燃气工程常用管材、管道附件及材料

燃气工程常用管材、管道附件及材料第一节常用管材用作输送城市燃气管道的材料很多，常用的管材有铸铁管与钢，此外还有石棉水泥管、预应力混凝土管及塑料管等。城市燃气管道根据输送压力可分为高压管、中压管和低压管。根据管道口径大小，敷设的目的、用途，又可分为干管、支管、引入管、室外管、室内管、用气管等。其中干管口径较大，通常采用铸铁管与钢管。口径75毫米以上的支管及引入管，通常也采用铸铁管。口径75毫米以下的支管及引入管，通常采用镀锌钢管外包绝缘防腐层。室外管、室内管、用气管等口径较小(一般小于100毫米)，通常采用镀铸钢管。石棉水泥管、预应力混凝土管、聚乙烯塑料管，一般用于低压地下支管。一、铸铁管铸铁管是目前燃气管道中应用最广泛的管材，它使用年限长，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六十年以上，所以铸铁管是输送燃气的主要管材。1.灰口铸铁管灰口铸铁是目前铸铁管中最主要的管材。灰口铸铁中的碳以石墨状态存在，破断后断口呈灰色，故称灰口铸铁。灰口铸铁易于切削加工。灰口铸铁的主要组分如下:灰口铸铁的主要组分表1-1碳(C〉硅(Si〉锰(Mn)磷(P)硫(S)3.O3.81.52.20.50.90.40.12铸铁管的铸造方法有连续式浇铸和离心式浇铸等。铸铁管根据材料和铸造工艺分为高压管、普压管及低压管等。用于燃气管道的承插灰口铸铁管为普压管。铸铁管的接口主要为机械式接口，此外还有滑入式及承插式接口等。目前生产的铸铁管以机械接口为主，法兰接口也有供应。铸铁管内外表面允许有厚度不大于2毫米的局部粘砂，外表面上允许有高度小于5毫米的局部凸起。承口部内外表面不允许有严重缺陷，同一部位内外表面局部缺陷深度不得大于5毫米，直管的两端应与轴线相垂直，其抗压强度不低于200兆帕，抗拉强度不低于140兆帕。铸铁管出厂试验压力见表中1-2。铸铁管体及插口的外径和承口内径允许偏差为：直管公称口径D800毫米为1/3E毫米；直管公称口径D900毫米为(1/3E+1)毫米；（E为承插口标准间隙）铸铁管出厂试验压力表1-2管件公称口径（毫米）承压（兆帕）低压直管≥5001.0≤4501.5普压直管及管件≥5001.5≤4502.0高压直管≥5002.0≤4502.5承口深度允许偏差为承口的±5%；管体壁厚允许负偏差为(1+0.05T)毫米，T为管体壁厚。承口壁厚允许负偏差为(1+0.05c)毫米，c为承口壁厚。 长度允许偏差为士20毫米，直管的弯曲度应不大于下列规定:直管的弯曲度表1-3公称口径（毫米）弯曲度（毫米/米）≤15032004502≥5001.52.球墨铸铁管铸铁熔炼时在铁水中加入少量球化剂，使铸铁中的石墨球化，这样就得到球墨铸铁。铸铁进行球化处理的主要作用是提高铸铁的各种机械性能。 球墨铸铁的化学成分大致为:碳（C）硅（Si）锰(Mn)磷(P)硫(S)镁(Mg)稀土(Re)3.44.022.90.41.00.10.040.030.060.020.05球墨铸铁不但具有灰口铸铁的优点，而且还具有很高的抗拉、抗压强度，其冲击性能为灰口铸铁管十倍以上。因此国外已广泛采用球墨铸铁管来代替灰口铸铁管。我国球墨铸铁管生产已有增长，并已开始应用于燃气管道。但管材规格不全，管件也未能配套供应。球墨铸铁管接口形式为承插接口与机械接口。球墨铸铁管的有关各项技术要求，均参照灰口铸铁管。二、钢管钢管包括无缝管、焊接管二类。焊接管按焊接形式不同可分为对接、搭接和螺旋焊缝钢管。对钢管进行镀铸防腐的又称镀铸钢管。这也是燃气管道常用的管材。大口径燃气管通常采用对接焊缝钢管和螺旋焊缝钢管，小口径燃气管（200毫米以下）通常采用镀锌钢管或无缝管。大口径钢管的接口采用焊接或法兰连接，小口径钢管（150毫米以下)大多采用螺纹连接。在敷设长管时需设置补偿器作为热胀冷缩的补偿。钢管的抗拉强度、延伸率和抗冲击性能等都比较高，焊接钢管的焊缝强度接近于管材强度。所以在城市燃气管网中，钢管常敷设于交通干道、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，以提高燃气输送的可靠性。但钢管的耐腐性差，埋设于地下的钢管估用年限约二十年，采用绝缘防腐后的钢管，其估用年限约30年。1.无缝钢管在燃气输送中，无缝钢管主要用于小口径管，其接口形式为螺纹或法兰。小口径无缝钢管以镀锌管为主，通常用于室内管、室外管及用气管的装接，若用于地下管则应进行绝缘防腐处理。镀锌无缝钢管规格见表1-4。大于150毫米无缝钢管为不镀锌的黑铁管。由于无缝管价格高、耐腐性差，大口径无缝钢管很少应用。镀锌无缝钢管规格表1-4公称口径钢管螺纹每米钢分配的管接质量(以每6米接头计算)(公斤)毫米英寸外径(毫米)普通管加厚管基面外径(毫米)每英寸牙数退刀部分前的螺纹长度(毫米)壁厚(毫米)理论质量(不计管接头)(公斤/米)壁厚(毫米)理论质量(不计管接头)(公斤/米)锥形螺纹圆柱形螺纹61/8"1020.392.50.4681/4"13.52.250.622.750.73103/8"172.250.822.750.97151/2"21.252.751.253.251.4420.9561412140.01203/4"26.752.751.633.52.0126.4421414160.0225l"33.53.252.4242.9133.2501115180.033211/4"42.253.253.1343.7741.9121117200.044011/2"483.53.844.254.5847.8051119220.06502"603.54.884.56.1659.6161122240.097021/2"75.53.756.644.57.8875.1871123270.13803"88.548.344.759.8187.8871132300.21004"114410.85513.44113.0341138360.4l255"1404.515.045.518.24138.4351141380.61506"1654.517.815.521.63163.836+12%—+12%—15%45240.8注：1.铜管的长度：无螺纹的黑铁管为412米，带螺纹的黑铁管和镀铸管为492.钢管尺寸的允许偏差：外径48毫米的为士0.5毫米；外径48毫米的为土1%;壁厚为；3.铜管的理论质量〈钢的相对密度为7.85〉按公称尺寸计算，镀铸管比不镀辞管重3%6%。燃气管道输送压力不高，采用一般无缝钢管即可。一般无缝钢管有热轧和冷拔二种，其机械性能表1-5。其中最常用的钢号是20结构钢。钢管机械性能表表1-5钢号机械性能试验压力(帕)备注抗拉强度(兆帕)屈服点(兆帕〉伸长率(%)1034021O24>3923×104(400公斤力/厘米2)热轧钢管为热轧状态，冷拔管为热处理状态204002502025460280193552031O17456003401409MnV44030022l6Mn52035021l5MnV540400182.焊接钢管（又称卷焊钢管）焊接钢管的规格一般是用外径及壁厚的公称尺寸表示，但燃气用钢管则用公称直径的规格表示。根据焊缝的不同，焊接钢管又可分为直缝焊接钢管及螺旋缝焊接钢管。螺旋钢管用卷材制成，造价比钢板卷制的直缝钢管低廉，焊缝在管子上形成的线条比直缝钢管均匀，但它的焊缝较长，钢材和焊接的质量需要很好控制。大口径焊接钢管通常采用焊接或法兰接口。1)直缝焊接钢管直缝焊接钢管主要用A2、A3、A4乙类或甲类普碳钢，由钢板直接卷合对焊而成。尺寸精度较好，并能根据需要卷制各种口径的钢管。直缝焊接钢管的规格与质量见表1-6。焊接钢管的规格与质量表1-6公称直径200250300350400450外径219273325377426478壁厚686868686868质量(公斤/米)31.5241.6339.5152.2847.2062.5454.8972.8062.1482.4669.8492.72公称直径500600700800外径530630720820壁厚6810681068106812质量(公斤/米)77.5392.33122.71152.89105.64140.46175.09120.44160.19239.12公称直径900100011001200外径920102011201220壁厚68101261012810810l2质量(公斤/米)135.24179.92224.41268.70150.03249.07298.29219.38273.73239.10298.39357.47公称直径13001400150016001800外径13201420152016201820壁厚81281281210141014质量(公斤/米)258.83387.06278.56416.66298.29446.25397.03554.5446.35632.502)螺旋缝焊接钢管螺旋缝焊接钢管是将钢带按一定的螺旋线的角度(又叫成型角)卷成管坯，然后将管缝焊接起来而制成的。它的优点是生产效率高，可用较窄的钢带生产大口径管，并具有较高的耐压能力。螺旋缝焊接管主要用于石油、天然气的输送管线，城市燃气管道也有应用。螺旋缝电焊钢管的规格与质量见表1-7。螺旋缝焊接钢管的规格与质量表1-7公称直径Dg(毫米)外径D(毫米)璧厚(毫米)6789质量(公斤/米)20025030021927332531.5239.5147.2036.6045.9254.8941.6352.2862.54---35040045037742647854.8962.1469.8463.8772.2581.3072.8082.4692.72---50060070052963072077.3892.33105.6490.11107.54123.08102.78122.71140.46--157.803)塑料管塑料管的品种较多，有聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管等，根据管材性能、价格、施工工艺等多方面的比较，目前主要采用聚乙烯管。聚乙烯管是地下天燃气管道常用管材。常用的聚乙烯管为100毫米的小口径管。由于聚乙烯管耐腐性好，通常用于地下管道。聚乙烯的接口形式有活接头连接、焊接及热熔连接等。活接头接口配件多、生产成本高，焊接连接工艺较复杂，故聚乙烯管目前尚未在燃气管道上广泛应用，但具有广阔的前景。聚乙烯管的规格及技术性能见表1-8。聚乙烯管的规格和技术指标表1-8规格及质量技术指标外径(毫米)壁厚(毫米)近似质量(公斤/米)外径(毫米)壁厚(毫米)近似质量(公斤/米)项目指标50.50.007202.O0.104常温下使用压力(105帕)拉伸强度(105帕)断裂伸长率(%〉液压试验(2倍使用压力)48.O200保持五分钟,无破裂、渗漏现象60.50.008252.O0.13381.O0.020322.O0.213lo1.O0.026403.O0.321121.50.046504.O0.532162.O0.081635.O0.838注:管材长度不少于4米,颜色一般为本色。第二节管道附件管道工程中为了分支、变更方向、改变管径和避让障碍物，需要专用管路附件。各种管材均应备有必需的管道配件。由于管道的材料、接口不同，因此管路附件也各不相同。一、铸铁管路附件燃气铸铁管以机械接口连接为主。机械接口铸铁管路附件见表1-9。常用铸铁管路附件表1-9名称示意图说明三通管三通管又称丁字管，根据口径又分为异径三通与同径三通。四通管四通管也称十字管，通常只有同径四通管。有眼短管有眼短管与普通承插管相仿，其承口后有一带凸台的螺纹孔。夹子三通管夹子三通管由上下两侧组成，上层带有承口，上下两层用法兰连接，根据所带承口大小有不同规格。弯管铸铁弯管规格按管弧度分为50º，45º，22º，11º等。根据承口可分为单承与双承。名称示意图说明乙字管由于管件形状像乙字，故称乙字管，乙字管一般为单承。套筒套筒为直筒型的双承口，套筒用于连接双插管，或用于嵌接分支管。渐缩管渐缩管为一异径短管，一般为单承，异径的大小即为规格。管盖管盖为一封闭的单承口，形如帽状。防漏夹防漏夹分上、下两片，利用承口夹箍与防漏夹螺孔采用螺栓固定。防漏夹与承口间采用橡胶密封圈夹紧。有眼夹子有眼夹子和夹子三通管构造相似，其上片无承口，而是螺纹孔，故称有眼夹子。二、螺纹管件用于小口径钢管的螺纹接口管件，一般采用可锻铸铁制造，其规格及工作压力见表1-10。图1-1指出可锻铸铁管件，可锻铸铁管件主要种类有：1.弯头连接两根公称通径相同的管子，使管路作90或45盘弯。在弯度较大的管路上，则使用月弯。2.异径弯头为连接两种不同口径的管子所用的弯头。若弯头一端为内螺纹，弯头另一端为外螺纹，则称内外弯头。圆锥形螺纹铸铁管接头的尺寸与工作压力表1-10公称直径外径（毫米）螺纹长度（毫米）工作压力（兆帕）毫米英寸外径（英寸）长度（毫米）152714381.5203516421.525142118481.5325120521.5405722561.550270224601708827661图1-1可锻铸铁管件3.三通三向口径相同的称正三通，口径不同的称为异径三通。若接合管不互相垂直，而成叉状，则称Y三通。4.外接头用来连接两根公称通径相同的管子。5.内接头用来连接两个公称通径相同的内螺纹管件。6.异径外接头又名大小头，用来连接两根公称通径不同的管子。7.活接头用于需经常拆卸的管路上。8.内外螺母主要用于管径变换的接头处。9.管堵有外螺纹的管堵，用来堵塞管路。10.伸缩接头和快速堵漏装置主要用于补偿管路因热胀冷缩而引起的位移以及抢修。锡山市管道附件厂生产的伸缩接头和快速堵漏装置外形图见插页。三、钢管件焊接钢管管件无定型产品，一般均由施工单位根据工程需要，用钢管拼制。常用钢管管件见图1-2。图1-2钢管管件图（a）90º弯管；（b）45º弯管；（c）三通；（d）异径三通；（e）Y三通；（f）异径接头四、聚仁烯管件聚乙烯管件有承插热熔管件和接头管件，见图1-3。图1-3聚乙烯管件（a）接管；（b）90º弯管；（c）异径接头；（d）45º弯管；（e）三通；（f）管堵第三节管道设备在燃气管道工程中，需要有专用管道设备来保证管道安全运转。这些管道设备通常指阀门、补偿器、聚水井(排水器)、过滤器等。一、阀门阀门是燃气管道中重要的控制设备，用以切断和接通管线，调节燃气的压力和流量。长期以来我国没有燃气专用阀门，而以给水闸阀替代。因此在燃气输配系统中给水阀应用最为广泛。近年来燃气专用阀门如大口径旋塞阀、球阀已开发应用，蝶阀也引进燃气输配系统。燃气管道的阀门常用于管道的维修，减少放空时间，限制管道事故危害的后果，关系重大。由于阀门经常处于备而不用的状态，又不便于检修，因此对它的质量和可靠性有以下严格要求：密封性能好。阀门关闭后不泄露，阀壳无砂眼、气孔，对其严密性要求严格。阀门关闭后若漏气，不仅造成大量燃气泄露，造成火灾、爆炸等危险，而且还可能引起自控系统的失灵和误动作。因此，阀门必须有出厂合格证，并在安装前逐个进行强度试验和严密性试验。强度可靠。阀门除承受与管道相同的试验与工作压力外，还要承受安装条件下的温度、机械震动和其他各种复杂的应力，阀门断裂会组成巨大的损失，因此不同压力管道上阀门的强度一定安全可靠。耐腐蚀。不同种类的燃气中含有程度不一的腐蚀气体成分，阀门中金属材料和非金属材料应能长期经受燃气腐蚀而不变质。此外燃气管网系统还要求阀门应启闭迅速，动作灵活，维修保养方便，经济合理等。小口径管路系统（50毫米以下)，表具前通常采用螺纹连接旋塞阀，如连接胶管的直管旋塞开关，表前进口的活接头旋塞开关，西式灶旋塞开关及防止胶管脱落漏气的旋塞开关等。小口径管路一般采用楔式闸阀，作为启闭与控制燃气用量之用。大口径管路系统（100毫米以上)，采用最多的是闸阀，地下管道一般选用暗杆双闸板闸阀，室内或地上也有选用明杆闸阀，储配站内也选用电动闸阀。储配站压送机出口应采用止回阀，防止燃气倒流，保护设备安全。（一）闸阀通过闸阀的流体是沿直线通过阀门的，所以阻力损失小，闸板升降所引起的振动也很小，但燃气中存在杂质或异物并积存在阀座上时，关闭会受到阻碍，使阀门不能关闭。闸阀有单闸板闸阀与双闸板闸阀之分，由于闸板形状不同，又有平行与楔形闸板之分。燃气管网中常用双闸板闸阀，根据阀杆随闸板升降和不升降，分别称为明杆阀门和暗杆阀门（。闸板采用平行式硬密封，启闭时能自动清除污垢，延长使用寿命。双闸板平行设置，具有可靠的气密性，并可在运行中检查闸板的密封性能。（二）旋塞阀旋塞阀又称转芯阀，是应用最早的阀门，其构造如圆锥形瓶塞。主要由圆锥面阀座、可转动的旋塞、固定螺母等组成。旋塞阀是一种动作灵活的阀门，阀杆转900即可达到启闭的要求，其具有可自封、启闭快、密封性能好、不易积垢等优点。但由于孔径小流体阻力大等缺点，一般只用于低压小口径管道。常用的旋塞有两种：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，这种旋塞只允许用于地压管道上，称为无填料旋塞；另一类称为填料旋塞，利用填料以堵塞旋塞阀体与阀芯之间的间隙而避免漏气，这种旋塞体积较大，但安全可靠。（如图:燃气输配P76）油压卸载式油密封旋塞阀，是近年来研制成功的燃气专用阀门，它由旋塞、止回阀、压油螺杆、密封圈、压盖、流油槽、阀体、油腔等组成。润滑油均匀分布阀面，减少阀体磨损，改善密封性能。设置止回阀为防止润滑油倒流，油腔则为集中润滑油用。阀门启闭时，阀底部润滑油受压使旋塞受到向上托力，因此启闭轻便。油密封旋塞阀结构紧凑、体积小，特别适用于地下管道，可避免管道埋设过深。（三）球阀球阀一般用于高压系统，与闸阀相比具有外形尺寸小的优点，与旋塞阀相比具有通径大(和管径相同)、流体阻力小等优点。球阀和旋塞阀一样，密封面不易积垢。它主要由左右阀体、球体、阀杆、复合轴承等构件组成。球阀主要依靠球面或密封阀衬进行开启与关闭。燃气专用气密封球阀(图1-4)采用固定球转向关闭浮动阀座密封，阀座由导套和密封圈组成。关闭时，阀座背腔充以压缩空气使阀座压向球体，形成密封。阀座背腔上部有一螺纹接口，上装截止阀。球阀外部底板装有二位三通阀，当二位三通阀上的触杆被压时，压缩空气进入阀座背腔，推动阀座使球阀严密关闭。图1-4气密封球阀1-右阀体；2-球体；3-复合轴承；4-上阀杆；5-手柄；6-上盖；7-二位三通阀；8-导套；9-主密封圈；10-截止阀；11-左阀体（四）其他阀门1．蝶阀蝶阀也开始应用于燃气输配系统中，通常配以气动薄膜执行机构，成为自动控制与调节流量的阀门，可作为储配站低-低调压器之用。蝶阀由阀体、阀板、轴、填料函、曲柄及执行机构组成。执行机构有:①气动执行机构(薄膜式，活塞式)。薄膜式气动执行机构主要由膜盖、波纹薄膜、弹簧、调节件等组成。当执行机构接受信号压力后，推杆就向下移动，与推杆相连结的上、下连杆跟着向下移动，促使曲柄围绕阀轴旋转，带动阀板在阀体内回转，从而调节介质的压力与流量。②电动执行机构。电动执行机构以电源为动力，接受信号后经伺服放大器放大，使电动机带动减速器运行而产生轴向推力，使阀板回转，从而调节介质压力与流量。当信号电流因故中断时，则可用手轮进行手动操作。蝶阀主要用来控制介质压力、流量等工艺参数，配上执行机构便可实现远程控制及自动调节。2．截止阀截止阀（如图1-5）依靠阀瓣的升降达到开闭和节流的目的。这类阀门使用方便可、安全可靠，但阻力较大。聚水井为排除燃气管道中的冷凝水和石油伴生气管道中的轻质油，管道敷设时应有一定的坡度，以便在低处设聚水井，将汇集的水或油排出。聚水井的间距，应根据水量和油量的多少而定。由于管道中燃气压力不同，聚水井分为不能自喷和自喷两种。若管道内压力较低，水或油就要依靠手动唧筒等抽水设备来排出。安装在高中压管道上的聚水井，由于管道内压力较高，积水或积油在排水管旋塞打开以后自行喷出。常用的聚水井有以下几种(图1-6):图1-6聚水井(a)铸铁聚水井；（b)桶井；(c)钢板水井；（d）加仑井1.铸铁聚水井用于铸铁管工程，为承插接口。它可分为开启式(桶井