沐钊流体铝合金管道全流通设计、降低压损
压缩空气管道选材探讨
作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2024.04.03
信息摘要:
压缩空气供气管道材质的选用,需要考虑其抗腐蚀性能、价格、施工便利性以及其他方面的因素。文章对几种常用管材进行了详细的对比分析,着重对薄壁不锈…

压缩空气是最为常见的动力气体,是仅次于电力的第二大动力能源,普遍存在于工矿企业、医院、国防和科研机构等场所。随着国民经济的不断发展,压缩空气管道材质逐步更新换代,可供选用的管材逐渐增多,经济性在管材选用考虑因素中的权重与过去相比有所降低,越来越多的业主已经更愿意将重点放在追求质量上。本文将综合对比各类压缩空气管道材质的性能特点,并重点对薄壁不锈钢管道、聚乙烯 (PE)管道在压缩空气供气领域的应用作分析探讨,作为从业人员设计选材的参考依据。鉴于洁净厂房压缩空气供气品质要求较高,需要依据相应的专业规范进行选用,故文章对其不作讨论。

1、影响管材选取的因素

1.1 抗腐蚀性能

管道的腐蚀,是由于管道内壁本身或管道与压缩空气内容物结合而产生的现象。管道的抗腐蚀性是影响压缩空气管材选用的重要指标。大气中相对湿度一般高达65%以上,空气经设备压缩冷却后,即成为湿饱和空气。经过冷却干燥处理后的饱和压缩空气压力露点温度范围一般为-70 ℃~10 ℃,空气中含水量越多,则露点温度越高。当环境温度低于露点温度时,湿空气中的水分就会析出液态水。未经冷却分离和因温度降低而产生的液态水,在管道系统中被压缩空气夹带输送,成为设备、管道和阀门锈蚀的最主要原因 !

铸铁、碳钢和碳素结构钢是主要的几种容易被腐蚀的管材,其中铸铁管道已经几乎不会被采用,而后两者则是很常见的。长期被腐蚀的碳钢管道内壁生锈严重,被空气流动冲刷的锈渣会降低供气品质、增大管路阻力,从而影响生产质量,造成经济损失。因此,选用抗腐蚀性强的管道材质,不仅能保证供气品质稳定,也能提高管道系统使用寿命。对于抗腐蚀性能较好的管道材质,现行国家标准GB 50029-2014《压缩空气站设计规范》作出了具体规定!21,明确管道材质与输送的压缩空气品质有关,如表 1所示

压缩空气管材选用规定

该规范规定了各种品质等级的压缩空气所适用的管道材质,其选用原则是技术经济性,目的是保证供气品质稳定不受输送管道污染。从条文用词“可”字可见,规范对管材选用的规定是推荐性质规范编制组对新型管道材料是持以开放态度的[41因此我们在规范选用原则基础上,探索应用更多种类的管材是有意义的。

1.2 价格

在运行压力 0.8 MPa工况下,笔者调查了相对适合于压缩空气输送的9种管道,结合笔者参与的总承包工程经验,对组成管道系统造价的因素作了权重占比分类,见表2

1.3 施工便利性

金属管道的连接一般采用焊接、螺纹连接或卡箍连接,非金属管道一般采用热熔或电熔连接[1焊接连接的施工速度要慢于螺纹、卡箍或热熔连接,但就密封稳定性而言,焊接连接最可靠,接口不容易泄漏。卡箍连接的优点在于安装、拆卸方便施工快速,施工工作量仅为焊接的三分之一,且适合不允许现场动火的情况。

管道系统造价权重分析

1.4 其他因素

影响管材选用的还有供货周期、维护周期、管道安装支吊条件、管道工作环境、美观性等方面的因素。其中,管道维护是指管道外防腐加强、管接头易损件更换等事项。这需要设计人员在方案设计阶段,对建设方的需求和工程建设特点作充分的了解,才能确定最符合工程实际的管材。

2、常见管材综合比较

9种规格范围在 DN25~DN250之间的管道作综合对比分析,见表3


常见管材综合比较

3、新型管材的应用

以上9种常见管材中,第1~4项被较为普遍的采用。第 5~9 项管道承压能力在 1.6 MPa 以下其中铝合金无缝管道凭借其不易腐蚀、安装速度快的优点,已经得到推广应用。第6~9项管材较少用于压缩空气管道输送,但其在性能方面具有显著优势,故将其纳入讨论之列,作适用性分析比较。

3.1 衬塑复合管

不锈钢和铝合金这两种衬塑复合管,均适合室内架空敷设,有抗腐蚀、阻氧、抗紫外线照射、美观等优点,但相比铝公金无缝管道来说,同样抗腐蚀却价格更高,用于输送压缩空气无明显优势。仅在某些小规模供气系统,可用于替代普通钢管和铝合金管道。

3.2 薄壁不锈钢管道

3.2.1 性能特点

薄壁不锈钢管道材质与普通无缝不锈钢管道一致,其壁厚约为后者的一半,所以价格也少一半。薄壁不锈钢管道壁厚规格见表 46]。由于管道厚度变薄,造成管道强度性能下降,薄壁不锈钢管道架空敷设时,支品架间距比普通不锈钢管道更小,因此对管道安装要求更高。薄壁不锈钢管道的连接方式多样,一般对管径≤DN80时采用卡压连接,管径 >DN80 时采用焊接连接。

薄壁不锈钢管道壁厚规格表

3.2.2 应用分析

对于非洁净供气品质,在室内架空敷设且有条件设置更密集管道支吊架的情况下,薄壁不锈钢管道可取代无缝不锈钢管道。与无缝铝合金管道比较,薄壁不锈钢管道总体造价更低,拆装便利性不如铝合金管道,但是密封性却更加稳定,因此也有一定优势。当设计要求选用不锈钢材质管道时,采用薄壁不锈钢管道,能有效的降低造价,并能减轻管道重量、增强美观性!7.

3.3 聚乙烯 PE

3.3.1性能特点

SDR11系列的燃气用聚乙烯PE100管道稳定承压在 0.8 MPa,在天然气输送系统上已成熟应用具有耐腐蚀、耐低温、韧性好、管道连接方便、接头稳定、价格低、埋地使用寿命长(可达 50年以上 )等优点。同时,聚乙烯管道市场普及度高,货源充足,具备大量成功的工程应用经验和完善的施工验收标准体系 [81

3.3.2 应用分析

对工作压力不大于 0.8 MPa的室外埋地压缩空气管道来说,采用聚乙烯PE管道比传统金属管道具有显著优势。一方面,它解决了以往埋地金属压缩空气管道易腐蚀、寿命短的问题,另一方面良好的韧性使其抗震性能优良,在受地基沉降影响时允许管道有一定的延展变形!,不至于很快被拉断而造成管路系统破坏0]。因此,直接埋地敷设的聚乙烯 PE 管道性能优于金属管道,

目前,承压供气用途的聚乙烯管道,仅在燃气领域有成熟的检验、施工和验收国家标准,而用于压缩空气供气并没有直接的规范依据,这也是它少见于应用在压缩空气供气领域的原因之一。理论上说,压缩空气非易燃易爆气体,实际工况下管道中的流速 10~20 m/s,比天然气管道更安全。综上分析,设计人员综合考虑各方面因素,参考现行的 PE燃气管道相关规范进行设计,采用聚乙烯 PE 管道替代传统金属管道是可行的。

4、结语

压缩空气管道管材的选取,主要从抗腐蚀性能造价、施工安装和维护便利性等几个方面综合考虑。随着市场上各种管材性价比的不断提升,越来越多的管材可供选择。我们可以突破传统的设计选材思路,更多的尝试采用一些新型管材,积累成熟的应用经验,为下一步形成相关的管道规范和标准打好基础,最终达到让用户使用到性能更优良管材的目的。

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