厦门集美地下燃气管材的选择

来源：SCI期刊网 分类：建筑论文 时间：2022-02-12 10:31 热度：

　　〔摘 要〕 对铸铁管、钢管、PE 管特性和造价进行了分析与比较，选择出适合集美的燃气管材。

　　〔关键词〕 管材 铸铁管 钢管 PE 管

　　燃气是一种易燃易爆的气体，确保城市地下燃气管网的安全是我们工作重中之重。大量实践表明，影响燃气管网安全运行的主要因素是管网本身的技术质量，而管型选择的正确与否，是决定燃气管网技术质量的关键。因此，管材的选择对保证地下燃气管网的安全具有十分重要意义。

　　为了满足居民、工业的用气要求，目前，我们正在厦门集美大力发展管道燃气，根据华北院的初步设计，集美近期采用液化石油气，中压管网起点压力为：0.06兆帕;远期采用天然气，中压管网起点压力为：0.2兆帕;经水力计算，中压干管管道长度如下表：

　　面对这45.98公里的干管及更长的庭院管，我们应选择哪种管材呢?

　　目前，我国城市燃气管网管材主要有铸铁管、钢管、聚乙烯燃气管，下面我们将从管材的特性以及管材造价方面对这3种管材进行衡量比较，以确定集美燃气管网的管材。

　　一、管材特性：

　　( 一) 铸铁管铸铁管主要有灰口铸铁管和球墨铸铁管，它们最大的优点是耐腐蚀，一般寿命为50年，且施工方便。 但其缺点较多，主要有如下三点：

　　(1) 灰口铸铁管属脆性材料，延伸率小，受外压易断，事故率高，由于灰口铸铁管材质、性能上的缺陷，已逐步在燃气输配领域被淘汰，2002年8月开始实施的修改后的《城镇燃气设计规范》GB50028-93中已不再将灰口铸铁管作为地下燃气管材;球墨铸铁管由于在铸铁熔炼时在铁水中加入少量球化剂，使铸铁中石墨球化，使其比灰口铸铁管具有较高的抗拉、抗压强度，但由于其生产难度大，其口径及壁厚偏差较大，且造价较高。

　　(2) 铸铁管的接口较容易发生漏气。铸铁管的接口型式主要有承插式、N1和 SM J 型柔性机械接口，其中承插式铸铁管，由于其接口密封材料为橡胶圈和油麻丝、石棉、水泥，当其输送不含水分或极少含水分的干燥燃气( 如液化石油气( 气态) 、天然气) 时，承插口的水泥、青铅干裂、疏松，油麻干燥、收缩，从而破坏密封的作用，导致接口漏气。铸铁管用 N1和 SM J 型柔性机械接口，确实比承插式接口有很大的改善，并使接口有一定柔性，可以承受地基一定的不均匀沉降量，施工中可以旋转一定的角度。 难而，问题的实质仍然存在，橡胶圈的密封性因受到燃气干燥性的影响而会收缩，当地基沉降时，橡胶圈一边被压缩，另一边处于松弛状态，这样仍可能导致燃气泄露。

　　(3) 当采用铸铁管作为庭院管时，由于引入管为钢管，这样在铸铁管和钢管接口处易产生电偶腐蚀，导致接口处漏气。

　　( 二) 钢管

　　钢管具有强度高，韧性好，抗冲击性和严密性好，焊接加工较方便等优点，特别是焊接后的接口部位与母材有同等强度，这样可杜绝管道接口漏气的可能性;但钢管主要缺点是其防电蚀性、防土壤腐蚀性及大气腐蚀性差，尤其是某些地区土壤中含有腐蚀介质较多，容易出现因腐蚀而管壁减薄导致窗孔现象产生，对燃气管道长期运行的安全性留下隐患。 因此，在选用钢管时，应做好防腐工作。钢管主要有无缝钢管、螺旋缝钢管和直缝焊管等三种，(1) 无缝钢管在我国有较长的生产历史，因其生产工艺是用圆钢在热轧状态下由穿孔成型的，所以其成型几何形状( 直径公差、椭圆度、壁厚) 精度较差，特别是对于大口径的无缝钢管的成型几何形状精度更差。(2) 螺旋缝钢管采用热轧宽带钢卷为原料，同一规格的带钢可生产多种直径规格的管材;其主要缺点源于用钢卷呈螺旋状卷成钢管，因而带来弊病较多，主要有：① 热轧钢卷在几何形状上有月牙弯，不利于成型;在力学上带钢各向异性以及在制管前不利于检查带钢分层的缺陷，难于100%无损探伤;②螺旋焊管是在两向倾斜而且变化的曲面上焊接，焊接的条件差，而且由于带钢的月牙弯，因而容易焊偏;加上螺旋焊缝比直缝要长，内应力也高一些，由此产生缺陷的概率要高一些，所以，故障率也高一些，可靠性较差;③焊缝在钢管上呈螺旋线，会产生应力集中，致使钢管抗弯曲、抗压的力学性能较差;由于具有这些缺陷，“西气东输”工程通过多方“论证后，已确定螺旋焊管只能用于一类地区( 即有12个或12个以下供人居住建筑物的任一地区分级单元) ，不能用于二、三、四类地区( 特别是工业区、人口稠密城市区) 。 因此有些国家甚至不允许将螺旋缝埋弧焊管用在重要的油气长输管线上。 如美国 Amoco 公司规定，不允许将螺旋缝埋弧焊管用于油气长输管线。 (3) 高频直缝焊管( ERW) 是将热轧卷板经过成型机成型后，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使管坯边缘加热熔化，在挤压辊的作用下进行压力焊接来实现生产的。 具有如下优点：①ERW 焊管壁厚均匀、长度稳定、几何尺寸精度高、防腐及组装焊接的质量易保证。 ②根据残余应力测定结果表明，ERW 焊管周向成型内应力较小，对于管材是有利的，抗弯曲、抗压扁性能好。 ③ERW 焊管是在平面上进行焊接，因而焊接条件、自动跟踪、无损检测都容易进行，这就使得焊缝高度低、内外焊缝精度高;焊缝比螺旋焊管短60%，焊缝缺陷出现的概率低。 ④ERW 焊管采取了无缝化工艺，对焊缝进行了在线中频退火处理，晶粒细化，机械性能提高，甚至使焊缝强度高于母材。 近年来，各国都在积极研究用 ERW 钢管代替无缝管和螺旋焊管，在工业发达国家，直径在 Φ610mm 以下，ERW 所占比例已达到70%左右。 综上所述，在多种钢管中，应优先选择 ERW 钢管。

　　( 三) 聚乙烯燃气管( PE 管)

　　聚乙烯燃气管是一种新型的材料，具有许多卓越的特性，被广泛应用于燃气输送上，其主要优点如下：

　　1.良好的抗腐蚀性和耐化学腐蚀性。 聚乙烯为惰性材料，除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质的侵蚀，在酸性和碱性土壤中有良好抗腐蚀性，无电化学腐蚀，不需要防腐层。

　　2.不泄漏。 聚乙烯管道主要采用熔接连接( 热熔连接或电熔连接) ，本质上保证接口材质、结构与管体本身的同一性，实现了接头与管材的一体化。试验证实，其接口的抗拉强度及爆破强度均高于管材本体，可有效地抵抗内压力产生的环向应力及轴向的拉伸应力。因此与像胶圈类接头或其他机械接头相比，不存在因接头扭曲造成泄漏的危险。

　　3.高韧性。 聚乙烯管是一种高韧性的管材，其拉伸断裂伸长率一般超过500%，是钢管的20倍，对管基不均匀沉降的适应能力非常强。 也是一种抗震性能优良的管道。

　　4.PE 管使用寿命长，可达50年以上。

　　5.PE 管重量轻，施工方便。

　　6.PE 管管壁光滑，其当量绝对粗糙度 K 只是钢管的1/20，输气能力比钢管提高30%。

　　但 PE 管也存在一些不足，主要是 PE 管的管件不全;PE 管有耐候性差的弱点，有老化问题，怕阳光照射，不能明设;输送压力不高( 天然气≤0.4M Pa，液化石油气≤0.1M Pa) ;管径大于 250毫米时，价格较贵;

　　二、管材造价：

　　下面将城市燃气常用地下管材造价作一比较

　　根据以上表格，管径小于 DN250时，PE 管具有价格优势;在钢管中，ERW 钢管造价较低。

　　通过以上分析，我们知道厦门集美地处沿海地区，有河谷冲积层和海相堆积层，容易引起不均匀沉降，选用铸铁管，其接口较容易发生漏气，我们近年来，在厦门岛内管道维修时，发现由于地基的沉降，铸铁管80%的接口都存在不同程度的漏气现象;厦门集美属亚热带海洋性气候，地下水较多，土壤 PH 值较高，选用钢管，钢管电腐蚀较严重;而 PE 管因其有好的耐腐蚀和高韧性，而且集美地下燃气管管径均≤250，设计压力不高，因此在集美地下燃气管应优先选用 PE 管，不仅能较好适应集美的情况，而且具有明显的经济效益。 对于部分 PE 管无法敷设处( 如穿越排洪沟) 应优先考虑 ERW 钢管。

　　对于燃气管道的建设而言，管材的选择是极其重要的，它不仅影响管道工程的施工工艺和施工质量，还会影响到今后管线的安全运营与管理，更会对整个工程的投资产生巨大影响，因此集美燃气管材以 PE 管为主，ERW 管为辅是因地制宜、经济实用、可靠的。——论文作者：李建杭

文章名称：厦门集美地下燃气管材的选择

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