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输送城市燃气管道的管材很多,常用的管材有铸铁管、钢管和近年发展较快的聚乙烯(ＰＥ)燃气管。
１城市燃气管道的分级根据ＧＢ５００２８-９３《城镇燃气设计规范》,城镇燃气管道按输送燃气压力分为五级,根据《城镇燃气设计规范》的要求,室外燃气管道在高压和中压Ａ燃气管道,应采用钢管;在中压Ｂ和低压燃气管道宜采用钢管或机械接头铸铁管;中低压地下燃气管道可采用燃气用ＰＥ管。实际应用中,根据管道口径的大小、敷设的目的、用途,管道又分为干管、支管、庭院管、引入管和户内管。
２各种材质燃气管道的使用情况具体使用时,除严格遵循国家的有关规范外,要注意各种燃气管道的具体技术经济性能,结合不同使用的具体场合,相应选用不同的管材,可以达到使用寿命长、运行和建设成本低、施工和维护方便的效果。特别指出的是,随着科学技术的进步,新材料和新的施工方法不断涌现,为管材的选用上提供更多的选择。下面是几种常用管材的技术经济分析。
２．１铸铁管铸铁管作为燃气管道历史较长,目前也是应用最广泛的管材。其特点是使用年限长、生产简便、成本低且有良好的耐腐蚀性(一般情况下,地下铸铁管的使用年限为５０年以上)。铸铁管分为灰口铸铁管和球墨铸铁管。⑴灰口铸铁管灰口铸铁管是目前最常见最主要的管材,使用的历史也比较长。由于灰口铸铁中的碳以石墨状态存在,折断后断口层呈灰色而得名。灰口铸铁易切削加工,属脆性材料,石墨状态为片状,没有伸长性,当受外力作用应力集中时,管体易发生折断。灰口铸铁的主要成分碳(Ｃ)硅(Ｓｉ)锰(Ｍｎ)磷(Ｐ)硫(Ｓ)３．０～３．８%１．５～２．２%０．５～０．９%≤０．４%≤０．１２%铸铁管的铸造方法有连续浇铸和离心浇铸,根据材料和铸造工艺分为高压管和普压管及低压管。燃气管道所用的承插灰口铸铁管主要为普压管。由于过去我国燃气铸铁管采用承插口老式接头,提高压力受到,使用压力上限定为０．１５ＭＰａ。目前中压燃气管已经普遍采用机械接头,其压力上限为０．２ＭＰａ。灰口铸铁管使用的标准有:ＧＢ３４２０-１９８２《灰口铸铁管件》、ＧＢ３４２２-１９８２《连续铸铁管》。⑵球墨铸铁管铸铁熔炼时在铁水中加入小量球化剂,使铸铁中的石墨球化,由此得到球墨铸铁。球墨铸铁大致的化学成分碳(Ｃ)硅(Ｓｉ)锰(Ｍｎ)磷(Ｐ)３．４～４%２～２．９%０．４～１．０%＜０．１%硫(Ｓ)镁(Ｍｇ)稀土(Ｒｅ)０．０４%０．３～０．０６%０．０２～０．０６%铸铁经球化处理后所得的球墨铸铁,不但具有灰口铸铁耐腐蚀的优点,其他的机械性能也有很大的提高,如有很高的抗拉、抗压强度,其冲击性能为灰口铸铁管的１０倍以上。三者的机械性能比较如下·47·２００２年第４期物质性能球墨铸铁管钢管普通灰铸铁抗拉强度(Ｎ／ｍｍ２)≥４２０≥４００≥１５０～２６０屈服强度(Ｎ／ｍｍ２)≥３００≥４００≥２００～３６０延伸率%≥１０≥１８０硬度ＨＢ≤２３０≤１４０≤２３０所以球墨铸铁管具有铸铁的本质,钢的性能,既具有良好的抗腐蚀性,又具有与钢管相似的抗外力性能。球墨铸铁管壁可以造得比较薄,因此,减轻了管道单位长度的重量,有利于降低成本和施工强度。近年来世界先进国家均以采用球墨铸铁管代替灰口铁管,特别应指出的是国内中国市政工程华北设计研究院和新兴铸管(集团)有限责任公司共同开发生产的离心球墨铸铁管及配件已通过了国家建设部技术鉴定,认为“可取代钢管应用于城市燃气中压(Ａ)管网”,输送燃气压力由０．２ＭＰａ提高到０．４ＭＰａ,并认为解决了离心球墨铸铁管应用于燃气中压(Ａ)施工技术中割管、钻孔、封堵等关键技术,为迅速推广应用创造了条件,满足了《城镇燃气输配工程施工及验收规范》的要求,达到国内先进水平。目前国内可生产ＤＮ１００～６００的燃气管,机械接口形式有Ｎ１和Ｓ型两种,专门用于城市燃气管道的接口,具有结构简单、安装方便、密封性好、橡胶圈寿命长的特点,并设计了防滑脱装置。从技术经济指标分析,在输送燃气压力≤０．４ＭＰａ,管径≥２５０ｍｍ的情况下采用球墨铸铁管是有优势的。离心球墨铸铁管使用标准有:ＧＢ１３２９４-１９９１《球墨铸铁管件》、ＧＢ１３２９５-１９９１《离心铸造球墨铸铁管》。
２．２钢管钢管包括无缝钢管和焊接钢管两类。一般大口径燃气管通常采用对接直焊缝钢管和螺旋焊缝钢管,管径ＤＮ≤２５０ｍｍ的燃气管通常采用无缝钢管。钢管由于其抗拉强度、延伸率、和抗冲击性能等都比较高,所以在城市输气管网中一般用在较高的压力管道上,如高压Ａ、Ｂ等级,也常用于交通干道、十字路口、交通繁忙的场所、穿越河流、架管桥等施工复杂的场所敷设。⑴无缝钢管无缝钢管一般选用优质碳素钢制作,通常采用１０号或２０号钢经热扎或冷抽成型,质量比较可*。无缝钢管主要用于高压和口径ＤＮ≤２５０ｍｍ的城市煤气管道。标准见ＧＢ／Ｔ８１６３-１９９９《输送流体用无缝钢管》。⑵焊接钢管目前燃气工程常用规格有ＤＮ３００～１２００ｍｍ。根据焊缝不同,常用焊接钢管有螺旋缝埋弧焊接钢管(简称ＳＡＷ)和高频直缝电阻焊接钢管(简称ＥＲＷ)。螺旋缝埋弧焊接钢管是将钢带按一定的螺旋线的角度卷成管坯,然后将管缝焊接起来而制成。它的优点是生产效率高,可用窄的钢带生产大口径管,并具有较高的耐压能力。此技术是５０年代由前苏联引进的,具有高的市场占有率,７０年代以来,ＳＡＷ钢管受到ＥＲＷ钢管的严重挑战,甚至为ＥＲＷ钢管所取代。高频直缝电阻焊管(ＥＲＷ)是利用高频电流使热轧板管坯边缘熔化,在挤压辊的作用下,进行压力焊接来实现生产的。与ＳＡＷ进行技术性能比较,ＥＲＷ有以下的优点:ａ.ＳＡＷ钢管残余应力大,而ＥＲＷ钢管残余应力较小。ｂ.ＳＡＷ钢管的有效焊缝和热影响区是ＥＲＷ钢管的１．４倍。ｃ.ＳＡＷ钢管的几何尺寸精度差,ＥＲＷ钢管的几何尺寸精度高,有利现场焊缝的对接。ｄ.ＳＡＷ钢管的表面焊道突出,而ＥＲＷ钢管的焊道很平滑,优质的ＥＲＷ钢管甚至无法辩出焊缝,因而减少了管内的摩阻,实现了焊缝区域组织与母材的匹配。ｅ.ＳＡＷ钢管生产效率低,一般为１．５ｍ／ｍｉｎ,而ＥＲＷ钢管为１５～３０ｍ／ｍｉｎ。ｆ.ＥＲＷ钢管价格比ＳＡＷ钢管便宜１５%。ｇ.ＥＲＷ钢管可以在线对焊缝进行１００%检测,质量有保证。焊缝系数达到１。由于上述的优点,ＥＲＷ钢管目前正得到越来越广泛的使用。焊接钢管的生产标准有:《低压流体输送用焊接钢管》(ＧＢ／Ｔ３０９１-２００１)、《普通流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管》(ＳＹ／Ｔ５０３７-２０００)、《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》(ＧＢ／Ｔ９７１１．１-１９９７)。无论是无缝钢管还是焊接钢管,其最大的缺点是耐腐蚀性差,一般使用年限为２０年,采用了绝缘防腐后,使用年限可以适当延长。所以在工程上使用时,要做好防腐蚀措施,措施包括外表面绝缘防腐·48·化工设备与管道第３９卷和牺牲阳极保护。
２．３聚乙烯管(ＰＥ管)燃气用聚乙烯管是以聚乙烯燃气管材级专用树脂为基础,辅以必要的添加剂,经加热后通过挤出机连续挤出成型。燃气用聚乙烯管一般采用中高密度聚乙烯管(树脂密度≥９３０ｋｇ／ｍ３)。ＰＥ管具有很好的性能,其优点如下:⑴抗腐蚀性能好,ＰＥ管的使用寿命一般为５０年,不需防腐。⑵ＰＥ管施工方便,ＰＥ管具有很好的柔韧性,小口径的管材一般６３ｍｍ以下可以盘成卷,在敷设时可以允许一定的弯曲半径,从而减少管道接头数量,而且重量轻,施工简单,不需要大型起重机械,土方量少。由于有很好的柔韧性,焊接时往往可以在沟顶焊好后再放到沟底,不需另作作业坑。此外,ＰＥ管可以利用管道的自然弯曲比较轻易绕过或规避障碍,很适合城市街道地下管线和障碍物多的情况下敷设。⑶施工质量易于保证,ＰＥ管应采用专用电熔或热熔焊接自动控制焊接,减少人为因素的影响,质量稳定可*。也减少了焊接劳动强度。⑷维修量少,便于抢修。当ＤＮ２００以下的管道发生破损时,可利用管道本身的柔软性,在破损处两端用燃气专用压管器将管道压扁,切断气源,然后进行维修。ＰＥ管最大的缺点是机械强度较低、容易受到人为的损坏(ＰＥ管在尖锐物体的外力作用下容易被击穿)。为了保护ＰＥ管道免遭人为的破坏,在ＰＥ管道敷设时,一般在ＰＥ管的上方加设红砖和警示带,再就是加强管道的巡查。另一个缺点是对热稳定性较为敏感(在较高温度下其耐压强度会降低;温度过低将导致其变脆)。因此,目前ＰＥ管一般使用压力在０．１～０．４ＭＰａ。国产ＰＥ管的标准有《燃气用埋地聚乙烯管材》(ＧＢ１５５５８．１-９５)、《燃气用埋地聚乙烯管件》(ＧＢ１５５５８．２-９５)和《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(ＧＪＪ６３-９５)。国产ＰＥ管的规格为ＤＮ２０-４５０ｍｍ,压力等级有两个系列,对应两个压力等级:ＳＤＲ１１系列工作压力为０．４ＭＰａ、ＳＤＲ１７．６系列工作压力为０．２ＭＰａ。
３城市燃气管道不同管材的比较下面对城市燃气管道的主要管材从安全性、经济性和施工方便等方面作一个比较。表５性能比较表管材性能钢管球墨铸铁管ＰＥ管抗拉强度(Ｎ／ｍｍ２)４００≥４２０１８～２０弯曲强度(Ｎ／ｍｍ２)４００≥５９０７０延伸率(%)１８≥１０＞６００弹性模量(１０４Ｎ／ｍｍ２)２０１５～１７０．９接口形式焊接法兰机械接口热熔焊接或电熔焊接热稳定性好好差硬度１４０ＨＢＳ２３０ＨＢＳ５０～７０Ｄ耐腐蚀性差较好好寿命（ａ）２５≥５０≥５０施工强度较小较小小表６经济比较表(综合造价)管材单价(元/ｍ)管径钢管*ＰＥ管球墨铸铁管１００５４５４３９４２６１５０６２０５３６４９７２００６６０６１０５８３２５０１００４１０４０７４７*包含防腐及牺牲阳极保护。应当指出的是ＰＥ管和球墨铸铁管只能适用于压力等于或小于０．４ＭＰａ的燃气输送管道。当输送燃气压力大于０．４ＭＰａ时,应采用钢管。
４小结城市燃气管道用材应根据不同管材的特性、造价,并结合城市的具体情况进行比较。⑴如输送高压燃气(压力＞０．４ＭＰａ)时应选用钢管。由于ＥＲＷ钢管的优点显著,价格较低(是无缝钢管价格的８８～９０%),应优先使用。⑵在输送燃气压力≤０．４ＭＰａ时,早期使用的灰铸铁管已逐渐被淘汰,而球墨铸铁管在性能和价格上占有明显的优势(特别是直径大于ＤＮ２５０以上的管道)。ＰＥ管在ＤＮ２５０以下(包括ＤＮ２５０),无论经济性，还是安全性都比较突出,而且施工方便,劳动强度较低,但应注意管材质量及管件配套性。适于城市地下情况复杂条件下敷设的市政燃气输配管道。下载本文
