1、第五章 燃气管道及附属设备 第一节 管材及连接方式 一、管材1.钢管特点：具有承载应力大、可塑性好、便于焊接的优点。与其他管村相比壁厚较薄、节省金属用量；但耐腐蚀性较差，必须采取可靠的防腐措施。分类：无缝钢管和焊接钢管。 无缝钢管：按制造方法又分为热轧（挤压）和冷拔（轧）。冷轧无缝钢管外径55-200mm；热轧管外径32-630mm。热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯加热穿孔三辊斜轧、连轧或挤压脱管定径（或减径）冷却坯管矫直水压试验（或探伤）标记入库。 冷拔（轧）无缝钢管：圆管坯加热穿孔打头退火酸洗涂油（镀铜）多道次冷拔（冷轧）坯管热处理矫直水压试验（探伤）标记入库。 焊接钢管：用途最广的是低压流体
2、输送用焊接钢管，它属于直焊缝钢管，常用管径为6-150mm，按表面质量分为镀锌管（白铁管）和非镀锌管（黑铁管）两种；大口径焊接钢管，有直缝卷焊管（DN200-DN1800）和螺旋焊接管（DN200-DN700），其管长3.8-18m。 钢管选用原则当直径在150mm以下时，一般采用低压流体输送焊接钢管；大口径管道多采用螺旋焊接管。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；当管道穿越重耍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2.75。 螺旋焊接管：2. 铸铁管 灰铸铁管的抗拉强度、抗弯曲、抗冲击能力和
3、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0.7一1.6MP。 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。目前用于燃气管道上的塑料管的最大工作压力0.4MPa最高工作温度38。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
4、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。 4.其他管材有时还使用有色金属管村，如铜管和铝管。由于铜管和铝管价格昂贵而不能广泛应用于燃气输配管道上。在室内管道上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。 二、连接方法 钢管 钢管的连接钢管可以用螺纹、焊接和法兰进行连接。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
5、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 。其他管材：钢、铝管、铝质软连接管、铝塑、钢塑复合管(用螺纹连接) 二、连接方法 法兰第二节 燃气管道的附属设备 一、阀门 要求 机械强度高，转动灵活，密封严密耐用，对输送介质的抗腐性强，零部件的通用性好。种类 常用的有闸阀、旋塞、截止阀、球阀和蝶阀等。 1.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。明杆、暗杆闸阀示意图 2.旋塞特点 是
6、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53及图54所示。 旋塞示意图 3.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55）。4.球阀体积小，完全开启时的流通断面与管径相等。这种阀门动作灵活，阻力损失小。球阀（图56）。 截止阀、球阀示意图5.蝶阀是关闭件阀瓣绕阀
7、体内固定轴旋转的阀门，一般作管道及设备的开启或关闭用，有的也可以作节流用。 6.城市天然气阀门的选择 城市天然气管网的压力一般较高(0.4-1.6MPa) ,输气管网中含有沙质粉尘,在高压下对阀门的内腔,尤其对密封件形成较强的冲击力。因此天然气阀门全开或全关时,密封面最好与天然气介质不接触。天然气阀门的要求 ：地下管网阀门的要求地下管网阀门的要求 地下管网的阀门应能承受天然气管网的最高压力,在承受各种外力时要保证不变形和密封性。选择时应注意以下几点: 尽可能降低阀门的高度(即阀门流通断面中心线到阀顶的高度) ,减少管道埋深。阀门顶部应装有全封闭的启闭指示器,便于操作者确定阀门的状态,保证安全操
8、作。阀门采用全通径设计降低阻力,便于通过管道清扫器或管道探测器。可靠的密封性。软密封阀门在1. 1倍额定压力下不允许有任何内泄漏;硬密封阀门在1. 1倍额定压力下,内泄漏量要小于规定值;外泄漏是绝对不允许的。地下管网天然气阀门的壳体要耐腐蚀,建议其壳体根据管道天然气的成分和压力采用不同材质。阀门的零部件设计采用少维护或免维护结构,尽可能减少维护的工作量。地下管网的阀门大多为人工启闭,要求阀门启闭的扭矩小,全程转圈数少,事故发生后能够尽快切断气源。我国城市地下管网错综复杂,不宜设置地下阀门井,因此推荐直埋式阀门。阀门壳体材质的选用阀门壳体材质的选用 根据输气管网的压力,选用合适的阀门壳体材质。既
9、要满足管道安全运行,又要降低成本,选用时要注意以下几点: 对中压B级及以下的输气管网,建议采用灰铸铁阀门,其最大优点是防腐蚀性能好,价格便宜,适用于地下管网 。对次高压B级及以下的管网,建议选用球墨铸铁或铸钢阀门,推荐选用前者。球墨铸铁的机械性能与铸钢相近,而其防腐蚀性能和铸造工艺都优于铸钢, 价格也低于铸钢(一般是铸钢价格的70%左右) 。因此,上述压力范围内应尽可能选用球墨铸铁阀门,但要注意对球墨铸铁材质的质量监控。对次高压A级及以上的输气管网,建议选用铸钢阀门。近年来,各地燃气公司开始使用PE管, PE管一般用于0.4MPa压力级别及以下的输气管网。PE球阀可直埋,密封性能较好,但价格较
10、高,尤其是DN100mm以上的球阀。PE球阀目前处于推广使用阶段,目前使用效果反映不一,还需不断总结经验。常用的天然气阀门常用的天然气阀门 RZ系列平行双闸板闸阀 RZ系列平行双闸板闸阀可直埋,最大公称直径可达1600mm,具有以下优点: a. 装有阀杆保护套,使阀杆不受腐蚀。b. 阀门下部有排污孔,可清扫阀腔底部的污物。c. 全通径设计,流阻小,可通清管器。d. 壳体采用鼠笼框架式加强筋设计,减轻了阀门的重量,增强了壳体的强度和刚度。e. 壳体选用灰铸铁制造,价格低廉。f. 闸阀带有全封闭的启闭指示器,使操作者清楚阀门所处状态。RZ系列闸阀自问世至今,大量应用在各地燃气公司天然气中压B级管道
11、上,获得用户广泛好评。RQZ系列平行双闸板闸阀 RQZ球墨铸铁平行双闸板闸阀,保留了RZ系列闸阀的特点,在选用材质上增强了阀门的抗拉性,将压力等级提高到了次高压B 级。适用于压力较低、流速较缓的城区地下管网,可直埋。 其缺点主要是阀体密封面和闸板密封面在全开时与燃气接触,容易被带有粉尘的天然气高速冲刷而损坏。蝶阀 蝶阀与上述阀门相比,口径较大,价格较低。20纪80年代初开始,燃气公司普遍应用蝶阀,经过10a的使用,认为效果不好,主要有以下原因: a. 蝶阀不易关严。b. 阀瓣在阀腔中部,流阻大,不能通过清管器。c. 由于密封件中一部分是橡胶或聚四氟乙烯,在气体冲刷下易损坏或脱落,使用寿命短。除
12、特殊位置,燃气管道上不宜采用蝶阀,一些已经使用蝶阀的燃气公司正在更换其他类型阀门。由于蝶阀结构尺寸较小,也可将蝶阀用于燃气调压箱内,可减小空间尺寸。但要选用优质蝶阀,最好是金属密封的多偏心蝶阀。平板闸阀 平板闸阀是近年才开始使用的,价格低廉,全通径时流阻小,两边的密封由聚四氟乙烯或橡胶O型环压紧在闸板上形成。这种阀门在全关或全开时中腔有气,不便于抢修时迅速判断阀门是否关严。有些厂家制成缩径的,如DN200mm的平板闸阀内径只有150mm,用户要特别注意。这种平板闸阀适用于压力级制较低、公称直径较小的管道。TRZ系列弹性密封闸阀 TRZ系列弹性密封闸阀是一种燃气专用强制性密封阀门,可直埋。闸板两
13、边密封采用弹性浮动式结构,密封面在全开、全关及启闭过程中始终紧贴在一起,适用于较高压力级制的管道。阀门在全开、全关时阀腔内可达到无气。放散完阀腔中剩余的燃气,检查阀腔内无压力后,可在阀门下游管道施工,缩短了施工前的停气准备。TRZ系列弹性密封闸阀的连接形式有法兰式和焊接式2种。焊接式可将阀门与管道直接焊接。其全开时,全通径,流阻极小,密封面不与介质接触。 TRZ系列弹性密封闸阀的缺点是底部结构高度较大,施工时埋深较深,但一般不影响管道铺设。 全密封弹性密封燃气闸阀保留了TRZ系列弹性密封闸阀的优点,增加了防止异物掉入阀腔内部的结构,应用效果良好。RQ系列球阀 球阀因其流阻小、结构高度小、密封性
14、能好等优点而得到广泛应用。球阀品种较多,同一通径的球阀由于材质、工艺或结构不同而价格相差较大。球阀一般分2种。一种是浮动球球阀,即球体在阀腔内可浮动,依靠两端的密封座压紧球体而稳定。这种球阀只能用于公称直径较小( 150 mm 以下)及压力级制较低( 0.8MPa以下)的管道,否则启闭扭矩会很大,使用不方便。另一种是固定球球阀,适用于公称直径较大( 200 mm以上)及压力级制较高的管道。固定球球阀在阀门全关时,操作力矩较小,便于操作者使用。 RQ燃气球阀具有以下优点: a. 耐火性。当发生火灾时,烧毁密封座上的聚四氟乙烯材料后,金属密封座在弹簧的作用下补充软密封的空间继续压紧阀球,形成金属对
15、金属的密封结构,有效阻止燃气的扩散,防止灾情扩大。 b. 防静电。在球体与阀杆、阀杆与阀体间设置导电机构,使阀门在启闭过程中产生的静电通过设置的静电通道到达管路导入地下,避免静电积累导致打火引爆燃气,确保安全。 c. 限位加锁。球阀是旋转机构,容易造成360旋转,必须设计限位机构,必要时还应加锁,防止操作人员误操作。 d. 阀杆防冲击。阀杆采用下装式,设置带有密封垫片的倒密封结构。倒密封的密封力随阀腔燃气压力的增高而增大,确保阀杆的密封效果。阀杆密封除采用倒密封结构外,还采用特殊的O型环密封,可使球阀的启闭力矩较同类球阀小,操作轻便。全焊接球阀全焊接球阀 全焊接球阀两端具有与管道尺寸一样的短管
16、,直接焊接在管道上,其优点是减轻了球阀的重量,又减少了外泄漏。但是全焊接球阀工艺复杂,成本较高,建议使用在压力级别高的管道上,应注意以下几点。a防腐蚀:全焊接球阀的壳体应采用锻钢。天然气含有硫化氢,与铁反应生成硫化铁,因此壳体内的防腐是重点。b结构:密封件直接影响球阀的质量,用户选用具有双活塞效应的阀座。双活塞效应阀座的原理是配有2组阀座密封,如果上游阀座损坏,气体介质进入中腔,借助气体介质的压力仍能使下游密封起到密封作用。密封如能制成软硬密封组合就更理想,即聚四氟乙烯为软密封,不锈钢金属弹性环为硬密封。这样的软硬密封组合,不仅增强了密封性,还具有防火功能。当软密封被火烧毁后,硬密封仍能起到密
17、封作用。还有一种全焊接球阀具有旋转阀座的特殊结构,其优点是阀门每次关闭时阀座都旋转15,将阀座与球体间的磨损均匀分布于整个阀座,使阀座的使用寿命理论上提高了12倍。阀座旋转有利于密封脂、清洗液或润滑剂均匀地涂抹在密封表面,这是其他球阀无法实现的。c强度:全焊接球阀的公称直径大于150 mm时,应采用固定球构造。为了减少介质对球体和阀杆造成的弯曲应力,将阀杆与球体在纵向中心线上联成一体,并加大阀杆与球体的连接刚度,提高阀门抵抗介质压力的强度。为了减少球阀的启闭扭矩,可在阀杆圆周增设轴承或减摩擦垫片。d密封脂:对DN400mm以上的全焊接球阀,由于受压大又是全焊接,不易检修,应加设紧急加注密封脂的
18、装置。特殊用途的阀门特殊用途的阀门调压器用紧急切断阀 调压器用紧急切断阀(也称安全切断阀)是燃气输配系统中的重要安全保护装置,它是在截止阀上位或侧位安装紧急脱扣机构,或与调压器本体连成一个整体,也可与过滤器连成一个整体,其作用是在调压器失灵,造成超压或失压后紧急关闭气源,保证安全。调压器失灵的后果严重,选用需谨慎。其与过滤器连为一体时,结构紧凑,能在设定的超压和失压时迅速切断调压器气源,确保用户安全。将安全切断与燃气过滤功能集于一体,既节约了空间又能在阀门关闭后传出信号,通过自动化监控装置联机,可把关阀调压器的位置及时通知给有关部门,便于迅速抢修。 燃气紧急切断阀 燃气锅炉、燃气空调等燃气设备
19、在发生燃气泄漏或其他事故时,燃气紧急切断阀快速切断燃气来源,防止灾情扩大,但目前燃气紧急切断阀在国内还没有普及。燃气紧急切断阀一般与自动化监控设备联机,执行关阀指令,因此燃气紧急切断阀一般都是电控阀门,主要采用电磁阀和电动阀。电磁阀大多选用进口电磁阀,其反应速度快,但流阻大,压力损失大,而且口径小。大口径的电磁阀制造较困难,一般只能做到DN150mm以下,价格较贵。另外,电磁阀是靠电磁场吸住开阀,瞬间失电阀门就会关闭。对脱钩式电磁阀,通电脱钩关阀,灵敏度很高,速度很快。因为用直流低压电,有一点干扰或电压不稳就会产生误动作,影响正常生产。对电动蝶阀,价格较低,容易做成大口径,启闭速度较闸阀快,较
20、电磁阀慢;流阻较电磁阀小,较闸阀大;密封性较电磁阀和闸阀都差,而且由于密封隔离宽度小,快速启闭的速度冲击容易造成启闭不足或过头的现象。对电动闸阀,价格较电动蝶阀高,流阻小,密封性好,但是速度慢,达不到紧急切断的要求。对电动球阀,流阻小,密封性好,但启闭速度较慢。RKQ 型紧急切断电动球阀集合了球阀的优点,启闭时间为3.75s,结构上设计有防静电和防火功能,可与燃气泄漏报警器、风机等设备联锁,使用效果较好。燃气止回阀 燃气储配站的压缩机需要配置止回阀,防止燃气回流进压缩机。一般燃气止回阀的主要缺点是阀板随着压缩机的往复运动而振动,与阀体碰撞发生很大的响声,容易损坏阀板;另外密封性差。RH型系列燃
21、气止回阀较好地解决了这些问题,使用效果较好,最大公称直径达800 mm。选择天然气阀门要点总结：地下管网中压B级及以下,推荐使用直埋式RZ系列灰铸铁平行双闸板闸阀或RQZ系列球墨铸铁平行双闸板闸阀。地下管网中压A级及以下,推荐使用直埋式RZ、RQZ系列平行双闸板闸阀或TRZ系列弹性密封闸阀。地下管网次高压B级以下,推荐使用直埋式TRZ系列弹性密封闸阀和固定球燃气球阀。地下管网次高压A级及以上,推荐使用固定球燃气球阀及全焊接球阀。储配站或地面设备压力在0.4MPa以下,DN500mm以上的阀门,尽量使用闸阀,可降低成本。对调压装置和调压站,压力级制较低(0.4MPa以下)时建议采用RZ或RQZ系
22、列平行双闸板闸阀,也可采用浮动球燃气球阀; 当压力大于0.8MPa时可用固定球燃气球阀和TRZ弹性密封闸阀。在调压箱内因受空间限制,必须选用蝶阀时应选用多偏心优质蝶阀,密封材料选用聚四氟乙烯或硬密封。燃气空调、燃气锅炉、地下厨房用大型燃具使用管道应设置燃气泄漏报警系统和燃气紧急切断电动球阀,燃气泄漏时快速切断燃气来源,确保安全。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。种类 在埋地燃气管道上，多用钢制波形补偿器（图58），其补偿量约为10mm；还使用一种橡胶卡普隆补偿器（图59
23、）。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，压缩时达100mm。 补偿器示意图三、排水器 作用 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。种类 根据管道中燃气的压力不同，排水器有不能自喷和自喷两种。如管道内压力较低，水或油就要依靠手动唧筒等抽水设备来排出（图5-10）。安装在高、中压管道上的排水器（图5-11），由于管道内压力较高，积水（油）在排水管旋塞打开以后自行喷出。 排水器示意图四、放散管 用来排放管道内部的空
24、气或燃气的装置。在管道投人运行时，利用放散管排出管内的空气；在管道或设备检修时，利用其排放管内的燃气，防止在管道内形成爆炸性的混合气体。放散管设在阀门井中时，在环网中阀门的前后都应安装，而在单向供气的管道上则安装在阀门之前。 五、阀门井 作用 保证管网的安全与操作方便。要求 坚固耐久，有良好的防水性能，并保证检修时有必要的空间。考虑到人员的安全，井筒不宜过深。对于直埋设置的专用阀门，不设阀门井。阀门井的构造如图5-12所示。 阀门井示意图第三节 钢制燃气管道的防腐 一、钢制燃气管道腐蚀的原因 （一）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
25、学反应而引起 特点 管道的内、外壁均会发生 ，腐蚀比较均匀。 （二）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 （三）杂散电流对钢管的腐蚀 由于外界各种电气设备的漏电与接
26、地，在土壤中形成杂散电流。危害最大的是直流电，主要是电气化铁路，有轨电车的钢轨，直流电焊机，整流器外壳接地和阴极保护站的接地阳极等由于杂散电流产生阳极、阴极区，在电流离开钢管流入土壤处，管壁产生腐蚀。 （四）细菌作用引起的腐蚀 在厌氧条件下，硫酸盐还原菌能将硫酸根离子还原成二价硫离子，进而生成硫化氢。加速了钢管的腐蚀。 二、钢制燃气管道的防腐方法 （一）对于架空管道，采用外壁涂上油漆覆盖层。（二）对于埋地管道，针对土壤腐蚀性的特点，从下述三个途径来防止腐蚀的发生和降低腐蚀的程度：采用耐腐蚀的管材，如铸铁管、塑料管等。 增加金属管道和土壤之间的过渡电阻，减小腐蚀电流，如采用防腐绝缘层使电阻增大，
27、在局部地区采用地沟敷设或非金属套管敷设等方法。 采用电保护法，一般也与绝缘层防腐法相结合，以减小电流的消耗。 1绝缘层防腐 沥青绝缘层，聚乙烯包扎带，塑料薄膜涂层，酚醛泡沫树脂塑料绝缘层。2.电保护法(分阴极保护和阳极保护)外加电源阴极保护：以一直流电通过一个或数个辅助阳极将电子供给受保护的金属，使其成为电池中之阴极而达到防蚀的目的。 阴级保护站保护范围示意图牺牲阳极保护法：采用比被保护金属电极电位较负的金属材料和被保护金属管道相连，以防止被保护金属受腐蚀。 排流保护法 用排流导线将管道的排流点与电气设备的阴极相连，使管道上的杂散电流不经土壤而经过导线单向地流回电源的负极，从而保护管道不受腐蚀。 本章复习要点1.管材种类及其特点？2.管材的连接方式？3.燃气附属设备有那些？其各有什么特点？4.钢制燃气管道腐蚀的原因及特点？5.钢制燃气管道防腐蚀的方法？6.试述钢制燃气管道绝缘保护法。7.试述钢制燃气管道电保护法。
