1 室內(nèi)燃氣管材的選用管材的選取直接關(guān)系到燃氣管道系統(tǒng)質(zhì)量和建設(shè)運行成本， 應綜合考慮管材的機械強度、 物理性能、 化學穩(wěn)定性、 環(huán)境適應性、 流通性、 施工工藝、 經(jīng)濟性等因素。銅管、 薄壁不銹鋼管因連接技術(shù)、 成本的限制，早年未能進入各大燃氣公司室內(nèi)燃氣管材的考慮范圍。深圳 2004 年以前所有室內(nèi)燃氣管道工程中，分戶調(diào)壓器前的中壓 B 級管道都采用 20 號鋼無縫鋼管( GB /T 8163—2008《輸送流體用無縫鋼管》 ) ，但由于深圳空氣潮濕， 鹽堿度大， 以及無縫鋼管施工中除銹不徹底、 防腐層損傷等因素的共同影響，許多戶外的無縫鋼管出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象。為解決無縫鋼管存在的易腐蝕現(xiàn)象，2004 年深圳開始在戶外管道中使用 Q235A 材質(zhì)外鍍鋅鋼管( 外表面鍍鋅，內(nèi)表面不鍍鋅) 替代無縫鋼管， 但外鍍鋅管的腐蝕問題還是沒法完全避免。隨著薄壁不銹鋼管連接技術(shù)的發(fā)展，卡壓式、 卡套式、 雙卡壓粘接式等薄壁不銹鋼管非焊接連接技術(shù)越來越成熟，2003 年薄壁不銹鋼管開始在國內(nèi)燃氣行業(yè)使用。為徹底解決深圳戶外燃氣管道的腐蝕問題，借助建筑供水行業(yè)及其他城市燃氣供應企業(yè)的應用經(jīng)驗，2010 年深圳開始研究薄壁不銹鋼管作為室內(nèi)燃氣管道工程的替代管材。2 薄壁不銹鋼管的連接方式比較［1］2． 1 承插氬弧焊式將管子插入管件承口， 用鎢極氬弧焊將兩連接件熔焊焊接成一體的連接方式。優(yōu)點: 連接強度高，成本低; 無泄漏接頭連接; 全系列管徑適用，尤其適用于大管徑連接。缺點: 施工技術(shù)要求高，有時內(nèi)外氬氣保護在施工現(xiàn)場較難實現(xiàn)。2． 2 卡套式( 卡凸式)用鎖緊螺帽和螺紋管件將管子壓緊于管件上的連接方式。優(yōu)點: 操作方便， 易于安裝; 可拆卸， 可重復使用; 最大連接規(guī)格達 DN 300 mm。缺點: 連接強度不夠高， 抗外力能力較差; 管件價格高。2． 3 卡壓式將管子插入專用管件內(nèi)， 管件的 U 形槽內(nèi)裝有“O” 形密封圈， 用專用工具使管子和管件的端部同時收縮成六角形的連接方式。優(yōu)點: 操作方便，易于安裝。缺點: 連接強度不夠高， 抗外力能力差; 管件價格高; 安裝時密封圈有可能破損而影響連接性能; 適用公稱直徑≤100 mm。2． 4 環(huán)壓式將套有圓筒狀彈性體密封圈的管子插入管件的承口，用專用工具沿承口圓周施壓，使承口連同管子一起收縮變形，壓縮承口密封段的連接方式。優(yōu)點: 操作方便，易于安裝。缺點: 連接強度不夠高， 抗外力能力差; 密封圈和管件不是整體件，安裝中要特別注意其密封效果;適用公稱直徑≤100 mm。2． 5 雙卡壓式與卡壓式原理相同， 但在管件承接口的 U 形槽兩側(cè)都進行徑向壓接的連接方式。優(yōu)點: 操作方便， 易于安裝; 連接強度高于卡壓式。缺點: 管件價格高; 安裝時密封圈有可能破損而影響連接性能; 適用公稱直徑≤100 mm。2． 6 粘接式管道端部縮徑成錐形， 管件承口( 內(nèi)也為錐形)用膠粘劑粘接而成的連接方式。優(yōu)點: 操作方便， 易于安裝; 密封性好; 成本較低。缺點: 連接強度不夠高， 抗外力能力差; 適用公稱直徑≤100 mm。2． 7 雙卡壓粘接式雙卡壓式和粘接式結(jié)合的一種連接方式， 密封材料為厭氧膠。優(yōu)點: 操作方便，易于安裝; 密封性好; 連接強度高; 管件價格低。缺點: 施工中涂抹厭氧膠要充分、 均勻， 否則可能影響密封效果; 適用公稱直徑≤100 mm。2． 8 不同連接方式的比較前述幾種連接方式各有特點， 承插氬弧焊連接方式在現(xiàn)場焊接時氬氣保護問題未能經(jīng)濟有效地解決之前，還不宜大面積推廣使用?？ㄌ资竭B接方式，連接強度低，管件成本高，這種連接方式在燃氣行業(yè)目前沒有采用?？▔菏?、 環(huán)壓式和雙卡壓式都屬于擠壓式連接，雙卡壓式連接因為多了一道卡口，其抗拉拔能力和抗旋轉(zhuǎn)能力得到了較大提高， 但這幾種連接方式中使用的密封圈均為橡膠制品， 橡膠制品作為密封材料存在著質(zhì)量控制困難、 檢測標準眾多、使用壽命不確定、 溫差引起老化、 施工導致膠圈破損等問題，故僅使用橡膠圈作為接口密封的連接方式應采取措施使接口的連接性能處于可控的范圍內(nèi)。粘接式連接使用的厭氧膠在與氧( 空氣) 隔絕時， 因金屬離子的催化誘導作用而形成自由基， 自由基引發(fā)聚合物鏈的形成， 最終固化為具有優(yōu)良密封與鎖固特性的固體高聚物。雙卡壓粘接式連接， 結(jié)合了雙卡壓式連接強度高和粘接式密封性能好的優(yōu)點，是一種新型的可靠的連接方式。因此， 深圳市住房和建設(shè)局發(fā)布的 SJG 20—2011《深圳市中低壓燃氣管道工程建設(shè)技術(shù)規(guī)程》 中規(guī)定“薄壁不銹鋼管應采用雙卡壓粘接式或其他可靠的方式連接”。3 雙卡壓粘接式薄壁不銹鋼管的優(yōu)勢按照材料的基本特性，兼顧經(jīng)濟性及已有經(jīng)驗，在室內(nèi)燃氣管道工程中選用 304 不銹鋼即可滿足使用要求［ 2］ 。作為燃氣管材的雙卡壓粘接式薄壁不銹鋼管的主要優(yōu)勢如下。3． 1 安全性好① 管材壁厚富裕量大。戶外上升立管閥后至用戶調(diào)壓器前管道為中壓 B 級管道， 設(shè)計壓力為0． 2 MPa?？梢愿鶕?jù)內(nèi)壓直管理論壁厚計算公式進行計算［ 3］ :δ = pD/(2σφ) + p + C1 + C2 ( 1)式中 δ———管道的壁厚，mmp———設(shè)計壓力，MPaD———管子外徑，mmσ———設(shè)計溫度下材料的許用應力，MPaφ———焊縫系數(shù)。對無縫管， φ = 1C1———腐蝕余量，mmC2———管子壁厚負偏差，mm以 DN 50 mm 薄壁不銹鋼管為例，取設(shè)計壓力 p= 0． 2 MPa， 計算溫度取 65 ℃ ， δ、 D、 C2 根據(jù) GB /T連接用薄壁不銹鋼管》 查得 δ = 1． 5 mm、 D = 50． 8mm、 C2 = 0． 15 mm， σ、 φ 根據(jù) GB /T 20801． 2—2006《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第 2 部分: 材料》 查取，經(jīng)計算式( 1) 右邊第 1 項 = 0． 036 8 mm， 而第 2項腐蝕余量 C1 = 1． 313 mm， 第 3 項 C2 = 0． 15 mm，管道承壓所需壁厚 0． 036 8 mm，遠小于腐蝕余量 C1和管子壁厚負偏差 C2，可見其安全性非常之高。② 接頭連接可靠， 密封嚴密。雙卡壓粘接式連接壓制成兩個六角形連接截面， 管件和管子全面抱死，提高了其抗拉拔能力和抗旋轉(zhuǎn)能力，使用的厭氧膠固化后形成的高聚物性能穩(wěn)定， 密封效果好。另外還可以用專用卡規(guī)來判斷卡壓口的形狀是否與標準形狀相符，從而保證接口的連接質(zhì)量。③ 抗腐蝕性好。不銹鋼在空氣、 水等含氧介質(zhì)中會形成一層致密的鉻鐵氧化物鈍化膜， 鈍化膜一旦受損，能很快在空氣中愈合與再生。④ 施工無明火。采用雙卡壓粘接式連接的薄壁不銹鋼管，施工現(xiàn)場無需使用火源，也無需采用電焊作業(yè)，避免了焊接火花的產(chǎn)生，施工現(xiàn)場無明火。3． 2 物理性能好① 最小抗拉強度大。薄壁不銹鋼管的最小抗拉強度可達 520 MPa。② 最高使用溫度高。薄壁不銹鋼管的最高使用溫度可達 800 ℃。③ 抗沉降性能好。薄壁不銹鋼管的最小斷后伸長率為 35% ，其抗沉降性能優(yōu)異。上述 3 項均為不銹鋼管材的物理性能， 考慮雙卡壓粘接式接頭后的管道系統(tǒng)的物理性能會有所下降。3． 3 施工便捷，質(zhì)量可靠① 工藝穩(wěn)定性好。雙卡壓粘接式連接避免了復雜的套絲及焊接作業(yè)，施工工藝簡單，對施工人員的技能要求寬松，影響施工質(zhì)量的主觀因素很少，接口質(zhì)量較容易保證。② 薄壁不銹鋼管自重較小， 配管及管道安裝強度大大減小，對于高層建筑配管的輕量化優(yōu)勢特別明顯。③ 與外鍍鋅管施工相比較，具有施工強度小、施工時間短、 施工人工少等優(yōu)勢，可以有效提高施工及搶維修速度。3． 4 壽命長不銹鋼優(yōu)異的耐腐蝕性和機械性能使薄壁不銹19228． 2—2011《不銹鋼卡壓式管件組件 第 2 部分鋼管使用壽命很長， 一般使用壽命可到達 50 年以上。3． 5 勞動保護要求低薄壁不銹鋼管工程中，所有的管件、 管材都是在廠家生產(chǎn)完成，現(xiàn)場加工很少，避免了鍍鋅鋼管施工時的鐵屑飛濺、 切割噪聲、 焊渣飛濺、 焊接粉塵、 鋅蒸氣、 電弧光等有害因素的影響。3． 6 衛(wèi)生環(huán)保不需要螺紋連接用的切削液， 也不產(chǎn)生焊接時的煙氣，對環(huán)境無污染，達到清潔施工的效果。3． 7 美觀大方薄壁不銹鋼管在生命周期內(nèi)不會出現(xiàn)腐蝕或變色，管道美觀大方。3． 8 管道流通能力強以深圳常見的外墻 DN 50 mm 管道為計算對象，管道規(guī)格按照深圳實際使用情況選取外鍍鋅鋼管內(nèi)徑為 52． 7 mm，薄壁不銹鋼管內(nèi)徑為 47． 8 mm，流量為 100 m3 /h， 管長為 500 m， 起點壓力為 180kPa， 天然氣密度為 0． 802 3 kg /m3，運動粘度為 15 ×10 － 6 m2 /s，天然氣溫度取 20 ℃ ， 嚴重銹蝕的鍍鋅鋼管的當量絕對粗糙度取 3 mm［ 4］ ，薄壁不銹鋼管的當量絕對粗糙度取 0． 05 mm［ 4］ ， 按照 GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》 高中壓管道的單位長度摩擦阻力損失計算公式( 式 6． 2． 6 － 1 和式 6． 2． 6 － 2) ，可計算出薄壁不銹鋼管的單位壓降為 23． 88 Pa /m，嚴重銹蝕的鍍鋅鋼管的單位壓降為 38． 46 Pa /m?？梢姳”诓讳P鋼管的流通性能較好。3． 9 經(jīng)濟性管材的經(jīng)濟性是管材和管件成本、 施工安裝和維護管理等費用的綜合，管材是否經(jīng)濟適用，主要體現(xiàn)在其全壽命周期成本上。本文以高層及多層兩種燃氣工程中比較常見的樓棟結(jié)構(gòu)作為外鍍鋅管與薄壁不銹鋼管燃氣工程全壽命周期費用比較的對象。由于目前沒有燃氣用薄壁不銹鋼管工程的計算定額，故本文根據(jù)施工圖材料清單及深圳市外鍍鋅管和薄壁不銹鋼管相關(guān)材料的市場價， 參照深圳市建設(shè)工程計價費率標準，并結(jié)合施工單位經(jīng)驗，進行估算。工程費包括材料費、 人工費及施工機械使用費、企業(yè)管理費、 利潤、 措施費、 規(guī)費和稅金。根據(jù)施工單位經(jīng)驗，外鍍鋅管工程中人工費及施工機械費占材料費的比例約為 20% ; 另外， 據(jù)相關(guān)單位測算， 薄壁不銹鋼管工程的人工費及施工機械費約為外鍍鋅管工程的 70% 。企業(yè)管理費、 利潤、 措施費、 規(guī)費和稅金的費率按照《深圳市建設(shè)工程計價費率標準2010》 執(zhí)行。鍍鋅鋼管維護費按 3 年一周期估算，薄壁不銹鋼管無需維護?？傎M用為工程費與維護費之和，不考慮資金的時間成本。戶均總費用為總費用除以戶數(shù)，戶均年費用為戶均總費用除以使用年限。不同類型工程費用估算見表 1。高層情況: 樓高 22層，上環(huán)下行，DN 50 mm 上升管 1 條， DN 40 mm 降管 6 條，中壓入戶， 分戶調(diào)壓， 共 120 戶。多層情況: 樓高 7 層， DN 50 mm 上升管， 天面集中掛表， 分戶調(diào)壓，低壓入戶，共 60 戶。由表 1 可以看出，對于高層，采用薄壁不銹鋼管后，材料費上升了 29． 8% ，工程費上升了 18． 6% ， 但總 費 用 僅 上 漲 了 0． 84% ， 年 費 用 反 而 降 低 了69． 7% ; 對于多層， 采用薄壁不銹鋼管后， 材料費上升了 24． 7% ，工程費上升了 14． 5% ， 總費用降低了8% ，年費用降低了 72． 4% 。4 推廣薄壁不銹鋼管需要注意的問題4． 1 生產(chǎn)過程中的要求① 管材、 管件必須進行固溶處理通過固溶處理， 一方面可以消除制管焊接過程中的內(nèi)應力，降低應力腐蝕的可能; 另一方面可以恢復焊接過程中的晶界變化， 防止晶間腐蝕［ 5］ 。因此，廠家供應的用于燃氣管道的管材、 管件必須經(jīng)過固溶處理。② 薄壁不銹鋼管必須進行表面拋光處理不銹鋼的耐腐蝕性主要源于其表面的鈍化膜，鈍化膜的形態(tài)又影響了銹斑或銹膜的形成。光亮表面不銹鋼生成的鈍化膜要比粗糙加工表面的鈍化膜致密均勻，不易吸附水膜，不易于有害雜質(zhì)離子吸附引起銹斑或銹膜。亞光或拉紋的不銹鋼， 表面處理時靠磨料在很大的定向壓力下整平表面， 因此表面存在一定量的塑性變形組織特征， 影響了不銹鋼表面鈍化膜的連續(xù)性， 并且不可避免有磨料微粒嵌入變形 層 中， 加 大 了 表 面 層 活 性 而 引 起 銹 斑 或 銹膜［ 6］ ，因此，薄壁不銹鋼管材必須進行表面拋光處理。4． 2 施工材料的要求① 防止電位差引起的腐蝕為了防止由于電位差引起的電化學腐蝕， 薄壁不銹鋼管道系統(tǒng)應全部采用薄壁不銹鋼制管材、 管件和附件( 吊件、 管卡、 膨脹螺絲、 螺栓、 螺母等) ， 如果確需與其他材料接觸， 應采取防止電化學腐蝕的措施。如果接觸的設(shè)備材質(zhì)是銅件， 因為銅與不銹鋼電位差較小，所以可直接接觸; 若設(shè)備材質(zhì)是非銅件，則需采取保護措施， 例如: 安裝不銹鋼管時若使用碳鋼支架，則在支架與管道之間須墊不銹鋼片以及不含氯離子的塑料或橡膠墊片等加以隔離。② 防止墊片引起的腐蝕為防止墊片對法蘭造成的腐蝕， 根據(jù) CJJ 94—2009《城鎮(zhèn)燃氣室內(nèi)工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》 的要求，不銹鋼法蘭使用的非金屬墊片，其氯離子質(zhì)量分數(shù)不得超過 50 × 10 － 6。③ 管材、 管件壁厚的選擇對于擠壓式連接方式，若卡壓時管材為插口，管件為承口，那么卡壓時最終受力的為管材，所以為確保卡壓接口的連接質(zhì)量可靠， GB /T 19228． 1—2011《不銹鋼卡壓式管件組件 第 1 部分: 卡壓式管件》及 GB /T 19228． 2—2011《不銹鋼卡壓式管件組件第 2 部分: 連接用薄壁不銹鋼管》 中大多數(shù)同樣公稱尺寸的管材和管件， 管材的壁厚總是大于管件的壁厚，對于上述國標中同樣公稱尺寸壁厚也相同的管材和管件，應盡量通過控制管材壁厚偏差的方法使管材 壁 厚 實 際 值 大 于 同 尺 寸 的 管 件 壁 厚 實 際值［ 7］ 。④ 管材的保護薄壁不銹鋼管在堆放、 運輸、 安裝過程中若發(fā)生撞傷，出現(xiàn)凹痕、 劃傷會引起管材局部薄弱， 抗腐蝕能力下降，因此要做好管材的保護工作， 在裝卸、 搬運管材時應小心輕放，且避免油污。4． 3 施工過程的要求① 統(tǒng)一連接方式由于薄壁不銹鋼管的連接方式很多， 如果多種連接方式并存，對于管道系統(tǒng)的質(zhì)量和燃氣公司的管理必然造成隱患， 因此燃氣企業(yè)應該僅選定一種連接方式。② 統(tǒng)一管材、 管件、 施工機具和施工方法即使采用的連接方式都是雙卡壓粘接式， 不同供應商的管材、 管件尺寸公差不一樣，使用的施工機具和施工方法也存在差異。如果不同供應商的管材、 管件、 施工機具和施工方法混用， 通氣后燃氣企業(yè)的管理將變得十分困難。因此， 應該研究統(tǒng)一供應商、 管材、 管件、 施工機具和施工方法的途徑。③ 重要施工環(huán)節(jié)的控制應制定專門的薄壁不銹鋼管施工技術(shù)規(guī)程， 對卡壓方法、 機具要求、 管材切割、 涂抹厭氧膠( 或膠圈保護) 和防雷搭接等技術(shù)細節(jié)做出明確規(guī)定， 以確保工程質(zhì)量達標。4． 4 成品管道的保護① 管道的防撞保護薄壁不銹鋼管壁厚較薄， 抗沖擊能力較差， GB50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》 第 10． 2． 6 條規(guī)定，“薄壁不銹鋼管和不銹鋼波紋管必須有防外部損壞的 保 護 措 施。” 因 此， 安 裝 在 室 外 平 臺 ( 非 屋面) 、 通道等易受外力碰撞或踩踏處的薄壁不銹鋼管，應加設(shè)足夠強度的保護設(shè)施。室內(nèi)水平管道安裝高度宜在 2． 2 m 以上， 室內(nèi)立管宜設(shè)置在墻角等處［ 2］ 。② 管道外表面保護建筑物在主體施工完成后， 交付使用前通常會用草酸清洗墻面， 草酸會直接使不銹鋼管發(fā)生電化學反應從而導致腐蝕。為防止草酸對管道的腐蝕，可采取如下 3 種措施: 一是要求薄壁不銹鋼管出廠時必須貼一層保護膜， 待外墻酸洗完成后方可拆除保護膜; 二是對于已經(jīng)因酸洗產(chǎn)生的銹斑，一定要用不銹鋼專用除銹劑擦除干凈，避免腐蝕范圍擴大，讓銹蝕處重新生成保護膜; 三是可待外墻酸洗完成后再進行薄壁不銹鋼管的安裝。雖然外墻酸洗后腳手架已拆除，但由于薄壁不銹鋼管較輕，使得在沒有腳手架的情況下進行薄壁不銹鋼管施工具有了可行性。4． 5 其他問題① 目前國內(nèi)尚無專門的燃氣輸送用薄壁不銹鋼管的標準，燃氣行業(yè)使用薄壁不銹鋼管只能依據(jù)GB /T 12771—2008《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》和 GB /T 19228． 2—2011《不銹鋼卡壓式管件組件第 2 部分: 連接用薄壁不銹鋼管》 的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，但這兩個標準均不能完全規(guī)定燃氣用薄壁不銹鋼管的技術(shù)要求，且兩個標準的一些指標要求存在細微差異。因此，亟需有關(guān)部門盡快出臺燃氣輸送用薄壁不銹鋼管的標準，通過標準系統(tǒng)、 完整地規(guī)定薄壁不銹鋼管的各項技術(shù)要求。② 對于以膠圈作為密封材料的連接方式， 膠圈的質(zhì)量和壽命決定了薄壁不銹鋼管系統(tǒng)的整體使用壽命，但目前膠圈的生產(chǎn)、 檢測和使用環(huán)節(jié)都存在不確定因素，因此如何選定燃氣用膠圈的材質(zhì)，掌握膠圈在使用中的老化情況， 確定膠圈在燃氣中的使用壽命還需有關(guān)單位共同努力推進。③ 深圳屬于沿海地區(qū)， 離海岸較近地方的環(huán)境類似于被國際標準化組織列為六大類腐蝕性環(huán)境之一的海洋性環(huán)境( 包括海岸環(huán)境) 。