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 技术论文


给水工程、燃气工程钢管选用


1 前言

  水和燃气最合理的输送都是用管道输送。 给水工程中,现代化的水处理厂,从水源地取水后,经沉淀、过滤进入清水池,再用泵送至城区管网,直达用户。干线管道的压力较高(1.6-2.4MPa),城区管网的压力一般为0.5-1.0MPa,才能保证居民正常用水。随着人们生活质量的提高,居住区域内的给水管道,可分为饮用水管道、普通用水管道、热水管道等。 燃气工程,按用途分为城区管网、庭院管网、户内管道。按压力分为高压管道(0.3< P≤0.8;P-压力,单位MPa)、次高压管道(0.15<P≤0.3)、中压管道(0.005< P ≤0.15)、低压管道( P≤0.005)。 各种管道都有自己特定的功能,对其各有严格要求。城市管道总的要求是:不危及安全,尽量稳蔽敷设,防腐性能好,使用寿命长,投资省,操作维修方便。对于给水管道,还要求不污染水质,不滋生细菌。对燃气管道的特殊要求是要有足够的强度、不泄漏等。

2 “黑管”

  “黑管”是我们制管行业的一句行话(非标准行业名词术语),它是指未镀锌和未经其它永久性涂装处理的无缝钢管和焊接钢管。
  钢管的使用是由1815年苏格兰的一位发明家为输送灯火用煤气而将枪筒连接起来才开始的。1836年英国已经有了挤压法生产无缝钢管的专利,但直到1885年孟内斯曼(Manmesmann)兄弟才发明了由棒钢直接生产无缝管的工艺。在焊接管方面,1923年取得专利,经过了低频电阻焊接法和直流焊接法,现在已进入到主要生产中、小直径钢管用的高频感应焊接法(沙麦――朱鲁法)时代。另外,对于大直径钢管,采用U.O成型工艺埋弧自动焊生产直缝管,采用螺旋成形工艺埋弧自动焊生产螺旋钢管。

  2.1 无缝钢管

  无缝钢管的生产方法大致分为斜轧法(孟内斯曼法)和挤压法。前法是先用斜轧辊将管坏穿孔,然后用轧机将其延伸。这种方法生产速度快,但对管坯的可加工性要求较高,主要适用于生产碳素钢和低合金钢管。后法则是用穿孔机将管坯或钢锭穿孔,再用挤压机挤压成钢管,这种方法比斜轧法效率低,适用于生产高强度合金钢管。斜轧法和挤压法都必须先将管坯或钢锭加热,生产的钢管称为热轧管。用热加工法生产的钢管有时候可根据需要再进行冷加工。冷加工有两种方法:一种是冷拔法,就是将钢管通过拔管模拉拔,使钢管逐渐变细、伸长;另一种方法是冷轧法,它是将孟内斯曼兄弟发明的热轧机应用于冷加工中的方法。无缝钢管的冷加工,可以提高钢管的尺寸精度和加工光洁度,改善材质的机械性能等。

  2.2 焊接钢管

  此法是将带钢卷成圆筒形,然后将接缝焊接起来成为钢管。这种方法起源很早,1824年就已经有了专利。1832年在美国费城建成了世界上最早的焊管厂。随着焊接技术的发展以及大直径钢管需要量的增加,焊接钢管生产有了惊人的发展,目前全世界焊接钢管的生产量已达钢管总产量的75%。焊接钢管可分为电阻焊钢管,螺旋缝埋弧焊钢管,UOE直缝埋弧焊钢管。

  2.2.1 电阻焊钢管

电阻焊(Electric Resistance Welded)钢管,简称ERW钢管或高频焊管,它具有以下诸多优点:
  1) 生产效率高,成本低,其价格约为UOE直缝埋弧焊钢管的85%;
  2) 尺寸精度高,其圆度(Roundenss)优于螺旋焊管,在现场对口可节省大量工时;
  3) 表面光洁,外形美观,有利于内、外防腐层的涂敷。 过去,由于ERW钢管焊缝可靠性差,管道曾出现过大量事故,因此限制了对ERW钢管的使用。近来,浙江金洲集团投入巨资,通过研究人员和制管厂的共同努力,这种情况已有很大改变,ERW钢管的焊缝质量已可以与直缝埋弧焊钢管相比媲美。
  金洲集团ERW制管过程采取了以下技术措施:
  1) ERW钢管制管过程中热输入量的控制,影响热输入量的因素很多,首先是会聚角(Convergency Angle)的影响。试验结果表明,在其它因素不变的情况下,会聚角太大会造成冷焊,会聚角过小则会造成过烧。影响热输入量的另一因素是钢管在成形线上的前进速度。试验结果表明,在其它因素不变的情况下,速度过快会造成冷焊,速度过慢则易造成过烧。
  2) 加强在线自动检测,金洲公司制管厂为了保证ERW钢管的质量,在制管工艺中增设了多道探伤检测。开卷后,钢带两侧进行超声波检测,焊接完成后进行涡流探伤。除此之外,还要进行多次外观检查,并抽样进行压扁试验及其它机械性能试验。

  2.2.2 螺旋缝埋弧焊钢管

将带钢按螺旋形弯曲成形,用埋弧自动焊进行内缝和外缝的焊接制成螺旋缝钢管。由于以下原因它能广泛地应用于大直径钢管的生产中:
  1)只要改变成形角度,就可以用同一宽度的带钢生产各种口径的钢管;
  2)因为是连续弯曲成形,所以钢管的定尺长度不受限制;
  3)焊缝螺旋形均匀地分布在整个钢管圆周上,所以钢管的尺寸精度高,强度也较高;
  4)设备费用便宜,易于变更尺寸,适合于小批量、多品种钢管的生产。 螺旋管的焊缝比直缝管长,如管长为L,则焊缝长度为L/cos(θ)。而钢管缺陷的绝大部分集中在焊缝及热影响区,焊缝长就意味着缺陷出现的概率大,这是长期制约螺旋焊管更加广泛应用的主要原因,也是长期以来争论不休的螺旋管与直缝管,特别是与UOE钢管相比谁更优越的问题。螺旋管制造技术发展到今天,我们应该全面地、正确地进行评价和比较,重新认识螺旋管焊缝较长的问题。首先,由于缺陷与焊缝相平行,故对螺旋管来说,其焊缝的缺陷为“斜缺陷”。在使用过程中,钢管的主应力方向,即钢管轴线方向的当量缺陷长度比直缝管小;其次,由于管线钢均为轧制钢板,冲击韧性有较大的各向异性,顺轧制方向的CVN值可比垂直于轧制方向的CVN值高3倍。直缝管所受的主应力恰恰垂直于管材抗冲击能力最低的方向,而螺旋管则错开了管材抗冲击能力最低的方向,使螺旋管焊缝长的劣势转变成了优势。

3 镀锌管

  锌较铁有更负的电极电位,当锌和铁构成微电池时,锌为阳极,铁为阴极,在受到腐蚀时,锌溶解而铁不受损害,故锌镀在铁上起到牺牲阳极的作用。

  3.1 热镀锌管

  热镀锌管是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层,从而使基体和镀层二者相结合。热镀锌是先将钢管进行酸洗,为了去除钢管表面的氧化铁,酸洗后,通过氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗,然后送入热浸镀槽中。热镀锌具有镀层均匀,附着力强,使用寿命长等优点。

  3.2 冷镀锌管

  冷镀锌就是电镀锌,镀锌量很少,只有10-50g/m2,其本身的耐腐蚀性比热镀锌管相差很多。正规的镀锌管生产厂家,为了保证质量,大多不采用电镀锌(冷镀)。只有那些规模小、设备陈旧的小企业采用电镀锌,当然他们的价格也相对便宜一些。目前建设部已正式下文,淘汰技术落后的冷镀锌管,今后不准用冷镀锌管作水、煤气管。

4 涂塑钢管

  涂塑钢管是以钢管为基体,在钢管表面上涂敷一层塑料膜。这层塑料膜可以用液体塑料涂敷,也可用粉末塑料涂敷。而用粉末塑料涂敷的最佳方案就是把粉末用特殊的工艺均匀散布于加热的钢管壁上热熔成膜。

  4.1 钢塑复合管

  钢塑(环氧类)复合管是浙江金洲集团根据市场的需求,运用最新的科技成果,开发成功的一种以热镀锌钢管为基体,内壁采用溶融喷涂环氧粉末涂敷的钢塑复合管。它的安装方法与传统的热镀锌钢管基本相同,管件形式与镀锌管管件完全一致,同时又具有塑料管抗腐蚀、不积垢、寿命长、清洁无毒等优点,可广泛用于自来水、煤气、化工等流体管道,是热镀锌钢管的升级换代产品。产品已取得浙江省卫生厅颁发的产品卫生许可证,并已通过浙江省省级新产品鉴定,鉴定结论为本产品主要技术指标和生产工艺居国内同类产品的领先水平。 “金洲”牌钢塑复合管具有耐压高、刚性好、抗冲击,输送阻力小,耐腐蚀、不结垢、抗静电、无毒、洁净卫生等优点,是国家大力推广应用的新一代绿色环保管材。城市给排水工程、热水、净化水输送工程、农田节水灌溉、煤气输送工程、中央暖气工程以及耐腐蚀的化工流体输送工程均在大量采用。 与钢塑复合管配套使用的连接方式根据不同的使用要求分三类:

  1) 螺缝连接,用镀锌可锻铸铁管件为基体,在其内壁喷涂环氧粉末涂料;
  2) 法兰连接式,先将法兰与管道焊接为一体,镀锌后,在内壁涂敷环氧类粉末涂料,主要适用于DN100以上的管道;
  3) 采用非标管件连接,按供需双方协议定制。 钢塑复合管通用管件,主要性能指标与钢塑(环氧类)复合管材相当,执行标准为企标《环氧类粉末涂敷管件》(Q/JZS 08-1999),产品经送国家化学建材测试中心、中国预防医学科学院环境卫生监测所进行理化性能和卫生安全性能检测,所有理化性能、卫生安全性能指标均符合标准要求。

  4.2 环氧粉末涂敷钢管

  浙江金洲集团会同科研单位、高等院校研制的新一代绿色管材――“金洲”牌环氧类粉末涂敷钢管,是采用优质高频焊管、螺旋焊管或无缝钢管为基体,以先进的流化床涂敷工艺,在钢管内外壁熔融涂敷无毒食品级环氧粉末涂料,具有国际先进管材的水准,它的开发成功,填补了国内空白,是我国替代进口管材的首选。 环氧类粉末涂敷钢管具有优良的机械性能,涂层附着力好,抗腐蚀性强,可耐酸、碱及其它化学腐蚀,无毒、耐磨,耐冲击性好,耐渗透性强,管道表面光滑,可以提高输送效率,解决管道阻塞问题,减少输送压力损失,涂层中无溶剂,无可渗出物质,因而不会污染输送介质,保证介质的纯洁度和卫生性。涂层具有优良的绝缘性和耐候性,在-40℃至+80℃范围可循环冷热交替使用,涂层不老化、不龟裂,因而可以在寒冷、酷热地带等苛刻的环境下使用。 本产品现已取得浙江省卫生厅颁发的产品卫生许可证,并通过浙江省省级新产品鉴定,鉴定结论为:本产品采用的流化床涂敷工艺属国内首创,产品质量居国内领先地位,主要技术性能指标达到国际同类产品先进水平。

5 铝塑复合管

  铝塑复合管由中间层铝管、内外层聚乙烯(PE)或交联聚乙烯(XPE),层间以热熔胶粘合共挤而成,化学性能非常稳定,具有洁净卫生、质轻、机械强度高、耐腐蚀、耐热性能好、脆化温度低、使用寿命长等特点;同时内层PE(或XPE)非常光滑,管内流体阻力小、不结垢、不滋生微生物、流体不受污染。中间层铝管除对PE(或XPE)起加强作用,使管体的耐压强度大大提高外,还有如下优点:
  (1)100%隔氧,彻底消除渗透;
  (2)弯曲时吸收管的反弹能量,使管容易弯曲而不回弹;
  (3)加强管的纵向散热能力,增强了管子的阻燃效果;
  (4)降低管的综合热膨胀系数,使管子的尺寸稳定;
  (5)用作通讯线路的屏蔽,可防各种音频、磁场干扰;
  (6)具有抗静电性,可用来输送燃气及油料;
  (7)暗埋时可用金属探测器探出准确的埋藏位置。

6 衬塑钢管

  同样是为了解决输水管道内壁锈蚀污染水质,内壁结垢影响输量的问题,人们发明了衬塑钢管。衬塑方法是:用一根塑料管,其外径约小于被衬钢管的内径,伸入钢管内部,再向塑料管内压入热空气,使塑料管软化胀大,紧贴钢管内壁,待冷却后,就成为衬塑钢管。衬塑钢管有些不足之处,一是作为衬里的塑料管不能太薄,较厚的塑料管本身就影响了同一公称直径输水管的输量;二是较厚的衬里使螺纹连接既不严密又不方便。因此制约了衬塑管的使用。

7 建议

  给水工程、燃气工程关系千家万户,给用户提供安全可靠的管道燃气,供给人们清洁卫生的自来水,是决策者和专业设计人员的职责。工程决策、设计过程中钢管选用,应以较小的投入获得较大满意度。本中心根据深入的理论研究和长期实践经验,提出以下建议,供领导和专家参考。

  给水工程:
  1) 城市供水干线管道(DN500-DN800),宜选用螺旋缝埋弧焊钢管,内壁用无毒型环氧粉末涂敷,外壁用三层PE防腐或环氧粉末防腐;
  2) 城市供水支线(DN300-DN500)宜选用螺旋缝埋弧焊钢管,内外壁均采用环氧粉末防腐;
  3) 庭院管网(DN100-DN300),宜选用ERW钢管或螺旋缝埋弧焊钢管,内外壁均采用环氧粉末涂敷防腐;
  4) 进户立管(DN20-DN50),宜选用钢塑复合管,钢管基体,内外壁镀锌,内外壁环氧粉末涂敷防腐;
  5) 户内管道(DN15-DN20),宜选用铝塑复合管,PPR全塑管等,外形美观,安装方便,价格适中。

  燃气工程:

  1)埋地敷设的输气干线,可选用螺旋缝埋弧焊钢管,钢管材质应符合GB 50251的规定,内壁勿需防腐,外壁可用三层PE、环氧粉末、煤焦油瓷漆等涂层防腐;
  2) 高――中压管道,宜选用以ERW钢管为基体的环氧粉末涂敷外防腐钢管,内壁勿需防腐,焊接连接,液体环氧涂料补口;
  3) 庭院管网,宜选用钢塑复合管、钢管基体,外壁环氧粉末涂敷防腐,内壁勿需防腐,焊接连接,液体环氧涂料补口;
  4) 进户立管,宜选用钢塑复合管,钢管基体,外壁镀锌,内壁环氧粉末防腐;
  5) 户内管道,明装时宜选用铝塑复合管,暗装宜选用钢管基体,外壁镀锌、内壁环氧粉末防腐的钢塑复合管。


 
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