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第五章燃气管道及附属设备 制作 臧子璇 1 第一节管材及连接方式 要求燃气管道有足够的机械强度 抗拉强度 屈服强度 延伸率 冲击韧性 可焊性好 而且要有不透气性 燃气管道常用钢管 铸铁管和塑料管等 一 管材钢管具有承载应力大 可塑性好 便于焊接的优点 与其他管材相比 壁厚较薄 节省金属用量 但耐腐蚀性较差 必须采取可靠的防腐措施 高压及次高压燃气管道必须使用钢管 按制造方法不同 钢管可分为 无缝钢管和焊接钢管 无缝钢管用优质碳素钢或低合金钢经热轧或冷拔加工而成 多用于输送较高压力的燃气管道 其化学成分应严格保证 同时按机械性能供货 焊接钢管由卷成管形的钢板以对缝或螺旋缝焊接而成 由于制造条件不同 又常分为螺旋缝焊接钢管 分自动弧焊接和高频焊接钢管 和直缝卷焊钢管 螺旋钢管用卷材制成 用于大口径的管道 焊缝在管子上形成的线条也比直缝钢管均匀 但它的焊缝较长 钢材和焊接的质量需很好控制 2 水 燃气输送钢管多用于室内管道 分镀锌管 俗称白铁管 和非镀锌管 俗称黑铁管 按其管材的壁厚不同分为 簿壁管 普通管和加厚管三种 簿壁管不宜用作输送介质 可作为套管用 燃气工程主要使用镀锌的普通钢管和镀锌加厚钢管两种 其规格用公称直径表示 例如 公称直径为25毫米的水 煤气管表示为 DN25 连接方式多采用螺纹 即丝扣 连接 钢管的牌号及分级钢管采用焊接管 镀锌管或无缝钢管时应分别符合现行国家标准 低压流体输送用焊接钢管 GB T3091 输送流体用无缝钢管 GB T8163的规定 石油天然气工业输送钢管的分级 石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第1部份A级钢管GB T9711 1和第2部份B级钢管GB T9711 2A级钢管GB T9711 1规定了本行业用于输送可燃流体和非可燃流体 包括水 的无缝钢管和焊接钢管的交货技术条件 是石油天然气输送管道选用管材的最基本质量要求 B级钢管GB T9711 2对钢级质量和试验要求在总体上均高于GB T9711 1的规定 一般适用于重要或要求严格的可燃流体输送管道 对于重要或要求严格的燃气钢管 其交货技术性能应符合 BA A级钢管 GB T9711 1B B级钢管 GB T9711 2 3 城市燃气钢管选用高压 次高压A燃气管道所用钢管应符合 石油天然气工业输送钢管交货技术条件 第1部份A级钢管GB T9711 1和第2部份B级钢管GB T9711 2和 输送流体用无缝钢管 GB T8163的规定 压缩天然气管道所用钢管应符合 高压锅炉用无缝钢管 GB5310 流体输送用不锈钢无缝钢管 GB T14976 化肥设备用高压无缝钢管 GB6479和 锅炉 热交换器用不锈钢无缝钢管 GB13296的规定液化天然气管道所用钢管应符合 流体输送用不锈钢无缝钢管 GB T14976 锅炉 热交换器用不锈钢无缝钢管 GB13296 奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定 GBHG20537 1的规定钢管壁厚应视埋设地点 土壤和交通荷载而加以选择 要求不小于3 5mm 如在街道红线内则不小于4 5mm 当管道穿越重要障碍物以及土壤腐蚀性甚强的地段 壁厚应不小于8mm 户内管的壁厚不小于3 0mm 架空管的壁厚不小于4 0mm 4 2 铸铁管灰铸铁管的抗拉强度 抗弯曲 抗冲击能力和焊接性能均不如钢管好 但由于其抗腐蚀性能良好 在城市的中 低压燃气管道中仍彼广泛采用 随着球墨铸铁铸造技术的发展 铸铁管的机械性能大大增强了 从而提高了其安全性 降低了维护费用 国外铸铁管的直径为40 2600mm 长度为2 8m 输气压力最高达0 7 1 6MPa 3 塑料管塑料管具有耐腐蚀 质轻 流体流动阻力小 使用寿命长 施工简便 可盘卷 抗拉强度较大等一系列优点 近四十年来 国内外相继在天然气输配系统中使用中密度聚乙烯 PE 和尼龙 11等各种材质的塑料管 由于它的刚性不如金属管 所以埋设施工时必须夯实沟槽底 才能保证管道坡度的要求 虽然塑料管经剧烈碰憧易断裂 但易于及时发现并修复 塑料管的安装费要比钢管低 如施工DN100的管子 每米可节省施工费约7 施工DN50的管子每米可节省施工费约17 国家标准中规定 聚乙烯塑料燃气管分为SDR11和SDR17 6两个系列 SDR11系列宜用于输送人工煤气 天然气 液化石油气 气态 SDR17 6系列宜用于输送天然气 聚乙烯燃气管道只能作埋地管道使用 严禁作室内地上管道 5 长期静液压强度是指在常温 20 下 聚乙烯材料被应用到50年时 材料被破坏的环向应力的数值按雷拉得10或20系列数经圆整后排列所获得的数值 如PE80 最小环向应力8 0MPa PE100等 最小环向应力10 0MPa 聚乙烯管道输送天然气 液化石油气和人工煤气时 最大允许工作压力应符合表4 1 3的规定 CJJ63 2008 6 聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道工作温度在20 以上时 允许工作压力应按表4 1 8给出的温度对工作压力的折减系数进行折减 其他管材有色金属管村 如铜管和铝管 由于铜管和铝管价格昂贵而不利于广泛应用于燃气输配管道上 室内管道还可使用铝质软连接管和铝塑 钢塑复合管 在有些方面有更优于塑料管的特性 聚乙烯燃气管道只能作埋地管道使用 严禁作室内地上管道 7 4 其他管材有色金属管村 如铜管和铝管 由于铜管和铝管价格昂贵而不利于广泛应用于燃气输配管道上 室内管道还可使用铝质软连接管和铝塑 钢塑复合管 在有些方面有更优于塑料管的特性 8 PE管 9 PE管件 10 PE电熔管件 11 PE管断气钳 12 PE管件 13 PE管电熔焊机 PE管对接热熔焊机 14 PE管警示带 15 PE管施工 16 二 连接方法钢管钢管可以用焊接 法兰连接以及螺纹连接方式 以焊接为主 室内管道管径较小 压力较低 一般用螺纹连接 室外输配管道以焊接连接为主 设备与管道的连接常用法兰连接 铸铁管灰铸铁管 球墨铸铁管 采用机械接口进行连接 塑料管聚乙烯管道常采用热熔连接 电熔连接 塑料管与金属管通用钢塑接头连接 CJJ63 2008其他管材 钢 铝管 铝质软连接管 铝塑 钢塑复合管 用卡套连接 17 第二节常用管件 燃气管道中常用的管件一般可分为钢制管件 铸铁管件和聚乙烯管件 一 钢制管件按制作方法可分为两类 用压制法及管段弯制法制成的无缝管件 用管段或钢板焊接制成的焊接管件 二 铸铁管件由可锻铸铁制成 其工作压力不大于1 6MPa和工作温度不超过175 有镀锌和不镀锌两种 均为螺纹连接 三 钢制法兰对于站场工艺流程管子与阀门 设备的连接一般采用法兰连接管件 常用的法兰 材质为L235 A或20号钢加工制作 法兰的形式有平焊 对焊 松套等 一般站场公称压力PN 2 5MPa采用平焊法兰 平焊法兰同螺栓 螺母配套使用 连接管子 阀门及设备 公称压力PN 2 5MPa的高压燃气管道采用对焊法兰 四 聚乙烯管件聚乙烯树脂管件种类有三通 四通 弯头 法兰头 端帽等 聚乙烯管件根据施工方法 用途的不同 可分为电熔管件 热熔管件和钢塑过渡接头 根据生产方式的不同 可分为注塑管件和焊制管件两大类 18 五 聚乙烯管道上的配套产品 1 聚乙烯 PE 球阀聚乙烯球阀的工作压力与SDRll的聚乙烯管材相匹配 其使用寿命也与聚乙烯管材一样 按50年设计 聚乙烯球阀具有以下特征 a 全通径特征 便于气体流动 无压力损失 b 设有放散管型 便于吹扫 放空 c 简单的施工和低廉的费用 d 节省了昂贵的建造阀井和管理费用 2 钢塑过渡接头在聚乙烯管道系统中 当聚乙烯管道与金属管道系统连接时 对于小口径管材的连接 常需使用钢塑过渡接头连接 3 钢法兰片当聚乙烯管道与金属管道系统连接时 对于稍大一些口径的管材 一般采用法兰连接 聚乙烯管材一端需要聚乙烯法兰接头 同时应配套提供相应规格的钢法兰片 以便与钢管的法兰连接 19 4 警示带对于聚乙烯燃气管来讲 为保护管道在日后运行中 不受到人为的意外破坏 应在管道的上方 距管顶不小于300mm处敷设一条警示带 警示带上应有醒目的提示字样 该警示带应与管道一样 具有不低于50年的寿命 5 示踪线为能采用常规方法进行探测 要求在敷设聚乙烯管的同时 敷设一条金属示踪线 示踪线的基本要求是 示踪线要与聚乙烯管道在同一位置或有固定的相对位置 用常规仪器能探测到 寿命与聚乙烯管道相同 不低于50年 目前一般采用聚乙烯包覆金属丝 即电线 也有在警示带内夹放金属铝箔 将警示带与示踪线合二为一 20 第三节燃气管道的附属设备 一 阀门 一 阀门的用途 分类 型号和标志1 阀门用途 1 接通或切断管路各段的介质 2 调节管路的流量压力 3 改变流动介质的方向 2 阀门的分类 1 按结构分 闸阀 球阀 截止阀 压力调节器 安全阀 止回阀 旋塞 节流阀 蝶阀 减压阀等 2 按公称压力分 低压阀 公称压力为1 6MPa 中压阀 公称压力为2 5 6 5MPa 高压阀 公称压力为10 80MPa 超高压阀 公称压力大于100MPa 真空阀 绝对压力小于0 1MPa 3 按照启闭阀门的传动方式分 有手动 齿轮传动 蜗轮蜗杆 电动和气动等 21 二 燃气管道上常用的阀门阀门的种类很多 常用的有闸阀 旋塞阀 截止阀 球阀 和蝶阀 主要用于管道上的燃气切断作用 闸阀特点 流体是沿直线逼过阀门 阻力损失小 闸板升降引起的振动也很小 但当燃气中存在杂质或异物并积存在阀座上时 阀门不能完全关闭 种类 有单闸板闸阀与双闸板闸阀之分 有平行闸板与楔形闸板之分 此外还有明杆阀门和暗杆阀门 22 旋塞特点 是一种动作灵活的阀门 阀杆转90 即可达到启闭的要求 杂质沉积造成的影响比闸阀小 广泛用于燃气管道上 种类 一种是利用阀芯尾部螺母的作用 使阀芯与阀体紧密接触 不致漏气 这种旋塞只允许用子低压管道上 称无填料旋塞 另一种称为填料旋塞 利用填料以密封旋塞阀体与阀芯之问的间隙而避免漏气 这种旋塞体积较大 但较安全可靠 两种旋塞如图5 3及图5 4所示 23 截止阀依靠阀瓣的升降以达到开阈和节流的口的 这类阀门使用方便 安全可靠 但阻力较大 截止阀 图5 5 球阀体积小 完全开启时的流通断面与管径相等 这种阀门具有动作灵活 阻力损失小 还可以用于通球清扫的管段 球阀 图5 6 24 安全阀 安全阀按其结构形式可分为弹簧式安全阀 杠杆式安全阀 先导式安全阀这三类 25 二 补偿器作用 消除管段胀缩对管道所产生的应力 常用于架空管道和需要进行蒸气吹扫的管道上 安装在阀门的下侧 按气流方向 利用其伸缩性能 方便阀门的拆卸和检修 1 波形补偿器是一种以金属薄板压制并拼焊起来 利用凸形金属薄壳挠性变形构件的弹性变形 来补偿管道的热伸缩量的一种补偿器 根据其形状可分为 波形 盘形 鼓形和内凹形等四种 波形补偿器的结构特点是其外径较管子大得不多 故在安排相对位置时 几乎不专门占用空间 工作时只发生轴向变形 缺点是制造比较困难 耐压强度低 每个波的补偿量只有5 20mm左右 a 单波形 b 双波形 c 盘形 d 鼓形 e 内凹形 26 2 波纹管补偿器为了防止多波节波形补偿器对称变形的破坏 减少固定支架承受的推力 提高使用期限 出现了单双波纹管补偿器 波纹管用疲劳强度极限高的1Cr18Ni9Ti不锈钢制成 厚度0 2 10mm 适用于安装在工作温度350 以下 工作压力0 25 25MPa 公称通径DN100 600mm的弱腐蚀性介质的管道上 但使用最多的还是PN0 2 0 5 1 0MPa三个级别管径DN50 500mm的管道工程 也有DN50以下的波纹管补偿器 a 单波纹管补偿器 b 双波纹管补偿器 a U型 b S型 c 型1 套筒 2 波纹管 3 导管 4 定位螺栓 27 3 橡胶 卡普隆补偿器 图5 9 它是带法兰的螺旋皱纹软管 软管是用卡普隆布作夹层的胶管 外层则用粗卡普隆绳加强 其补偿能力在拉伸时为150mm 28 三 放散管用来排放管道中的空气或燃气的装置 在管道投入运行时利用放散管排空管道内的空气 用燃气进行置换 防止在管道内形成具有爆炸性的燃气空气混合气体 在管道或设备检修时 可利用放散管 以空气进行置换 排空管道内的燃气 放散管一般也设在阀门井中 在管网中安装在阀门的前后 在单向供气的管道上则安装在阀门之前 四 排水器为排除燃气管道中的冷凝水和天然气管道中的轻质油 管道敷设时应有一定坡度 以便在低处设排水器 将汇集的水或油排出 排水器的间距 视水量和油量多少而定 管道中燃气的压力不同 排水器有不能自喷和能自喷两种 如管道内压力较低 水或油就要依靠唧筒等抽水设备来排出 这种设备称低压排水器见图2 13 1 安装在高中压管道上的排水器称高中压排水器见图2 13 2 由于管道内压力较高 积水 油 在排水管旋塞打开后就能自行喷出 放散管一般也设在阀门井中 在管网中安装在阀门的前后 在单向供气的管道上则安装在阀门之后 29 图2 13 1低压排水器图2 13 2高压 中压 排水器1 丝堵 2 防护罩 3 抽水管 1 集水窗器 2 管卡 3 排水管 4 套管 5 集水容器 6 底座4 循环管 5 套管 6 旋塞 7 丝堵 8 井圈 30 五 阀井为保证管网的安全与操作方便 地下燃气管道上的阀门一般都设置在阀井中 阀井应坚固耐久 有良好的防水性能 并保证检修时有必要的空间 考虑到操作人员的安全 井筒不宜过深 图2 14 图2 14单管闸井构造图1 阀门 2 补偿器 3 井盖 4 防水层 5 浸沥青麻 6 沥青砂浆 7 集水坑 8 爬梯 9 放散阀 31 六 过滤装置过滤装置用于除去管道中输送的燃气杂质 这些杂质如水 硫化铁粉末 泥沙等 经过滤保证用户得到洁净的燃气 同时避免杂质进入各种计量 调压装置 燃烧器和用户管道造成堵塞 影响正常供气 目前常用的过滤装置有两种 一种是分离式 一种是滤芯式 1 离心式分离器气体切线方向从进口管进入 在螺旋叶片作用下 作回转运动 由于气体和液体 固体颗粒质量的差异而产生不同的离心力 质量大的液体 固体颗粒所受的离心力大被甩向外圈 质量小的气体所受的离心力小 处于内圈 从而使二者分开 液体 固体颗粒由于重力作用沿锥形管下降至积液包或排污管排出 气体经中间出口管输出见图2 15 2 离心式分离器多用于制气厂及配气站 因煤制气的冷凝水多 在煤气厂来气的站用这种装置分离气和水 并经常进行定期排污 分离器的另一形式为立式重力分离器见图2 15 1 32 2 15 1立式重力式分离器1 进口管 2 滤网 3 出口管 4 挡板 5 筒体 6 排污管 图2 15 2离心式分离器1 出口管 2 进口管 3 螺旋叶片 4 中心管 5 筒体 6 锥形管 7 积液包 8 排污管 33 2 滤芯式过滤器滤芯式过滤器图2 16应用于天然气 煤气 液化石油气及其它无腐蚀性气体介质的净化装置 用于在门站 储配站分离器之后及调压站 调压计量室 站 滤芯采用多层不同目数的不锈钢丝网制成的波纹状空心园筒 具有过滤面积大 强度高 压损小 可过滤净化5微米以上的灰尘 寿命长及易清洗的特点 滤芯式过滤器配有各种压力等级和公称通径来满足燃气输配工程的要求 结构形式分为角式 同轴法兰式两种 过滤器的筒体底部设有排污阀 在筒体进出口接管处装有压差仪表 运行中观察过滤器前后的压损 排出灰尘和清洗滤芯 34 35 第五节钢制燃气管道的防腐 一 钢制燃气管道腐蚀的原因化学腐蚀原因 土壤 空气或管道中的各种化学介质 如氧 硫化氢 二氧化碳等 与金属管道接触 发生化学反应而引起特点 管道的内 外壁均会发生 腐蚀比较均匀 电化学腐蚀金属与电解质溶液接触时 由电化学作用引起的腐蚀 金属与电解质溶液形成了原电池 对于内壁 当燃气含有水时 水在管道的内壁形成一层亲水膜 而燃气中所含的H2S CO2 O2等溶于水中便会成为电解质 对于外壁 土壤本身就是电解质 而由于钢管表面粗糙度不同等原因 使一部分金属容易电离 发生氧化还原反应 在阳极区带正电的金属离子与土壤中带负电的阴离子发生电化学作用 使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀 使钢管表面出现凹穴 以至穿孔 而阴极则保持完好 特点 局部腐蚀 造成埋地钢管表面出现凹穴 以至穿孔的主要原因是 AA 电化学腐蚀B 化学腐蚀C 细菌腐蚀 36 杂散