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同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院 周偉國
燃?xì)庥帽”诓讳P鋼管的應(yīng)用探討
杭州蕭山新奧燃?xì)庥邢薰娟愜?/p>
同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院周偉國
薄壁不銹鋼管強(qiáng)度高,施工工藝簡單并具有良好的防腐性能,能有效延長燃?xì)夤艿赖氖褂脡勖?,進(jìn)而提高燃?xì)馐褂玫陌踩浴N恼陆榻B了燃?xì)庥帽”诓讳P鋼管關(guān)鍵施工工藝的控制,根據(jù)工程應(yīng)用過程中遇到的問題,提出相應(yīng)的工程優(yōu)化建議。
薄壁不銹鋼管關(guān)鍵工藝控制優(yōu)化建議
目前,我國主要城市的管道燃?xì)馄占奥室呀?jīng)超過80%,隨著室內(nèi)管道系統(tǒng)的老化,燃?xì)庑孤┦鹿室策M(jìn)入多發(fā)階段,其中,因金屬腐蝕造成的管道穿孔泄漏是造成室內(nèi)燃?xì)庑孤┦鹿实闹饕?。因此,有效解決金屬管道腐蝕問題,是解決室內(nèi)管道燃?xì)馐鹿暑l發(fā)的有效方法。近年來,燃?xì)庥帽”诓讳P鋼管作為新型管材正日益受到國內(nèi)各燃?xì)夤镜闹匾?。相較于傳統(tǒng)的無縫鋼管和鍍鋅鋼管,薄壁不銹鋼管不但具備前者抗拉強(qiáng)度高、延展性和韌性高、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn),而且由于其耐腐蝕性強(qiáng),能有效延長管道使用壽命,提高燃?xì)獾陌踩?,能有效解決城鎮(zhèn)燃?xì)獯嬖诘囊蚬艿栏g造成后期維護(hù)成本高、事故多發(fā)的問題,具有良好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。
薄壁不銹鋼管作為室內(nèi)燃?xì)夤懿?,具有以下五個(gè)優(yōu)點(diǎn):
(1)管體美觀大方,能與現(xiàn)代建筑物密切融合;
(2)管體內(nèi)壁光滑,摩擦阻力小,輸送能力大;
(3)管壁薄,管體質(zhì)量輕,勞動(dòng)強(qiáng)度低;
(4)采用環(huán)壓連接,施工工藝簡單;
(5)耐腐蝕性強(qiáng),使用壽命長。
杭州蕭山新奧燃?xì)庥邢薰居?014年起,在部分老戶改造中進(jìn)行了薄壁不銹鋼管的使用試點(diǎn)工作,本文根據(jù)薄壁不銹鋼管的自身特點(diǎn)和施工過程中遇到的一些問題,提出工程優(yōu)化建議。
1.1管材、管件及密封材料的選用
薄壁不銹鋼管材、管件的材料牌號及化學(xué)成分應(yīng)符合《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》(GB/T l2771—2008)、《不銹鋼卡壓式管件組件第l部分卡壓式管件》(GB/T l9228.1—2011)和《不銹鋼卡壓式管件組件第2部分:連接用薄壁不銹鋼管》(GB/T 19228.2—2011)的規(guī)定,材料牌號為06Crl9Nil0。我公司在試點(diǎn)工程中使用的薄壁不銹鋼管最大公稱直徑為50 mm,且選用壁厚較大的管道,推薦使用的薄壁不銹鋼管尺寸見表1。
表1 薄壁不銹鋼管尺寸
雙卡壓式機(jī)械連接用的O形密封圈材質(zhì)為氫化丁腈橡膠,其性能應(yīng)符合《不銹鋼卡壓式管件組件第3部分:O形橡膠密封圈》(GB/T l9228.3—2012)的規(guī)定。氫化丁腈橡膠是由丁腈橡膠進(jìn)行特殊加氫處理而得到的一種高度飽和的彈性體,具有良好耐油性、耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性以及較高的抗壓縮永久變形性能;同時(shí)氫化丁腈橡膠還具有高強(qiáng)度、高拉伸性能和高耐磨性能等特點(diǎn),是理想的密封填充材料。
1.2管材和管件的堆放
薄壁不銹鋼管材、管件對儲(chǔ)存堆放條件要求比無縫鋼管和鍍鋅鋼管更加嚴(yán)格,應(yīng)儲(chǔ)存于無腐蝕介質(zhì)的干凈環(huán)境內(nèi),避免雜亂堆放或與其他物件混放。存放時(shí),不同規(guī)格的管材應(yīng)分別堆放,并做好標(biāo)志。管材、管件嚴(yán)禁與其他金屬物質(zhì)接觸,防止產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,不應(yīng)與水泥漿、水泥、砂漿、拌合混凝土直接接觸,以免造成銹蝕。嚴(yán)禁在不銹鋼管材上堆放其他重物,造成管材變形。
1.3連接方式的選擇
薄壁不銹鋼管由于管壁薄,無法進(jìn)行套絲,因此不能采用絲扣連接。《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028—2006)第10.2.6條規(guī)定:“薄壁不銹鋼管的連接方式,應(yīng)采用承插氬弧焊式管件連接或卡套式管件機(jī)械連接”;《城鎮(zhèn)燃?xì)馐覂?nèi)工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(CJJ 94—2009)第4.3.3條規(guī)定:“薄壁不銹鋼管應(yīng)采用承插氬弧焊式管件連接或卡套式、卡壓式、環(huán)壓式等管件機(jī)械連接”。
采用承插氬弧焊連接時(shí),由于管道內(nèi)壁需要?dú)鍤獗Wo(hù),加之不銹鋼薄壁管壁厚薄,焊接時(shí)產(chǎn)生高溫也會(huì)破壞管道的防腐層,難以保證施工質(zhì)量,因此不建議使用。
雙卡壓式連接(見圖1、圖2)是通過冷擠壓手段實(shí)現(xiàn)管材與管件的密封連接。它是將管材插入預(yù)先放置密封圈的管件承口,利用卡壓連接工具從外部對承口的周向施壓,利用金屬材料自身的剛性,在管件外凸環(huán)兩側(cè)形成六角截面,使接口起到密封和鎖固作用。
圖1 雙卡壓式機(jī)械連接方法
圖2 雙卡壓式械連接
環(huán)壓連接的技術(shù)特點(diǎn)是:“環(huán)狀壓縮緊固”和“面密封”。這項(xiàng)技術(shù)的核心就是在提高系統(tǒng)連接可靠性的前提下,通過降低連接強(qiáng)度對鋼管壁厚的依賴,使管材的薄壁化更進(jìn)一步,節(jié)省了為保證金屬管剛性而增加壁厚的材料。其安裝步驟如下:定尺切割→去毛刺→標(biāo)記劃線→承口插管→壓接。安裝時(shí),要檢查管件承口是否清潔,密封圈是否完整,管材端是否有毛刺,防止污物及毛刺劃傷密封圈;管道安裝要根據(jù)技術(shù)要求設(shè)置支架,DN15管道支架橫管不得超過2.0 m;并排超過3根管道時(shí),需要采用專用排卡固定,支架、膨脹螺栓等管路附件需要采用S30408材質(zhì)。工作人員只要短期的培訓(xùn)即能掌握技術(shù)要點(diǎn),在施工過程中,只要控制管件承口清潔及管材端口毛刺,就可以達(dá)到安裝質(zhì)量要求。由于雙卡壓連接方式不但具有施工工藝簡單的優(yōu)點(diǎn),而且管道接口具有良好的密封性,連接強(qiáng)度和抗外力能力都能符合工藝要求,因此我公司在試點(diǎn)工程中選用了雙卡壓式機(jī)械連接。
1.4管道穿墻處理
根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)馐覂?nèi)工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(CJJ 94—2009),穿越建筑墻、樓板時(shí),燃?xì)夤艿婪笤O(shè)于套管內(nèi)且宜與套管同軸,套管與管道之間的間隙采用密封良好的柔性防腐、防水材料填實(shí),套管與建筑物的間隙采用防水材料填實(shí)。
我公司采用的穿墻套管為無縫鋼管,由于無縫鋼管與薄壁不銹鋼管接觸后會(huì)產(chǎn)生電位差,造成電化學(xué)腐蝕,因此,為了避免套管壁與薄壁不銹鋼管的接觸,需要采用防腐膠帶對穿墻管道進(jìn)行纏裹。在施工過程中發(fā)現(xiàn),薄壁不銹鋼管的表面比較光滑,膠帶往往粘結(jié)不牢固,影響了防腐效果,無法確保施工質(zhì)量。我公司通過采用供應(yīng)商提供的經(jīng)過覆塑處理的管道,有效解決了穿墻管的防腐問題見圖3。
圖3 覆塑薄壁不銹鋼管
2.1材料保管問題
薄壁不銹鋼管應(yīng)用于燃?xì)夤こ躺刑幱谕茝V階段,施工人員對其了解不多,往往以原有的經(jīng)驗(yàn)來堆放薄壁不銹鋼管。在施工過程中發(fā)現(xiàn),施工人員在現(xiàn)場往往將管材和管件隨意堆放,造成部分材料在安裝前就出現(xiàn)表面磨損現(xiàn)象,部分管材被其他物品劃傷,造成表面防腐層被破壞,同時(shí)杭州地區(qū)陰雨天多,露天堆放時(shí)間長,會(huì)造成管道發(fā)生金屬腐蝕并產(chǎn)生鐵銹。還有部分管材在安裝之前被硬物砸傷,造成管道口變形,對管道連接質(zhì)量產(chǎn)生影響,增加了泄露風(fēng)險(xiǎn)。
2.2連接質(zhì)量問題
我公司的薄壁不銹鋼管道連接方式主要采用雙卡壓機(jī)械連接,密封材料為氫化丁腈橡膠。在嚴(yán)格按照施工程序操作的情況下,密封性是可以保證的。但是在實(shí)際施工過程中,也多次出現(xiàn)壓力試驗(yàn)無法一次合格的現(xiàn)象。經(jīng)分析,造成雙卡壓連接質(zhì)量出現(xiàn)問題的因素有以下兩個(gè):
2.2.1工作人員的施工技能
薄壁不銹鋼管雙卡壓連接在燃?xì)夤こ痰膽?yīng)用屬于新工藝,施工人員雖然能在短期內(nèi)掌握操作要點(diǎn),但是還需要一段時(shí)間的實(shí)際操作才能熟練掌握操作技能。
施工人員在施工初期,難免會(huì)有操作小熟練或操作失誤的問題,經(jīng)常出現(xiàn)卡壓后管子與管件不在同一軸心上或管子插入管件的深度不足、卡壓不到位等問題。這一問題隨著施工時(shí)間的延長得到解決,施工人員在操作技能熟練后,極少出現(xiàn)壓力試驗(yàn)不合格的現(xiàn)象。
2.2.2接口質(zhì)量檢測手段單一
目前采用的薄壁不銹鋼管卡壓工具為分離式手動(dòng)液壓鉗,通過人工操作,當(dāng)壓力表示值達(dá)到規(guī)定壓力值時(shí),可認(rèn)為該接口符合要求。該工藝存在的問題在于壓力表的讀數(shù)一旦不準(zhǔn),就會(huì)出現(xiàn)該批次連接口強(qiáng)度不符合要求的問題,直接造成接口漏氣,接口漏氣后的修復(fù)成本較高,會(huì)造成較大的損失。由于檢驗(yàn)卡壓接口質(zhì)量僅靠壓力表讀數(shù)和試壓檢驗(yàn),無其他有效檢測方式,容易留下安全隱患。因此,過于依靠卡壓工具的讀數(shù)檢驗(yàn)卡壓質(zhì)量不能滿足燃?xì)夤こ虒Π踩缘囊蟆?/p>
2.3防腐蝕問題
薄壁不銹鋼管與其他材料連接時(shí)會(huì)引起電化學(xué)腐蝕。
2.3.1氯離子腐蝕
水泥中的氯離子會(huì)對金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕。實(shí)際工程中,建筑物施工過程中會(huì)有水泥砂灰附著在燃?xì)夤鼙砻妫瑢Ρ”诓讳P鋼燃?xì)夤茉斐筛g,而管道在固定時(shí)需要依靠不銹鋼支架及膨脹螺栓等附件固定在建筑墻體上,建筑墻體內(nèi)的氯離子也會(huì)對不銹鋼附件造成腐蝕,從而影響薄壁不銹鋼管的使用安全。
2.3.2銹渣腐蝕
由于燃?xì)夤艿雷鳛榕涮坠こ?,為了施工方便,需要借助建筑腳手架才能進(jìn)行戶外施工,建筑腳手架的銹渣會(huì)粘連在薄壁不銹鋼管表面。銹渣附著在管道上,對管道造成的輕微損傷或留下的銹斑,杭州的氣候濕熱多雨,銹渣會(huì)成為薄壁不銹鋼管穿孔腐蝕發(fā)生的誘因。
2.3.3電化學(xué)腐蝕
部分薄壁不銹鋼管生產(chǎn)廠家不能提供與不銹鋼法蘭、不銹鋼卡箍配套使用的螺栓、螺母等零配件,需要施工單位在市場上購買,其材質(zhì)難以保證。筆者對部分工地的抽檢結(jié)果顯示:卡箍(廠家提供)材質(zhì)為304不銹鋼,而固定卡箍的螺栓、螺母以及不銹鋼卡箍后段的膨脹螺栓(施工單位在市場上購買)材質(zhì)都不是304不銹鋼,甚至部分不銹鋼卡箍后段的膨脹螺栓為碳鋼材料。
目前,因不同材料組合使用,導(dǎo)致產(chǎn)生了電化學(xué)反應(yīng),部分工程的螺栓、螺母或后段膨脹螺栓已開始生銹。
2.4防雷、防靜電問題
《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028—2006)第10.2.4條第2款規(guī)定:“在避雷保護(hù)范圍以外的屋面上的燃?xì)夤艿篮透邔咏ㄖ赝鈮茉O(shè)的燃?xì)夤艿?,采用焊接鋼管或無縫鋼管時(shí)其管道壁厚均不得小于4 mm”。《城鎮(zhèn)燃?xì)夥览准夹g(shù)規(guī)范》(QX/T 109—2009)第6.3.2條規(guī)定:“沿外墻豎直敷設(shè)的燃?xì)饨饘俟艿缿?yīng)每隔不大于12 m就近與建筑物防雷裝置可靠連接”。我公司在燃?xì)夤こ讨胁捎玫谋”诓讳P鋼管的壁厚均不到4 mm,所有已建和在建的高層建筑外墻并未按照不大于12 m的要求進(jìn)行防雷搭接點(diǎn)預(yù)留,燃?xì)饬⒐芤辔窗凑誕X/T 109—2009第6.3.2條的規(guī)定進(jìn)行防雷搭接。
2.5室內(nèi)管道暗埋問題
室內(nèi)燃?xì)夤艿辣话德褚恢笔菄鴥?nèi)燃?xì)忸I(lǐng)域的老大難問題,燃?xì)夤こ探桓督o用戶后,原則上室內(nèi)燃?xì)夤艿缹儆谟脩羲?。因此燃?xì)夤竞茈y對暗埋現(xiàn)象進(jìn)行管理。特別是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),室內(nèi)裝修比較豪華考究,燃?xì)夤苡捎诒┞对趬γ嫱馔鶗?huì)影響到室內(nèi)的美觀,因此,大多數(shù)用戶會(huì)選擇暗埋處理。通過以往的燃?xì)庑孤┦鹿史治隹梢园l(fā)現(xiàn),由于用戶對燃?xì)夤馨德裉幚硎窃斐墒覂?nèi)燃?xì)夤芗涌旄g并產(chǎn)生泄漏的主要原因。薄壁不銹鋼管雖然表面有防腐層,但是由于其與水泥、混凝土直接接觸會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕,因此也不能直接暗埋,特別是接口更不能暗埋。
3.1加強(qiáng)施工管理
安全是燃?xì)廨斉涞牡谝灰?。薄壁不銹鋼管雖然具有良好的抗腐蝕能力,但是表面的防腐層比較薄,容易在施工過程中被人為破壞,造成腐蝕穿孔。同時(shí),管道連接口是燃?xì)夤艿老到y(tǒng)中最薄弱、最易發(fā)生質(zhì)量安全事故的環(huán)節(jié)。因此,加強(qiáng)施工管理是確保施工質(zhì)量的前提。建議在施工前,對施工人員和管理人員進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn),培訓(xùn)合格后方能上崗,提高工作人員的安全意識和操作規(guī)范水平。在施工過程中,燃?xì)夤拘枰M(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督,確保施工過程按照規(guī)范的流程進(jìn)行,保證施工質(zhì)量。
3.2管材保護(hù)和標(biāo)識
雖然對施工人員進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督,要求對薄壁不銹鋼管材料在運(yùn)輸和安裝過程中嚴(yán)格按照要求輕拿輕放,注意保護(hù)管壁,但是實(shí)際施工環(huán)境往往不理想,燃?xì)夤艿涝谶\(yùn)輸和堆放的過程中難免會(huì)被磨損。這些磨損點(diǎn)雖然在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)影響燃?xì)獍踩褂?,但是南方濕熱多雨的氣候,加上空氣中的灰塵顆粒物比較多,時(shí)間一長,就會(huì)對磨損點(diǎn)產(chǎn)生腐蝕,造成穿孔漏氣,成為安全隱患。建議廠家對薄壁不銹鋼管的表面進(jìn)行塑封處理,并對管口進(jìn)行封口處理,以保證在運(yùn)輸和堆放過程中不會(huì)出現(xiàn)鋼管表面磨損和管口變形,確保管道在設(shè)計(jì)壽命期的安全使用。暴露于外墻的薄壁不銹鋼管要防止成品被人為破壞或被誤認(rèn)為水管,建議廠家在出廠前對薄壁不銹鋼管的管壁粘貼醒目的燃?xì)鈽?biāo)識環(huán),增加辨別度。
3.3管道固定支架的改進(jìn)
由于薄壁不銹鋼管與普通碳鋼接觸后會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕,因此不能使用傳統(tǒng)的支架進(jìn)行固定。我公司采用了供應(yīng)商提供的不銹鋼支架對管道進(jìn)行固定,不但美觀大方,而且避免了電化學(xué)腐蝕造成的破壞。但是在施工過程中可以發(fā)現(xiàn),由于施工人員操作的問題,管道與固定支架經(jīng)常會(huì)發(fā)生磨損。建議供應(yīng)商在支架內(nèi)側(cè)與管道接觸的部位采用橡膠墊,避免了金屬直接接觸,可以有效保護(hù)管材。
3.4安裝后的清洗和鈍化處理
考慮到薄壁不銹鋼管在堆放、安裝過程中的刮碰、劃擦,以及施工過程中的銹渣對管體表面防腐層的破壞,新建建筑在外墻施工結(jié)束后往往對外墻進(jìn)行酸洗,也會(huì)對薄壁不銹鋼管造成腐蝕,因此建議在建筑外墻酸洗后,對安裝完畢的薄壁不銹鋼管用低氯離子水沖洗和鈍化處理,以避免因上述原因造成薄壁不銹鋼管防腐性能降低,提高其安全使用年限。
3.5防雷、防靜電試驗(yàn)
杭州的夏季雷雨天較多,對于主要敷設(shè)于建筑物外墻的薄壁不銹鋼管,存在雷擊的可能性。雖然在我公司成立到現(xiàn)在為止還未出現(xiàn)過因雷擊造成燃?xì)夤艿榔鸹鸬氖鹿?,但是以往用的燃?xì)夤芫鶠闊o縫鋼管和鍍鋅鋼管,壁厚比較大,而薄壁不銹鋼管道的壁厚比較薄,在防雷、防靜電方面沒有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)可以參考。對燃?xì)夤艿肋M(jìn)行防雷、防靜電是保證燃?xì)獍踩囊豁?xiàng)重要措施?!冻擎?zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028—2006)及《城鎮(zhèn)燃?xì)夥览准夹g(shù)規(guī)范》(QX/T 109—2009)相關(guān)規(guī)定,使薄壁不銹鋼管的防雷搭接具有合理性和可操作性,建議燃?xì)夤九c本地防雷中心合作,設(shè)立一項(xiàng)研究課題,對薄壁不銹鋼管進(jìn)行防雷防靜電試驗(yàn),測試薄壁不銹鋼管在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下的防雷擊及導(dǎo)電能力,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,制定本地的城鎮(zhèn)燃?xì)夥览滓?guī)范,并嚴(yán)格執(zhí)行。
3.6燃?xì)夤馨德竦奶幚?/p>
薄壁不銹鋼管具有表面光滑的特點(diǎn),比無縫鋼管和鍍鋅鋼管更加美觀,雖然作為室內(nèi)管道更容易為用戶所接受,但是暗埋現(xiàn)象還是無法避免。為了防止因用戶暗埋造成管道腐蝕,應(yīng)在暗埋前對管壁進(jìn)行覆塑處理。當(dāng)表后管較長,管件較多的情況下,應(yīng)避免使用薄壁不銹鋼硬管,采用無管件的燃?xì)庥貌讳P鋼軟管。
隨著管道燃?xì)獾钠占?,我國的燃?xì)獍踩鹿室渤手鹉晟仙内厔?,燃?xì)夤咀鳛槿細(xì)膺\(yùn)營商,承受了很大的經(jīng)營壓力,因此對于采用抗腐蝕能力更強(qiáng)的室內(nèi)燃?xì)夤懿木哂袃?nèi)在的動(dòng)力。薄壁不銹鋼管作為一種具有優(yōu)秀抗腐蝕能力的新型材料,不但提高了燃?xì)夤艿赖陌踩?,同時(shí)也避免了用戶對室內(nèi)燃?xì)夤艿乃浇铀礁默F(xiàn)象,因此必將在城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域中得到燃?xì)庥脩舻膹V泛認(rèn)可和燃?xì)馄髽I(yè)的大力推廣,應(yīng)用前景值得期待。
作為新興管材,燃?xì)庥帽”诓讳P鋼管目前還只有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量也參差不齊?!冻擎?zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028—2006)中,對于薄壁不銹鋼管材的描述也不夠詳細(xì),缺乏規(guī)范的設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn),建議國家相關(guān)部門盡快出臺(tái)燃?xì)庥帽”诓讳P鋼管國家標(biāo)準(zhǔn),并充實(shí)城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于薄壁不銹鋼管的設(shè)計(jì)要求,為薄壁不銹鋼管材的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。
Application of Thin-wall Stainless Steel Pipe in Gas Engineering
Hangzhou Xinao Gas Co., Ltd.Chen Jun
Tongji University College of Mechanical and Energy EngineeringZhou Weiguo
The thin- wall stainless steel pipe, because of its high strength, simple construction technology and good corrosion resistance, can effectively prolong the service life of the gas pipeline and improve the safety of gas usage. This article introduces the control of the key construction technology of the thin-wall stainless steel pipe, and puts forward corresponding engineering optimization proposals.
thin -wall stainless steel pipe, key process control, optimization proposal