燃?xì)獗”诓讳P鋼管的性能與連接方式比較

摘 要

摘要：介紹了燃?xì)獗”诓讳P鋼管的性能，分析了CJJ 94—2009《城鎮(zhèn)燃?xì)馐覂?nèi)工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》推薦使用的幾種薄壁不銹鋼管連接方式的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行了比較。關(guān)鍵詞：薄壁
摘要：介紹了燃?xì)獗”诓讳P鋼管的性能，分析了CJJ 94—2009《城鎮(zhèn)燃?xì)馐覂?nèi)工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》推薦使用的幾種薄壁不銹鋼管連接方式的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行了比較。
關(guān)鍵詞：薄壁不銹鋼管；性能；連接方式；環(huán)壓式
Performance of Thin.walled Stainless Steel Gas Pipe and Comparison of Connection Modes
CHEN Wen，ZHANG YumeiZENG Lingji
Abstract：The performance of thin-walled stainless steel gas pipe is introduced.The eharacteristics of some connection modes of the pipe recommended by Code for Construction and Quality Acceptance of City Indoor Gas Engineering(CJJ 94—2009)are analyzed and compared.
Key words：thin-walled stainless steel pipe；performance；connection mode；ring compression
1 概述
   隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)住宅、公共建筑和旅游設(shè)施大量興建，對(duì)流體(水、燃?xì)?輸送、供應(yīng)提出了新的要求。在輸送管道中，鍍鋅鋼管已經(jīng)結(jié)束了百年輝煌的歷史，各種新型塑料管及復(fù)合管得到迅速發(fā)展，但各種管材還不同程度地存在著一些不足，遠(yuǎn)不能完全滿足人們的需要和對(duì)流體輸送的要求。因此，有關(guān)專家預(yù)言：建筑流體管材最終將回到金屬管時(shí)代。根據(jù)國(guó)外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，金屬管中的薄壁不銹鋼管將可能成為綜合性能最好的管材之一。CJJ 94—2009《城鎮(zhèn)燃?xì)馐覂?nèi)工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》將薄壁不銹鋼管列為室內(nèi)燃?xì)夤艿赖倪x用管材，這是對(duì)薄壁不銹鋼管多年來(lái)在燃?xì)忸I(lǐng)域中的應(yīng)用給予的充分肯定。薄壁不銹鋼管具有安裝簡(jiǎn)便，安全可靠，因其管壁較薄(但其強(qiáng)度并不低)而成本較低，使用壽命較長(zhǎng)(大致為銅管的2倍，碳鋼管的2.5～4倍，復(fù)合管的2～3倍)等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用于燃?xì)馐覂?nèi)管道的綜合性價(jià)比較高，因此薄壁不銹鋼管已成為目前較為理想的燃?xì)馐覂?nèi)用管材，具有較廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景[1]。
2 薄壁不銹鋼管在燃?xì)忸I(lǐng)域的應(yīng)用
    薄壁不銹鋼管誕生于20世紀(jì)50年代，瑞典學(xué)者首先提出了薄壁不銹鋼管概念并申請(qǐng)專利；70年代，德國(guó)馬普爾斯公司開始將其投入生產(chǎn)，并開始應(yīng)用于建筑冷、熱水；80年代，日本開始將其應(yīng)用于建筑冷、熱水；1998年，我國(guó)開始生產(chǎn)建筑冷、熱水薄壁不銹鋼管；2003年，薄壁不銹鋼管開始應(yīng)用于燃?xì)夤艿?。薄壁不銹鋼管是傳統(tǒng)管材的換代產(chǎn)品，也是節(jié)能、節(jié)材和環(huán)保要求的必然。除燃?xì)忸I(lǐng)域外，薄壁不銹鋼管在給水、排水、消防等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。
    住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部很重視薄壁不銹鋼管的推廣應(yīng)用，CJ/T 151—2001《薄壁不銹鋼水管》、GB/T 12771—2008《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》等標(biāo)準(zhǔn)已陸續(xù)發(fā)布執(zhí)行。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部現(xiàn)已發(fā)文，相關(guān)管道工程技術(shù)規(guī)程及安裝圖集正由同濟(jì)大學(xué)負(fù)責(zé)編制。GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定薄壁不銹鋼管可應(yīng)用于室內(nèi)燃?xì)夤艿乐?，這為薄壁不銹鋼管在室內(nèi)燃?xì)獍惭b中發(fā)揮作用提供了廣闊的空間。
3 室內(nèi)燃?xì)夤艿拦こ虒?duì)管材的基本要求
    室內(nèi)燃?xì)夤艿酪惺芤欢ǖ膲毫Γ細(xì)庑孤?huì)導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)室內(nèi)燃?xì)夤艿拦懿牡幕疽笫牵河凶銐虻臋C(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度、延伸率)，連接性好，具有不透氣性。要滿足管材的基本要求，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行選材：
   ① 材料的強(qiáng)度性能
   管道材料的強(qiáng)度性能應(yīng)從抗拉強(qiáng)度極限、屈服極限、延伸率等幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。這幾個(gè)參數(shù)因材質(zhì)不同而有較大的變化，鋼管的抗拉強(qiáng)度極限一般為335～565MPa，屈服極限一般為205～480MPa，鋼的延伸率越大，其屈服極限越低，塑性越好，越易焊接加工。
   ② 材料的斷裂韌性
   管道斷裂分為韌性斷裂和脆性斷裂。過(guò)大的拉應(yīng)力和裂紋缺陷是韌性斷裂的主要原因，低溫、應(yīng)力和裂紋缺陷3個(gè)條件共同作用是脆性斷裂的主要原因。為了防止管道在工作條件下斷裂，在管材生產(chǎn)和施工過(guò)程中應(yīng)注意消除管道裂紋缺陷并減小外應(yīng)力。
   ③ 材料的可靠連接性能
   要求管材在一定的連接(焊接、機(jī)械連接等)工藝方法、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式條件下，能夠具有可靠的連接性能。
   ④ 材料的抗腐蝕性能
   城鎮(zhèn)燃?xì)庖话闶墙?jīng)過(guò)凈化的燃?xì)?，可以不考慮管道的內(nèi)壁腐蝕。室內(nèi)燃?xì)夤艿篱L(zhǎng)期裸露于大氣中，應(yīng)考慮管道外壁的抗腐蝕能力，特別是在大氣環(huán)境比較惡劣的大城市，更應(yīng)該注意此項(xiàng)性能。
   ⑤材料的溫差適應(yīng)性
   在惡劣環(huán)境條件下，如低溫(-20～0℃)、高溫(40～70℃)時(shí)，管材不發(fā)生低溫脆裂和高溫變形。
    薄壁不銹鋼管是利用不銹鋼熱軋鋼板(帶)或熱軋縱剪鋼帶經(jīng)輾壓、卷制、焊接而成，是能夠滿足上述要求的室內(nèi)燃?xì)夤懿闹?。薄壁不銹鋼管具有耐腐蝕、外表美觀、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，適用于低壓燃?xì)獾妮斔?，特別適用于對(duì)外觀要求較高的中、高檔小區(qū)。
4 燃?xì)獗”诓讳P鋼管的性能
4.1 基本性能
   ① 材料強(qiáng)度高
   與其他各種常見(jiàn)材料相比，薄壁不銹鋼管的材料強(qiáng)度高，不同管材的強(qiáng)度比較見(jiàn)表1。
表1 不同管材的強(qiáng)度比較
管材
304不銹鋼管
碳鋼管
銅管
塑料管
抗拉強(qiáng)度/MPa
530～750
300
200
50
   ② 耐腐蝕性能好
   不銹鋼管之所以具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，是因?yàn)槠淇梢耘c氧化劑發(fā)生鈍化作用，在表面形成一層堅(jiān)韌致密的Cr203富鉻氧化保護(hù)膜，而其他碳鋼管、銅管等的鈍化能力很小。
   ③ 使用壽命長(zhǎng)
   與其他各種常見(jiàn)材料相比，薄壁不銹鋼管的使用壽命較長(zhǎng)，不同管材的使用壽命比較見(jiàn)表2。
表2 不同管材的使用壽命比較
管材
不銹鋼管
銅管
碳鋼管
復(fù)合管
塑料管
使用壽命/a
50～70
30～50
15
15～30
25.30
4.2 安全性能
    ① 強(qiáng)度高的管材是安全性的基礎(chǔ)
    由表1可知，奧氏體不銹鋼材質(zhì)的薄壁不銹鋼管，其抗拉強(qiáng)度是碳鋼管的2倍、銅管的3倍、塑料管的10～15倍。高強(qiáng)度的不銹鋼管承壓較高，能承受外力沖擊和較高的輸送壓力，是安全性好的基礎(chǔ)。
    ② 耐腐蝕性好的管材是安全性的保障
    就耐腐蝕性能而言，不銹鋼管是金屬管中的佼佼者，它在各種含氧量、溫度、pH值溶液中均有良好的耐腐蝕性，即使表面受損，也能很快在常態(tài)下自然氧化愈合，因此一般不會(huì)發(fā)生局部腐蝕，能切實(shí)保障管道的安全性。
5 薄壁不銹鋼管的連接方式及選擇
    根據(jù)GB/T 12771—2008的規(guī)定，薄壁不銹鋼管是指壁厚與外徑比不大于3%的不銹鋼管，目前燃?xì)庑袠I(yè)使用的薄壁不銹鋼管要求壁厚不小于0.6mm。
5.1 標(biāo)準(zhǔn)推薦的薄壁不銹鋼管連接方式
    CJJ 94—2009推薦的薄壁不銹鋼管的連接方式主要有承插氬弧焊式、卡套式、卡壓式、環(huán)壓式等幾種較成熟的連接方式。
   ① 承插氬弧焊式連接
承插氬弧焊是將管道插入管件承口，用鎢極氬弧焊(TIG焊)將兩連接件熔焊焊接而成一體的連接方式。其優(yōu)點(diǎn)是連接強(qiáng)度高；缺點(diǎn)是施工技術(shù)要求高，有時(shí)內(nèi)外氬氣保護(hù)在施工現(xiàn)場(chǎng)較難實(shí)現(xiàn)。承插氬弧焊式連接見(jiàn)圖1。
 

   ② 卡套式連接
   卡套式(也稱卡凸式)連接是用鎖緊螺帽和螺紋管件將管道壓緊于管件上的連接方式。其優(yōu)點(diǎn)是操作方便，易于安裝；缺點(diǎn)是連接強(qiáng)度不夠高，抗外力能力較差。
   ③ 卡壓式連接
卡壓式連接是將“0”型密封圈，用專用卡壓工具壓入連接處，鉗壓后斷面呈六邊形的一種擠壓式連接方式。其優(yōu)點(diǎn)是操作方便，易于安裝；缺點(diǎn)是連接強(qiáng)度不夠高，抗外力能力差?？▔菏竭B接見(jiàn)圖2。
 

   ④ 環(huán)壓式連接
   環(huán)壓式連接是將套有圓筒狀彈性體密封圈的管道插入環(huán)壓式管件的承口，用專用工具從外部沿承口圓周施壓，使承口連同管道一起局部下凹變形，壓縮承口的密封段，從而達(dá)到管道管件緊固密封的一種連接方式。其優(yōu)點(diǎn)是操作方便，易于安裝，連接強(qiáng)度高；缺點(diǎn)是密封圈和管件不是整體件，安裝中要特別注意其密封效果。環(huán)壓式連接見(jiàn)圖3。
 

    對(duì)比卡壓式和環(huán)壓式連接方式，可知：這兩種連接方式基本相似，都是鉗壓連接，但其鉗壓點(diǎn)不同?？▔菏姐Q壓點(diǎn)為1處，鉗壓斷面為斷續(xù)的六邊形；環(huán)壓式鉗壓點(diǎn)為2處，鉗壓斷面為連續(xù)的圓形，后者的連接效果較好。
5.2 幾種連接方式的比較
    承插氬弧焊式、卡套式、卡壓式、環(huán)壓式等連接方式，各有特點(diǎn)，其中承插氬弧焊式連接是一種較有特色的連接方式，在燃?xì)獗”诓讳P鋼管道連接中具有一定的優(yōu)勢(shì)，連接效果最好。
    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，并宜優(yōu)先選用承插氬弧焊式管件連接。這正是對(duì)承插氬弧焊式連接方式的肯定。此外，該條條文說(shuō)明中還指出：薄壁不銹鋼管采用承插氬弧焊式管件屬無(wú)泄漏接頭連接，與卡壓、卡套等機(jī)械連接相比較具有明顯優(yōu)點(diǎn)，故推薦選用。這足以說(shuō)明承插氬弧焊式連接方式具有優(yōu)勢(shì)地位。但是如用傳統(tǒng)的焊接方式進(jìn)行連接，因?yàn)楸”诓讳P鋼管在現(xiàn)場(chǎng)施工，很難做到管內(nèi)壁的氬氣保護(hù)，而保護(hù)不良的焊接會(huì)導(dǎo)致不銹鋼抗腐蝕性能大幅下降，其焊縫在2～3a后會(huì)發(fā)生滲漏，從而帶來(lái)較大的安全隱患。因此，在目前小口徑薄壁不銹鋼管氬弧焊連接方式的現(xiàn)場(chǎng)氬氣保護(hù)問(wèn)題未能經(jīng)濟(jì)有效地解決之前，承插氬弧焊式連接方式還不宜大面積推廣使用，這也是該連接方式目前未能在燃?xì)庑袠I(yè)大量推廣的主要原因。
    在其他幾種機(jī)械式連接方式中，卡套式具有可拆卸、可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，但其管件價(jià)格相對(duì)較高，且由于薄壁不銹鋼管表面十分光滑，連接強(qiáng)度較低，因此燃?xì)夤こ讨幸话爿^少采用，而卡壓式、環(huán)壓式成為目前薄壁不銹鋼管的主要連接方式，二者均屬于機(jī)械式連接中的擠壓式連接方式。燃?xì)獗”诓讳P鋼管有多種連接方式，其中擠壓式連接性能較好。
    所謂擠壓式連接，是一種通過(guò)冷擠壓手段實(shí)現(xiàn)管道與管件連接密封的方式，它是將預(yù)先套上密封圈的管道插入管件的承口，從外部對(duì)承口的連接段周向施壓。壓制中，承口的連接段連同插入的管道一起下凹變形后抱死鎖緊，從而實(shí)現(xiàn)管道與管件的有效密封。
    歐洲在20世紀(jì)60年代發(fā)明了擠壓式連接技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)使不銹鋼管的薄壁化得以實(shí)現(xiàn)，并于90年代引入中國(guó)，在國(guó)內(nèi)被稱作卡壓式連接。結(jié)合歐共體國(guó)家推廣的管道擠壓連接技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)國(guó)內(nèi)近幾年卡壓式連接在工程應(yīng)用中的利弊所作的比較研究，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為管道擠壓連接技術(shù)是燃?xì)獗”诓讳P鋼管道連接方式未來(lái)發(fā)展的主要方向。
    卡壓式和環(huán)壓式成本相似，而后者效果較好。對(duì)這兩種連接方式的爭(zhēng)論點(diǎn)主要在于其密封圈的壽命能否達(dá)到與管道相同，只要密封圈的壽命能夠與管道基本相同，則這種連接方式就是一種較好的方式。為解決這個(gè)問(wèn)題，相關(guān)單位應(yīng)該立即著手與國(guó)內(nèi)權(quán)威檢測(cè)單位聯(lián)合，作相應(yīng)的分析、試驗(yàn)，用相對(duì)可靠的密封圈壽命科學(xué)分析數(shù)據(jù)消除大家的疑慮。
    國(guó)內(nèi)相關(guān)單位已經(jīng)開始行動(dòng)，目前在薄壁不銹鋼管環(huán)壓式連接方式上，擁有多項(xiàng)專利的成都共同管業(yè)公司已經(jīng)著手進(jìn)行這項(xiàng)工作，并即將拿出成果。相信在不久的將來(lái)，薄壁不銹鋼管一定會(huì)在國(guó)內(nèi)燃?xì)忸I(lǐng)域得到大量應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 池愛(ài)君.薄壁不銹鋼管在室內(nèi)燃?xì)夤こ痰膽?yīng)用[J]煤氣與熱力，2009，29(8)：B25-B27.
 
(本文作者：陳文1 張玉梅2 曾令基3 1.廣西佳迅管道工程有限公司 廣西南寧 530022；2.重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院 重慶 400030；3.重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 重慶 400020)