosion. Les tuyaux en acier isolés de type à glissement interne sont fabriqués avec un tuyau en acier destiné au transport du fluide, associé à un matériau composite de silicate ou de silicate de calcium microporeux, à une mousse rigide de polyuréthane, à un tuyau extérieur en acier ainsi qu'à une coque en fibre de verre assurant la protection contre la corrosion. La technologie de traitement d'isolation pour diverses jonctions de tuyaux est éprouvée et fiable.

2. Type à glissement externe : La structure d'isolation se compose d'un tuyau d'acier de service, d'une couche d'isolant en laine de verre, d'une couche réfléchissante en feuille d'aluminium, d'une ceinture de fixation en acier inoxydable, d'un support de guidage coulissant, d'une couche d'isolation à l'air, d'un tuyau d'acier extérieur et d'une couche externe anticorrosion.

Structure de tuyau en acier isolé à coulissement extérieur

1. Tuyau intérieur en acier
2. Primer riche en zinc
3. Support de guide coulissant
4. Laine de verre à haute température
5. Couche réfléchissante en papier d'aluminium
6. Couche d'isolation à air
7. Tuyau en acier extérieur
8. Couche anti-corrosion du tuyau en acier extérieur

Le tuyau en acier isolé composite acier-acier est un type de canalisation enterrée directement. Il peut être enfoui directement dans le sol, même sans structure en béton. La dilatation thermique du tuyau d'acier fonctionnel se produit à l'intérieur du tuyau extérieur, ce qui permet de réduire les coûts des matériaux, d'accélérer la durée des travaux et d'assurer la sécurité de la canalisation de chauffage. Il peut être utilisé en toute sécurité et largement dans des environnements aux températures variées, et convient particulièrement aux projets de canalisations de vapeur à haute température. La température de fonctionnement peut atteindre de 150°C à 450°C. Les extrémités des tuyaux sont généralement scellées avec un film de polyéthylène ou un ruban froid PE à trois couches afin d'éviter l'intrusion d'humidité et d'eau avant et pendant l'installation. L'enveloppement isolant multicouche, avec ses joints décalés, réduit efficacement les pertes de chaleur. Des mesures de contrôle sont mises en place sur la surface de la gaine externe pour prévenir les ponts thermiques, garantissant ainsi le maintien de la température dans la couche anticorrosion de la gaine extérieure. La couche réfléchissante multicouche en feuille d'aluminium, enveloppée autour de l'isolant, contribue elle aussi à réduire considérablement les pertes de chaleur, rendant ainsi les canalisations de vapeur plus économiques et rentables. Le système de drainage est entièrement fermé, offrant une flexibilité de disposition, une structure rationnelle ainsi qu'une sécurité et une fiabilité accrues. Le tuyau de drainage situé sur la gaine en acier permet non seulement d'évacuer rapidement les gaz humides, mais sert également de tuyau-signal d'alarme pour le fonctionnement quotidien. La compensation thermique de la canalisation repose sur des compensateurs à soufflets de haute qualité installés à l'intérieur de la gaine. L'enfouissement direct élimine le besoin de puits d'observation, facilitant ainsi l'installation et raccourcissant la durée des travaux. Adapté au transport de vapeur ou d'autres fluides à des températures inférieures à 2,5 MPa et 350°C, ce produit utilise une couche protectrice extérieure en tuyau d'acier, offrant une grande résistance mécanique, une excellente protection contre les dommages, une facilité d'installation et d'entretien ainsi qu'une longue durée de vie.

Tuyau en acier isolé au polyuréthane

Pour réduire les pertes de chaleur des pipelines de pétrole brut ou de chauffage de diamètre moyen et petit vers le sol, une couche d'isolation composite est appliquée à l'extérieur. La mousse rigide de polyuréthane est couramment utilisée comme matériau d'isolation, avec une plage de température de fonctionnement allant de -185°C à 120°C. Ce matériau souple est renforcé par une couche de polyéthylène haute densité appliquée sur la couche d'isolation, formant ainsi une structure composite qui empêche l'eau souterraine de s'infiltrer dans la couche isolante. Un équipement de mousse de polyuréthane à haute pression est utilisé pour projeter un grenaillage sur la surface extérieure du tuyau en acier afin d'éliminer la rouille, et pour traiter par corona la surface interne de l'enveloppe externe afin d'améliorer l'adhérence du tuyau isolant. La couche d'isolation est composée de mousse rigide de polyuréthane d'une densité comprise entre 60 kg/m³ et 80 kg/m³. Elle remplit entièrement l'espace entre le tuyau en acier et l'enveloppe, tout en offrant un certain niveau de résistance adhésive, ce qui permet de former une structure solide et intégrée entre le tuyau en acier, l'enveloppe externe et la couche d'isolation. La mousse de polyuréthane possède d'excellentes propriétés mécaniques et d'isolation thermique, pouvant généralement supporter des températures jusqu'à 120°C. Des modifications ou des combinaisons avec d'autres matériaux isolants peuvent porter cette limite jusqu'à 180°C.

Les tuyaux en acier isolés en polyuréthane préfabriqués sont construits de l'intérieur vers l'extérieur en trois couches :

Première Couche : Couche de Tuyaux d'Acier de Travail

Des tuyaux en acier à couture continue, en spirale ou à couture droite sont généralement utilisés, selon la conception et les exigences du client. Après un grenaillage avancé, la surface du tuyau en acier atteint un degré d'élimination de la rouille Sa2 tel que spécifié dans la norme GB/T8923-1988, ainsi qu'une rugosité de surface de R = 12,5 microns conformément à la norme GB6060.5-88.

Deuxième couche : Isolation en polyuréthane :
Cette couche est créée en injectant un concentré de mousse de polyuréthane rigide dans l'espace entre le tuyau d'acier et la gaine extérieure à l'aide d'une machine à mouler haute pression. Ce procédé est communément appelé « moulage par mousse tube dans tube ».

Troisième Couche : Couche de Protection en Polyéthylène à Haute Densité :
Cette couche est préfabriquée à partir d'un tuyau en polyéthylène noir ou jaune d'une épaisseur de paroi spécifique. Le polyéthylène est inodore, non toxique et présente une texture cireuse. Il offre une excellente résistance aux basses températures, avec une température minimale de fonctionnement allant de -70°C à -100°C. Il possède également une excellente stabilité chimique et résiste à la plupart des acides et bases (mais pas aux acides oxydants). Il est insoluble dans les solvants courants à température ambiante et présente une faible absorption d'eau. Toutefois, en raison de sa structure moléculaire linéaire, il peut être lentement dissous dans certains solvants organiques sans gonflement, tout en offrant d'excellentes propriétés d'isolation électrique. Ses fonctions sont de protéger la couche d'isolant en polyuréthane contre les dommages mécaniques, ainsi que de fournir une résistance à la corrosion et une étanchéité à l'eau. Les tubes en acier isolés avec mousse de polyuréthane en polyéthylène haute densité (HDPE) respectent les normes SY/T114-2000 et SY/T115-2001.

Avantages et caractéristiques des tuyaux en acier isolés au polyuréthane

1. Coûts du projet réduits
Selon les estimations du département concerné, les tuyaux en acier isolés au polyuréthane peuvent généralement réduire les coûts du projet d'environ 25 % (en utilisant de la fibre de verre comme couche protectrice) et de 10 % (en utilisant du PEHD comme couche protectrice).

2. Faibles pertes de chaleur, économie d'énergie
Le polyuréthane présente une conductivité thermique de λ = 0,013 à 0,03 kcal/m·h·oC, nettement inférieure à celle des autres matériaux d'isolation de tuyaux couramment utilisés, ce qui améliore l'efficacité de l'isolation de 4 à 9 fois. De plus, il possède un taux d'absorption d'eau très faible, d'environ 0,2 kg/m². Cette faible absorption d'eau est due au fort taux de cellules fermées de la mousse de polyuréthane, avoisinant les 92 %. Grâce à sa faible conductivité thermique et à son faible taux d'absorption d'eau, associés à la couche d'isolation et à la coque extérieure étanche en polyéthylène haute densité (HDPE) ou en fibre de verre, le problème classique des « gilets en coton mouillé » rencontré avec les canalisations de chauffage posées en tranchée est totalement éliminé. Cela réduit considérablement les pertes de chaleur globales dans le réseau de chauffage, entraînant ainsi une perte de chaleur de 2 %, bien inférieure à la norme internationale fixée à 10 %.

3. Excellentes propriétés de résistance à la corrosion et d'isolation, garantissant une longue durée de vie. En effet, la couche d'isolant en mousse rigide de polyuréthane est étroitement collée à la peau extérieure du tuyau en acier, ce qui empêche l'air et l'eau de pénétrer, offrant ainsi une excellente protection contre la corrosion. De plus, ses pores fermés minimisent l'absorption d'eau. Les revêtements extérieurs en PEHD et en PRF offrent tous deux une excellente résistance à la corrosion, des propriétés isolantes et mécaniques exceptionnelles. Ainsi, la peau extérieure du tuyau en acier utilisé est moins susceptible d'être érodée par l'air et l'eau. Tant que la qualité de l'eau à l'intérieur du tuyau est correctement traitée, selon les données internationales, la durée de vie peut atteindre plus de 50 ans, soit trois à quatre fois plus longue que celle des installations traditionnelles en tranchée ou aériennes.

Performance et avantages

Les tuyaux en acier isolés préfabriqués enterrés directement offrent des avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles d'isolation des tuyaux en acier :

1. Les tuyaux en acier isolés préfabriqués enterrés directement ne nécessitent pas de construction extensive de tranchées ; il suffit d'enterrer les tuyaux isolés sous terre. Cela réduit considérablement l'occupation du terrain par le projet, contribuant ainsi à la protection de l'environnement, et diminue l'excavation des terrassements de plus de 50 %, tout en réduisant de 90 % les travaux de génie civil et de construction en béton. De plus, la pose des tuyaux isolés s'effectue en parallèle avec le terrassement sur site, ne nécessitant que l'assemblage sur place, ce qui permet de raccourcir le temps de construction de plus de 50 %.

2. Ils offrent d'excellentes performances d'isolation thermique, avec une perte de chaleur pouvant atteindre jusqu'à 25 % de celle des tuyaux traditionnels. Cela peut réduire considérablement les coûts énergétiques lors d'une utilisation à long terme.

3. Ils offrent une forte étanchéité et une résistance à la corrosion, éliminant ainsi le besoin de tranchées et permettant une enfouissement direct sous terre ou sous l'eau, ce qui se traduit par une construction simple et rapide, ainsi qu'un coût global réduit.

4. Ils offrent une excellente résistance à la corrosion et aux chocs, même dans des conditions de basses températures, et peuvent être enterrés directement dans un sol gelé.

5. Ils offrent une durée de vie utile de 30 à 50 ans. Une installation et une utilisation appropriées peuvent minimiser les coûts d'entretien du réseau de canalisations. 6. Un système d'alarme peut être configuré pour détecter automatiquement les fuites dans le réseau de canalisations, indiquer avec précision l'emplacement de la panne et générer automatiquement une alarme. Application

Caractéristiques des tuyaux isolés

Le tuyau isolé préfabriqué enterré directement à haute température offre une excellente isolation thermique, une sécurité et une fiabilité accrues, ainsi qu'un faible coût de construction. Il résout efficacement les problèmes d'isolation, de lubrification coulissante et d'étanchéité auxquels sont confrontés les tuyaux isolés préfabriqués enterrés directement utilisés pour la transmission de chaleur à haute température dans les systèmes urbains de chauffage centralisé (130°C-600°C). Les tuyaux isolés préfabriqués enterrés directement à haute température offrent non seulement une technologie avancée et des performances pratiques inégalées par les canalisations traditionnelles en tranchée ou aériennes, mais également d'importants avantages sociaux et économiques, constituant ainsi une mesure puissante en faveur de la conservation de l'énergie dans les systèmes de chauffage. Ces tuyaux utilisent la technologie des canalisations de chauffage enterrées directement, marquant un nouveau départ dans le développement de la technologie des canalisations de chauffage en Chine.

Les tuyaux isolés sont constitués d'un tuyau en acier, d'une gaine intérieure en fibre de verre et d'une coque extérieure également en fibre de verre. Ils comportent une couche d'isolant résistante aux hautes températures, une couche lubrifiante et un joint élastique. Ce modèle d'utilité résout efficacement les problèmes d'isolation, de lubrification par glissement et d'étanchéité à l'eau des extrémités exposées des tuyaux préfabriqués isolés enterrés directement, destinés au transport de chaleur à haute température allant de 130°C à 600°C dans le cadre du chauffage urbain centralisé. Le tuyau préfabriqué isolé enterré directement pour hautes températures est principalement composé de quatre parties.

(1) Tuyaux en acier de travail : Selon les exigences techniques du fluide transporté, des tuyaux en acier à joint, des tuyaux en acier sans soudure et des tuyaux en acier à double face soudés par arc submergé en spirale sont respectivement utilisés.

(2) Couche d'isolation : Une mousse de polyuréthane rigide est utilisée.

(3) Coque de protection : Du polyéthylène haute densité ou de la fibre de verre est utilisé.

(4) Ligne d'alarme de fuite : Lors de la fabrication de tuyaux préfabriqués isolés enterrés directement à haute température, une ligne d'alarme est enfouie dans la couche d'isolation près du tuyau en acier. Dès qu'une fuite se produit quelque part dans la canalisation, la ligne d'alarme devient conductrice et l'instrument de détection spécial indique précisément l'emplacement et l'ampleur de la fuite, permettant ainsi d'avertir le personnel de maintenance afin qu'il puisse rapidement intervenir sur la section de tuyau en fuite et assurer le bon fonctionnement du réseau de chauffage.

Tuyau isolé préfabriqué enterré directement à haute température - avantages et caractéristiques

1 Réduisez le coût du projet. Selon les estimations du service concerné, les tuyaux de chauffage à double canalisation peuvent généralement réduire les coûts du projet d'environ 25 % (en utilisant de la fibre de verre comme couche protectrice) et de 10 % (en utilisant du polyéthylène haute densité comme couche protectrice).

2. Faible déperdition de chaleur et économie d'énergie.

État actuel du développement

Les tuyaux en acier isolés constituent un facteur clé de la conservation de l'énergie, et leur développement ainsi que leur application attirent de plus en plus l'attention à travers le monde. Depuis les années 1970, l'attention internationale se concentre sur la production et l'utilisation des tuyaux en acier isolés, visant notamment à réduire considérablement la consommation d'énergie, ce qui permettrait de diminuer la pollution environnementale et l'effet de serre. L'industrie internationale de l'isolation possède une longue histoire, et de nouveaux matériaux d'isolation voient constamment le jour. Avant 1980, le développement des tuyaux en acier isolés dans mon pays était très lent, avec peu d'usines d'isolation produisant uniquement de petites quantités de tuyaux en acier isolés enterrés directement. Cependant, après plus de 30 années de travail acharné, et tout particulièrement grâce au développement rapide de la dernière décennie, l'industrie chinoise de l'isolation a su créer de nombreux produits à partir de rien, passant d'un seul produit à une gamme diversifiée, et évoluant d'une qualité faible à une qualité élevée, avec une application de plus en plus répandue. Le polyuréthane est le matériau d'isolation le plus couramment utilisé à l'échelle internationale. Le polyuréthane rigide possède de nombreuses propriétés exceptionnelles et est largement employé pour l'isolation thermique en Europe et aux États-Unis. Environ 49 % des matériaux d'isolation dans les pays développés comme l'Europe et les États-Unis sont du polyuréthane, alors qu'en Chine, cette proportion est inférieure à 20 %. Par conséquent, il existe un important potentiel de croissance pour les tuyaux en acier isolés au polyuréthane en Chine.

Mécanisme structurel

1. Gaine extérieure : Protège la couche d'isolation contre l'érosion des eaux souterraines, soutient le tuyau de travail et résiste à certaines charges externes, assurant ainsi un fonctionnement correct.
2. Couche anti-corrosion : Protège le tuyau en acier extérieur des agents corrosifs, prolongeant ainsi sa durée de vie.
3. Couche de réduction du frottement : Assure le libre mouvement de la canalisation de travail en raison de la dilatation et de la contraction thermiques.
4. Couche de mousse de polyuréthane : Maintient la température du milieu et assure une température constante à la surface de la gaine extérieure.
5. Couche barrière et réfléchissante : Empêche la mousse organique d'entrer dans la couche inorganique rigide résistante aux hautes températures, et reflète une partie de la chaleur loin de cette couche résistante aux hautes températures.
6. Tuyau de travail : Assure le bon écoulement du milieu transporteur.

7. Couche d'isolant inorganique rigide : résistante aux hautes températures, assurant la température d'interface avec la couche d'isolant organique et empêchant la mousse de se carboniser.