1、第五章 燃气管道及其附属设备第一节 管材及其连接方式管材 要求：根据燃气的性质、系统压力及施工要求，满足机械强度、抗腐蚀、抗震及气密性等各项基本要求。 钢管 常用的钢管有普通无缝钢管和焊接钢管，具有承载应力大、可塑性好、便于焊接的优点。与其它管材相比壁厚较薄、节省金属用量，但耐腐蚀性较差，必须采取可靠的防腐措施。 钢管 普通无缝钢管 焊接钢管 大口径焊接钢管 在选用钢管时，当直径在150mm以下时，一般采用低压流体输送用焊接钢管；大口径管道多采用螺旋卷焊钢管。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。当管道穿越重要障碍物以及土壤腐蚀
2、性甚强的地段，壁厚应不小于8mm。户内管的壁厚不小于2.75mm。铸铁管 铸铁管抗腐蚀性能很强，一般采用铸模浇铸或离心浇铸方式制造，其抗拉强度、抗弯曲、抗冲击能力和焊接性能均不如钢管好。但由于其抗腐蚀性能良好。 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 4 0 2600mm，长度为29m，其间各种管径已成系列化，输气压力最高达0.71.6MPa。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。近二十年来，经济发达国家相继在天然气输配系统中使用聚氯乙
3、烯、高中密度聚乙烯和尼龙11等各种材质的塑料管。 与金属管不同，它受持续应力及环境温度变化的影响较敏感，故其设计应力应根据长期强度来确定。当使用温度高于设计温度时，其强度有明显的下降；相反地，当使用温度低于设计温度时，其强度有明显的增加。除长期强度外，还必须考虑其它特性，如耐腐蚀性和耐化学性、耐老化性、强度与温度的关系、韧性、透气性及柔性等。 目前用于燃气管道上的塑料管在许多国家中最大工作压力为0.3MPa，在少数国家中达0.40.6MPa，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，才能保证管道坡度的要求。虽然塑料管经剧烈碰撞易断裂，但易于及时发现修好；而钢管被碰
4、撞当时只破坏防腐层，不易及时发现，经日积月累才发觉管子穿孔漏气，后果将更坏。据国外资料介绍，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。 其它管材 国外有时还使用有色金属管材，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输配管道上。在室内管道上有时还使用铝质软连接管件，施工较方便。 复合管钢管的连接方法 钢管可以用螺纹连接、焊接连接和法兰连接等。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。在设备与管道连接处常用法兰连接。 室内管道采用三通等螺纹连接管件，施工方便。 焊接是管道连接的主要形式，
5、可采用的方法有气焊、手工电弧焊、埋弧半自动焊等。气密性 管螺纹连接时，必须缠绕填料。常见的填料有铅油加麻丝和聚四氟乙烯等。 燃气管道和设备之间的连接，也常用法兰连接。法兰密封面应垂直于管道中心线，成对法兰用螺栓紧固时，不允许使用斜垫片或双层垫片，并避免螺栓拧得过紧而承受过大的应力或受力不均匀。垫片的材质，可根据输送介质的性质来选择。当输送焦炉气时，用石棉橡胶垫片；输送液化石油气或天然气时，则用耐油橡胶垫片，以防止介质浸蚀垫片破坏管道的气密性。铸铁管的连接 低压燃气铸铁管道的连接，过去广泛采用承插接口的形式。承插接口又分刚性和柔性两种接口，即铅密封和水泥密封两种。 承插接口的气密性和抗震能力较差
6、，目前国内外都已淘汰这种接口做法，代之以耐油橡胶圈密封材料，因而具有施工方便、气密性好、抗震和承受不均匀沉降的能力较强等特点。 接口紧固部分都采用了螺栓螺母，施工简便，但仍存在橡胶填料的耐久性和紧固件的腐蚀问题。通常，在焦炉煤气管道使用丁睛橡胶圈或氯丁橡胶圈；在天然气及液化石油气管道上，用耐油橡胶圈。塑料管的连接 随着塑料管的广泛应用，它的连接方法越来越简便和多样化。 粘接连接 塑料管的焊接 热熔接接口可用专门的加热模具，将套筒管件侧和管道侧同时加热到最佳温度(对聚乙烯为170)，待各自表面熔融时，即刻卸去模具就可把它们承插连接起来。热熔接接口还可采用预埋有电热丝的套筒件通电加热熔融达到连接的
7、目的。 塑料管与金属管还可用通用接头来连接。此外，也可以采用过渡连接管件来实现不同管材的螺纹或法兰连接。 第二节 燃气管道的附属设备 为了保证管网的安全运行，并考虑到检修、接线的需要，在管道的适当地点设置必要的附属设备。这些设备有阀门、补偿器、排水器、放散管等。此外，为在地下管网中安装阀门和补偿器，还要修建闸井。 阀门 阀门是用来启闭管道通路或调节管道内介质流量的设备。要求阀体的机械强度高，转动部件灵活，密封部件严密耐用，对输送介质的抗腐性强，同时零部件的通用性好。 燃气阀门必须进行定期检查和维修，以便掌握其腐蚀、堵塞、润滑、气密性等情况以及部件的损坏程度，避免不应有的事故发生。然而，阀门的设
8、置达到足以维持系统正常运行即可，尽量减少其设置数，也就是减少漏气点和额外的投资。闸阀 闸阀中由于流体是沿直线通过阀门的，所以阻力损失小，闸板升降时所引起的振动也很小，但当存在杂质或异物时，关闭受到阻碍，使应该停气的管段不能完全关闭。 闸阀有单闸板闸阀与双闸板闸阀之分，由于闸板形状不同，又有平行闸板与楔形闸板之分，此外还有阀杆随闸板升降和不升降的两种，分别称为明杆阀门和暗杆阀门(图4-25及图4-26)。明杆阀门可以从阀杆的高度判断阀门的启闭状态，多用于站房内。 旋塞 旋塞是一种动作灵活的阀门，阀杆旋转90即可达到启闭的要求，杂质沉积造成的影响比闸阀小，所以广泛用于燃气管道上。 常用的旋塞有两种
9、：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，但较安全可靠，允许应用在中压管道上，直径不大于50mm。截止阀、球阀和蝶阀 截止阀是依靠阀辩的升降以达到开闭和节流的目的。这类阀门使用方便、安全可靠，但阻力较大。 球阀体积小，流通断面与管径相等。这种阀门动作灵活、阻力损失小，特别是能满足通过清管球的需要。 蝶阀是关闭件阀瓣绕阀体内一固定轴旋转的阀件，一般作管道及设备的开启或关闭用，有的也可以作节流用。 闸阀、蝶阀只允许安装在水平管道上，而其它几类阀
10、门则不受这一限制；但如果是有驱动装置的截止阀或球风则也必须安装在水平管段上。 补偿器 作为调节管段胀缩量的设备，常用于架空管道和需要进行蒸气吹扫的管道上。此外，补偿器常安装在阀门的下侧(按气流方向)，利用其伸缩性能，方便阀门的拆卸和检修。 还使用一种橡胶-卡普隆补偿器。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，压缩时为100mm。这种补偿器的优点是纵按方向均可变形，多用于通过山区、坑道和多地震地区的中、低压燃气管道上。排水器 为排除燃气管道中的冷凝水和天然气管道中的轻质油，管道敷设时应有一定坡度，以便在低处设排水器，将汇集的
11、水或油排出。 根据管道中燃气的压力不同，排水器有不能自喷和能自喷的两种。如管道内压力较低，水或油既要依靠手动 筒等抽水设备来排出。安装在高、中压管道上的排水器，由于管道内压力较高，积水(油)在排水管旋塞打开以后就能自行喷出。放散管和阀井 一种专门用来排放管道中的空气或燃气的装置。在管道投入运行时利用放散管排空管内的空气，防止在管道内形成爆炸性的混合气体。在管道或设备检修时，可利用放散管排空管道内的燃气。放散管一段也设在闸井中，在管网中安装在阀门的前后，在单向供气的管道上则安装在阀门之前。 为保证管网的安全与操作方便，地下燃气管道上的阀门一般都设置在阀井中。阀井应坚固耐久，有良好的防水性能，并保
12、证检修时有必要的空间。考虑到人员的安全，井筒不宜过深。 第三节 钢管的防腐 燃气管道腐蚀的原因 燃气管道的防腐主要是指对钢管的防腐措施。腐蚀是金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏。金属腐蚀按其性质可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀是金属直接和周围介质接触发生化学作用而引起的一种腐蚀，化学腐蚀不发生化学能向电能的转化。电化学腐蚀则是金属在电解质中所发生的与电流流动有关的一种腐蚀，也称为电解腐蚀。 输送燃气的钢管按其腐蚀部位的不同，分为内壁腐蚀和外壁腐蚀。但由于天然气是处理后的介质，腐蚀性不强，因此主要考虑外壁的保护。外壁保护原则是采用外防腐涂层与阴极保护相结合的联合保护方式，并
13、根据不同的环境腐蚀性等特点，因地制宜地采用不同的保护方案。 外壁腐蚀同样可以在架空或埋地钢管上发生。架空钢管的外壁用油漆覆盖层防腐。埋地钢管的化学腐蚀是全面性的腐蚀，在化学腐蚀的作用下，管壁厚度的减薄是均匀的，所以从钢管受到穿孔破坏的观点看，化学腐蚀的危害性不大。故通常埋地钢管的外壁腐蚀是以电化学腐蚀为主。电化学腐蚀由于土壤各处物理化学性质不同、管道本身各部分的金相组织结构不同，如品格的缺陷及含有杂质、金属受冷热加工而变形产生内部应力，特别是钢管表面粗糙度不同等原因，使一部分金属容易电离，带正电的金属离子离开金属，而转移到土壤里，在这部分管段上电子越来越过剩，电位越来越负；而另一部分金属不容易
14、电离，相对来说电位较正。因此电子沿管道由容易电离的部分向不易电离的部分流动，在这两部分金属之间的电子有失有得，发生氧化还原反应。失去电子的金属管段成为阳极区，得到电子的这段管段成为阴极区。腐蚀电流从阴极流向阳极，然后从阳极流离管道，经土壤又回到阴极，形成回路。在作为电解质溶液的土壤中发生离子迁移，带正电的阳离子(如H+)趋向阴极，带负电的阴离子(如OH-)趋向阳极。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。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地，在土壤中形成杂散电流。其中对
15、钢管危害最大的是直流电。泄漏直流电的设备有电气化铁路和有轨电车的钢轨、直流电焊机、整流器外壳接地和阴极保护站的接地阳极等。在电流离开钢管流入土壤处，管壁产生腐蚀。 细菌作用引起的腐蚀 根据对微生物参与腐蚀过程的研究发现，不同种类细菌的腐蚀行为，其条件也各不相同。例如，在缺氧土壤中存在厌氧的硫酸盐还原菌，它能将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，使土壤中氢离子浓度增加，加速了埋地钢管的腐蚀过程。硫酸盐还原菌的活动与土壤的酸碱度(pH值)有关。pH值在4.59.0时细菌生长最为适宜，pH值在3.5以下或11.0以上时，细菌的活动完全受到抑制。 土壤的腐蚀性 土壤颗粒间充满空气、水和各种可溶盐，使土壤具有电解
16、质溶液的特征，可以导电。土壤的腐蚀性与土壤的结构、含水量、透气性、导电性、有无各种盐类和酸类等因素有关。 干燥土壤对金属的腐蚀作用比潮湿土壤小。当土壤含水量达1113时，土壤的腐蚀性最大，而超过2024时，土壤的腐蚀能力趋于下降。被水分饱和的土壤的腐蚀性最小。 当含水量经常变化，水分和氧共同对金属起腐蚀作用时，这样的腐蚀最为严重。城市中由污水而淤积的土壤，其结构各不相同，而且杂质很多，这种土壤的腐蚀性很大。沼泽地区、潮湿的泥炭质土壤以及炉渣覆差的土壤等，腐蚀性也很大。纯砂土对管道的腐蚀作用甚小。 研究土壤时，如考虑上述全部因素是相当复杂的。应找出一个既易测定、而又基本上能反映土壤腐蚀性的物理量
17、。研究结果证明，土壤的电阻率是土壤腐蚀性能的最重要特征，而电阻率又能迅速而较精确地测定。埋地钢管的防腐方法 针对土壤腐蚀性的特点，可以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、玻璃钢管或其它非金属管道。 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，在局部地区采用地沟敷设或非金属套管等方法。 采用电保护法，一般与绝缘层防腐法相结合，以减小电流的消耗。 绝缘层防腐法 管道的绝缘层一般应满足下列基本要求： 1. 有效的电绝缘性； 2. 有效的隔水屏障性； 3. 涂敷于管道的方法不会对管道性能产生不利影响； 4. 涂敷于管道上
18、的涂层缺陷最少； 5. 与管道表面有良好的附着力； 6. 能防止针孔随时间发展； 7. 能抵抗装卸、储存和安装时的损伤； 8. 能有效地保持绝缘电阻随时间恒定不变； 9. 抗剥离性能； 10. 抗化学介质破坏； 11. 补伤容易； 12. 物理性能保持能力强； 13. 对环境无毒； 14. 能防止地面储存和长距离运输过程不发生变化和降解。施工和安装过程中要求涂层具有下列优良特性 抗弯曲性 硬度与耐磨性 抗冲击能力 抗风化能力 补口与补伤难易程度 使用过程对涂层性能的主要要求 粘结力 耐化学介质浸泡 绝缘电阻和电气强度 抗阴极剥离 抗穿透能力 抗土壤应力 目前国内外埋地钢管所采用的防腐绝缘层种类
19、很多，有沥青绝缘层、煤焦油瓷漆、熔结环氧、聚烯烃等酚醛泡沫树脂塑料绝缘层。 项目环氧粉末煤焦油瓷漆聚乙烯环氧煤沥青石油沥青二层结构三层结构推荐标准SY/T0315-97SY/T0079-97SY/T4013-95SY/T0447-96SY/T0420-97结构单层薄膜多层增强缠绕厚涂二层厚涂三层厚涂多层增强缠绕薄涂多层增强缠绕厚涂材料环氧树脂粉末底漆瓷漆包扎带胶粘剂聚乙烯环氧粉末共聚物聚乙烯底漆面漆玻璃布石油沥青玻璃布塑料布成型工艺静电喷涂热涂缠绕挤出包覆或缠绕静电喷涂包覆或缠绕冷涂缠绕热涂缠绕国外应用约30年70年约40年约10年40年50年国内应用约10年5年15年4年20年30年适用温度
20、-10110A型：-1335B型：-860C型：-380-2070-2070110-1580涂层厚度0.30.5mm3.05.0mm1.83.7mm1.83.7mm0.30.6mm4.07.0mm环境污染很小较大很小很小较大较大补口工艺环氧粉末、热收缩管瓷漆热烤、热收缩套或冷缠绕胶带聚乙烯电熔管、热收缩管、冷缠胶带环氧煤沥青、热收缩管现场缠绕、涂石油沥青、热收缩管抗介质渗透一般一般较好很好较差较差抗压力腐蚀较差一般较好较好较差较差界面粘接强度较好一般较差较好一般较好抗扩散性底蚀较好较差较差较好一般较差耐摩性差较好很好很好一般一般抗阴极剥离较好一般较好很好一般较差抗机械损坏差较好较好很好一般较好
21、慎用或禁用环境碎（卵）石土壤、石方段、地下水位较高地区碎（卵）石土壤、粘质土壤及环保要求较高的地区架空管段、温差较大地区架空管段多石土壤、石方段、含水量高、生物活动频繁、植根发达地区碎（卵）石土壤、石方段、强土壤应力地区电保护法 外加电源阴极保护 牺牲阳极保护法 排流保护法 天然气管道防腐检测技术天然气管道防腐检测技术 管道防腐直流电压梯度（DCVG）检测 直流电压梯度（DCVG）技术的代表仪器是DCVG仪器，它对有阴极保护的管道防护层破损点进行检测。施加了阴极保护的埋地管道，当防腐层破损时，阴极保护电流将从破损处土壤介质流入管道防腐层破损而裸露的钢管处。电流流过破损点的周围土壤，会在土壤电阻
22、上产生电压降，在破损点周围形成一个电压梯度场。电压梯度场分布在破损点所在的地面上形成以破损点位置为中心的等压线。在接近破损点的部位，由于电流密度增大，因而电位梯度也越大。DCVG检测时主要通过检测地面的电压梯度从而判断管道防腐层缺陷。 根据DCVG检测原理，一般电压梯度小于50mV，则管道防腐层无破损等缺陷，当管道的电压梯度大于50mV，则管道外防腐涂层可能存在缺陷。由于实测管道距离较长，实测DCVG数据多，采用实测数据与标准电压梯度相比较判断缺陷工作量十分大，而实际检测过程中由于检测位置的变化，检测的DCVG电压梯度变化较大，为方便判断，对DCVG数据进行转换并定义了一个标准电压V1标准，其
23、定义为： V1标准50mVV实测的绝对值 当V1标准0时，在防腐层基本无缺陷；当V1标准0，则防腐层很可能存在缺陷。管道防腐近间距电位（CIPS）检测 当防腐层在某一位置存在破损点时，破损点的电流密度会增大，在该点周围的土壤就会产生比其它地方较大的电位降，使得阴极保护电位较正常时向正的方向漂移，当这种漂移达到一定值时，地表就可以测量到。沿管道正上方，每隔lm连续测量出阴极保护系统各点ON状态下管地电位VON和VOFF状态的瞬时关电位极化电位VOFF，绘制成管地电位管道距离曲线图，通过分析该曲线图，就可了解防腐层的大体状况保护大致情况。如果破损点的VOFF电位低于最低保护下限-850mV，那么该点会发生腐蚀。 从CIPS、DCVG的检测结果及现场开挖验证结果试验来看，应用的现场防腐检测方法时科学、准确的，因此为了避免管道发生大面积的腐蚀，有必要对管线进行更为仔细地防腐检测，并对部分管道进行开挖修复，以保证输气管道的长期正常运行。CIPS与DCVG检测相结合评价管道防腐层状况的方法，可以克服单一检测方法难于准确评价管道防腐层缺陷的不足，为准确评价管道的腐蚀状况提供了有效的手段。
