第四節(jié) 管材及管道的連接

一、常用管材概述

管道一般由管子和附件組成，稱為通用材料。為便于生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工和建設(shè)等單位進(jìn)行工程建設(shè)，國(guó)家于1959年正式批準(zhǔn)了管子及其附件的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即：公稱通徑標(biāo)準(zhǔn)、公稱壓力標(biāo)準(zhǔn)，并于1961年5月1日全面貫徹實(shí)施。現(xiàn)行的各種材料及管件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，均依該兩相標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)編制。

1.公稱通徑

制訂公稱通徑的目的是使管道安裝連接時(shí)，接口保持一致，具有通用性和互換性。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1047—2005《管道元件DN（公稱尺寸）的定義和選用》推薦優(yōu)先選用的DN數(shù)值見表2-5。

表2-5 管材優(yōu)先選用公稱通徑數(shù)值

公稱通徑從6～4000mm共分43個(gè)級(jí)別，其中15、20、40、50、65（70）、80、100、125、150、200、250、300、400、500、600、700、800、1000等18個(gè)規(guī)格是工程上常用的公稱通徑規(guī)格。

公稱通徑既不等于其實(shí)際內(nèi)徑，也不等于其實(shí)際外徑，只是個(gè)名義直徑，但無(wú)論管材的實(shí)際內(nèi)徑和外徑的數(shù)量是多少，只要其公稱通徑相同，就可以用相同公稱通徑的管件相連接，具有通用性和互換性。

金屬管公稱直徑我國(guó)曾用符號(hào)Dg表示，國(guó)際通用DN表示，符號(hào)后面用數(shù)字注明公稱通徑的數(shù)值。如公稱通徑為150mm的管材用DN150表示。

2.公稱壓力

（1）公稱壓力 工程上所用的管材足以在一定介質(zhì)溫度條件下（200℃）承受介質(zhì)壓力的允許值，作為管材的耐壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，稱為“公稱壓力”，用符號(hào)PN表示。GB/T 1048—2005《管道元件PN（公稱壓力）的定義和選用》規(guī)定了PN系列的數(shù)值。

（2）試驗(yàn)壓力 管材出廠前，為檢驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)度和嚴(yán)密性能，一般以壓力試驗(yàn)來(lái)確定，用來(lái)進(jìn)行壓力試驗(yàn)的壓力標(biāo)準(zhǔn)，稱為試驗(yàn)壓力，以符號(hào)Ps表示。試驗(yàn)壓力一般為公稱壓力的1.5～2倍。

（3）工作壓力 管材不但承受介質(zhì)的壓力作用，同時(shí)還承受介質(zhì)的溫度作用。材料在不同溫度條件下具有不同的機(jī)械強(qiáng)度，因而其允許承受的介質(zhì)工作壓力是隨介質(zhì)溫度不同而不同的。對(duì)于碳素鋼管材，工程上將其工作溫度應(yīng)用范圍（0～450℃）分為8級(jí)，每級(jí)的公稱壓力與工作壓力的換算對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

Ⅰ級(jí)溫度0～20℃，工作壓力=1.20×公稱壓力；

Ⅱ級(jí)溫度20～200℃，工作壓力=1.00×公稱壓力；

Ⅲ級(jí)溫度200～250℃，工作壓力=0.92×公稱壓力；

Ⅳ級(jí)溫度250～300℃，工作壓力=0.82×公稱壓力；

Ⅴ級(jí)溫度300～350℃，工作壓力=0.73×公稱壓力；

Ⅵ級(jí)溫度350～400℃，工作壓力=0.64×公稱壓力；

Ⅶ級(jí)溫度400～425℃，工作壓力=0.58×公稱壓力；

Ⅷ級(jí)溫度425～450℃，工作壓力=0.45×公稱壓力。

3.管螺紋

管螺紋是管道采用絲扣連接的通用螺紋，按其構(gòu)造形式，分為圓柱形管螺紋和圓錐形管螺紋兩種。它們均為無(wú)間隙螺紋，可以保證管道的氣密性，圓錐管螺紋用于螺紋較短，管壁較薄或要求較高的場(chǎng)合。

二、燃?xì)庥媒饘俟懿?/h4>

1.鋼管

鋼管是應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖闹饕懿模艹惺茌^大的應(yīng)力，有良好的塑性，便于焊接。與其他金屬相比，在相同的敷設(shè)條件下，管壁較薄，能節(jié)省金屬用量，但鋼管的耐腐蝕性較差，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，鋼管的性能還在不斷改進(jìn)，可提高燃?xì)夤芫W(wǎng)安全運(yùn)行的可靠性。

燃?xì)獬Ｓ玫匿摴埽袩o(wú)縫鋼管和有縫鋼管。

（1）無(wú)縫鋼管強(qiáng)度高，它廣泛用于壓力較高的管道。例如熱力管道、燃?xì)夤艿馈敝评涔艿馈嚎s空氣管道、氧氣管道、乙炔管道，以及除強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)以外的各種化工管道。無(wú)縫鋼管規(guī)格用外徑乘壁厚表示，如D219×5表示外徑為219mm，壁厚為5mm的無(wú)縫鋼管。

（2）有縫鋼管又稱焊接鋼管，分為低壓流體輸送鋼管與卷焊鋼管。低壓流體輸送鋼管分不鍍鋅鋼管（黑鐵管）和鍍鑄鋼管（白鐵管）兩種，應(yīng)用在管徑較小的低壓介質(zhì)輸送上，如給水管道、熱水管道、燃?xì)夤艿馈⒄羝艿馈A液及廢氣管道、壓縮空氣管道等。卷焊鋼管是由鋼板卷制，采用直縫或螺旋縫焊制而成。主要用在大直徑介質(zhì)輸送管道，一般可用于燃?xì)夤芫W(wǎng)和熱力管網(wǎng)。

2.鋼管規(guī)格

（1）低壓流體輸送用焊接鋼管 低壓流體輸送用焊接鋼管因有焊接縫，稱為有縫鋼管，其規(guī)格詳見《低壓流體輸送用焊接鋼管》（GB/T 3091-2008），常用在室內(nèi)采暖、燃?xì)夤艿馈⒔o水、消防等工程中，俗稱水煤氣輸送鋼管。這種管材多采用螺紋連接，為便于螺紋加工，管材多用碳素軟鋼制造，故俗稱熟鐵管。根據(jù)管材是否鍍鋅，又分為鍍鋅鋼管（俗稱白鐵管）和不鍍鋅鋼管（俗稱黑鋼管）。鍍鋅鋼管常應(yīng)用于小管徑的生活給水管道、消防自噴給水管道、生活熱水管道、蒸汽管道等；不鍍鋅鋼管主要用于小管徑的生產(chǎn)給水管道、消防栓給水管道、燃?xì)夤艿馈崴膳艿馈⒄羝艿馈A液及廢氣管道、壓縮空氣管道等。

有縫鋼管按其壁厚可分為兩種規(guī)格：普通管和加厚管，普通管適用于公稱壓力PN≤1.0MPa的場(chǎng)所；加厚管適用于公稱壓力PN≤1.6MPa的場(chǎng)所。鋼管出廠時(shí)有管端帶螺紋和不帶螺紋兩種。

低壓流體輸送用焊接鋼管的規(guī)格見表2-6。

表2-6 低壓流體輸送用焊接鋼管①的規(guī)格

①本表摘自GB/T 3091-2008。

②1in=25.4mm。

（2）無(wú)縫鋼管 用普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、普通低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)的無(wú)縫鋼管，有冷拔和熱軋兩種，其規(guī)格詳見《輸送液體用無(wú)縫鋼管規(guī)格》（GB/T 8163-2008）。其中冷拔管的公稱直徑5～200mm，壁厚0.25～14mm。熱軋管的公稱直徑32～630mm，壁厚2.5～75mm。為滿足不同的工作壓力需要，同一公稱直徑的無(wú)縫鋼管有多種壁厚，參見表2-7流體輸送用無(wú)縫鋼管規(guī)格。

表2-7 流體輸送用無(wú)縫鋼管規(guī)格

注：本表節(jié)選GB/T 8163—2008。

無(wú)縫鋼管的供貨長(zhǎng)度分為普通長(zhǎng)度、定尺長(zhǎng)度和倍尺長(zhǎng)度三種。普通長(zhǎng)度，熱軋管為3～12.5m；冷拔管為1.5～9m。定尺寸長(zhǎng)度按用戶提出的管長(zhǎng)訂貨，倍尺寸長(zhǎng)度，按某一長(zhǎng)度的倍數(shù)供貨。如按2.0m的倍長(zhǎng)供貨即2m、6m、8m等。

（3）螺旋縫焊接鋼管 螺旋縫焊接鋼管一般用A2、A3、A4、B2、B3等普通碳素鋼和16Mn低合金鋼制造。根據(jù)（GB 1047-2005）標(biāo)準(zhǔn)，采用自動(dòng)電弧焊接。生產(chǎn)規(guī)格系列為：管徑D219～D720、厚度δ=7～10mm，其中D529～D720有單面焊和雙面焊兩種。

螺旋縫焊接鋼管較廣泛地應(yīng)用在燃?xì)夤艿郎希谒こ讨校话阌迷诖蠊軓降恼羝⒗淠崴腿細(xì)獾仁彝夤艿篮烷L(zhǎng)距離輸送管道。適用于介質(zhì)壓力P≤2MPa，介質(zhì)溫度t≤200℃范圍。

螺旋縫焊接鋼管的規(guī)格和無(wú)縫鋼管一樣，用外徑×壁厚表示。如D219×8，螺旋縫焊接鋼管的尺寸規(guī)格見表2-8。

（4）直縫卷制焊接鋼管 直縫卷制焊接鋼管，可以應(yīng)用于燃?xì)夤艿郎希涔Q直徑規(guī)格為DN10～DN1200，壁厚3～12mm。在水暖工程中多用在室外氣、水和廢氣的管道上。適用于壓力PN≤1.6MPa，溫度≤200℃范圍。直縫卷制焊接鋼管的產(chǎn)品規(guī)格見表2-9。

表2-8 螺旋縫埋弧焊接鋼管的常用規(guī)格

注：本表選摘自GB/T 1047-2005。

表2-9 直縫卷制焊接鋼管

3.鑄鐵管

鑄鐵管是另一種重要的金屬管材。與鋼管相比，鑄鐵管有極好的抗腐蝕性能，所以在城鎮(zhèn)中、低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)中應(yīng)用十分普遍。

鑄鐵管是由灰鑄鐵鑄造而成，不易焊接，材質(zhì)較脆，不能承受較大的應(yīng)力，所以在動(dòng)荷載較大的地區(qū)與重要地段，仍需局部采用鋼管。

由于科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與工業(yè)生產(chǎn)能力的提高，鑄鐵管的材質(zhì)與接口形式都有較大改進(jìn)，高強(qiáng)度的球墨鑄鐵管正逐漸代替普通鑄鐵管，其抗拉強(qiáng)度由250MPa，提高到400MPa，相當(dāng)于鋼管的性能。使用這種鑄鐵管時(shí)，極少發(fā)生管道的折斷或破裂事故，提高了運(yùn)行的可靠性。在接口形式上也出現(xiàn)了很多柔性機(jī)械接口，提高了管道的抗震能力。

鑄鐵管不僅應(yīng)用于低壓燃?xì)夤艿溃矎V泛應(yīng)用于給水、排水管道上。

三、管道的連接

管道連接是按照設(shè)計(jì)圖樣的要求，將管子連接成一個(gè)嚴(yán)密的整體，以達(dá)到使用的目的。管道材質(zhì)的不同，其連接方法不同；管道的用途不同，其連接方法也有差異。燃?xì)夤艿赖倪B接方法主要有：焊接連接、法蘭連接、螺紋連接、承插連接四種形式。

1.焊接連接

焊接連接是燃?xì)夤艿拦こ讨凶钪饕覒?yīng)用最廣泛的連接方法。焊接連接的優(yōu)點(diǎn)是：接頭強(qiáng)度高，牢固耐久；接頭嚴(yán)密性高，不易滲漏；不需要接頭配件，造價(jià)相對(duì)較低；工作性能安全可靠，不需要經(jīng)常維護(hù)檢修。焊接的缺點(diǎn)是：接口是固定接口，不可分離，拆卸時(shí)必須把管子切斷，接口操作工藝要求較高，需受過(guò)專門培訓(xùn)的焊工焊接施工。

常用的焊接方法有氣焊和電弧焊。當(dāng)管壁厚度在4mm以下時(shí)，氣焊能保證焊縫質(zhì)量。當(dāng)壁厚在4mm以上時(shí)，必須使用電弧焊。為保證焊接質(zhì)量良好，在管端要根據(jù)管壁的厚度做成適當(dāng)?shù)钠驴谛问剑ㄒ妶D2-10）。

圖2-10 焊接坡口形式

“I”形坡口多用于壁厚δ＜4.0mm時(shí)，s取0.5～1.5mm；“V”形坡口多用于δ=4.0～20.0mm，s取2.5～4.5mm，α=60～70°，a=0.5～2.0mm；“X”形坡口多用于壁厚在14mm以上。

燃?xì)夤艿赖暮附右话愣嗖捎谩癡”形坡口。當(dāng)采用手工焊時(shí)應(yīng)盡量減少固定焊口的數(shù)量，必須保證質(zhì)量。

2.法蘭連接

法蘭連接就是把固定在兩個(gè)管口上的一對(duì)法蘭盤，中間放入密封墊片，然后用螺栓拉緊使其接合起來(lái)的一種可拆卸的接頭，主要用于管道與帶法蘭的配件或設(shè)備的連接，以及管道需要拆卸檢修的場(chǎng)所。

法蘭連接的優(yōu)點(diǎn)是拆卸方便、強(qiáng)度高、密封性能好。燃?xì)夤艿琅c較大口徑的閥門、管件連接時(shí)，也常用法蘭連接。

圖2-11 管道與法蘭盤的焊接

鋼管上的法蘭盤，可以用焊接、螺紋、脹接等多種方法與管道連成一體，燃?xì)夤艿劳ǔ２捎煤附臃绞健．?dāng)采用焊接方法時(shí)，在管道工作壓力為0.25～1.0MPa時(shí)，一般采用圖2-11所示的形式。

管道與法蘭連接之后，將一對(duì)法蘭緊固，便連成管道。緊固時(shí)，要在一對(duì)法蘭之間襯以軟質(zhì)墊圈，以保證連接的氣密性。當(dāng)輸送焦?fàn)t煤氣時(shí)，用石棉橡膠墊圈；輸送液化石油氣或天然氣時(shí)，常用耐油橡膠墊圈，以防止介質(zhì)侵蝕墊圈破壞管道的氣密性。

3.螺紋連接

螺紋連接也稱絲扣連接，通過(guò)管道的外螺紋與管件的內(nèi)螺紋把管道與管道、管道與管件、管道與閥門連接起來(lái)。

螺紋連接適用于低壓流體輸送用焊接鋼管，室內(nèi)燃?xì)夤艿蓝嗖捎寐菁y連接。

（1）管螺紋 管螺紋有圓錐形管螺紋和圓柱形管螺紋。管道連接多采用圓錐形外螺紋，閥門、通絲管箍、螺母等連接多采用圓柱形螺紋。

（2）管螺紋的連接 管螺紋的連接是用管子的外螺紋與管件內(nèi)螺紋連接，中間充塞填料，使之嚴(yán)密地旋合在一起，并便于拆卸。

管螺紋的連接方式有三種：圓柱形接圓柱形管螺紋，圓柱形接圓錐形管螺紋，圓錐形接圓錐形螺紋。其中后兩種連接方式可以使螺紋越旋越緊，是常用的連接方式。

管螺紋連接時(shí)，應(yīng)在管子的外螺紋與管件或閥件的內(nèi)螺紋之間加上適當(dāng)?shù)奶盍希盍系淖饔糜袃蓚€(gè)：一是密封，二是養(yǎng)護(hù)管口，便于維護(hù)檢修時(shí)拆卸。管子在輸送濕燃?xì)猓洹崴嚎s空氣時(shí)，常用油麻和白厚漆（俗稱鉛油、麻絲）作填料。先將麻絲理成薄而均勻的纖維，然后把白厚漆均勻地涂在管螺紋上，再將麻絲從螺紋的第二扣開始沿螺紋方向（順時(shí)針?lè)较颍┻M(jìn)行纏繞，纏好后，用手?jǐn)Q入2～3扣為宜，再用管鉗將管件擰緊，擰緊后的管口應(yīng)留有2～3扣絲，隨后，應(yīng)將裸露的外絲作防腐處理。

輸送天然氣的管道，不宜用麻絲和白厚漆做填料，應(yīng)用聚四氟乙烯生料帶。聚四氟乙烯生料帶是用聚四氟乙烯樹脂與一定量的助劑相混合輾制成厚度為0.1mm，寬度不大于30mm，長(zhǎng)度為1～5m的薄膜帶，因?yàn)椴唤?jīng)過(guò)熱聚合過(guò)程，所以叫做生料帶。

聚四氟乙烯生料帶具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，對(duì)于濃酸、濃堿及強(qiáng)氧化劑，即使在高溫下也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，它的熱穩(wěn)定性好，耐工作溫度較高，可在250℃下長(zhǎng)期工作，可用在工作溫度為-180～250℃的各類管路中。

4.承插連接

承插連接應(yīng)用于鑄鐵管的連接，承插連接分為剛性和柔性兩種接口（見圖2-12）。

剛性接口，在低壓燃?xì)夤艿乐杏媒途€麻和水泥作填料；在中壓燃?xì)夤艿乐幸阅陀拖鹉z圈和水泥作填料（有時(shí)也加一道浸油線麻）。使用的水泥有普通500號(hào)硅酸鹽水泥、自應(yīng)力水泥等。

柔性接口過(guò)去是以青鉛、油麻作填料，但要耗用大量有色金屬，而且操作也較復(fù)雜。為此，也可在承插口內(nèi)只設(shè)置一道耐油橡膠圈，如圖2-13所示。這種作法簡(jiǎn)便易行，效果良好，對(duì)土壤的不均勻沉降和地震均有較強(qiáng)的抵抗力。

圖2-12 鑄鐵管承插口連接

1—鉛 2—浸油線麻 3—水泥

圖2-13 采用橡膠圈的鑄鐵管柔性接口

1—承口 2—插口 3—橡膠圈

在鑄鐵管連接方面，機(jī)械接口是在承插接口基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的連接方式，具有很好的抗震性能。如圖2-14、圖2-15和圖2-16所示。

這些接口的填料以各種截面的橡膠圈為主，或再輔以油麻和鉛，其外再用法蘭盤與擋圈或卡箍緊固。螺栓等易腐蝕零件應(yīng)經(jīng)瀝青防腐處理。

圖2-14 鑄鐵管的防漏夾機(jī)械接口

1—橡膠墊 2—夾板 3—螺栓 4—卡箍 5—螺母

圖2-15 全膠圈鑄鐵管機(jī)械接口

1—角形橡膠圈 2—圓橡膠圈 3—螺栓 4—螺母 5—擋圈

圖2-16 鑄鐵管的機(jī)械接口

1—擋圈 2—橡膠圈 3—油麻 4—水泥 5—鉛 6—螺栓 7—螺母

對(duì)于應(yīng)用在燃?xì)夤艿郎系拿芊馊Γ竽艿挚菇橘|(zhì)、水和細(xì)菌的腐蝕，有持久的良好彈性與強(qiáng)度，永久變形越小越好。在焦?fàn)t煤氣管道上使用丁腈橡膠圈或氯丁橡膠圈，在天然氣及液化石油氣管道上，用耐油橡膠圈。