第四节 管材及管道的连接

一、常用管材概述

管道一般由管子和附件组成，称为通用材料。为便于生产、设计、施工和建设等单位进行工程建设，我国相关部门于1959年正式批准了管子及其附件的统一技术标准，即：公称通径标准和公称压力标准，并于1961年5月1日全面贯彻实施。现行的各种材料及管件的技术标准，均依这两项标准为基准编制。

1. 公称通径

制订公称通径的目的是使管道安装连接时，接口保持一致，具有通用性和互换性。国家标准GB/T 1047—2005^[1]《管道元件DN（公称尺寸）的定义和选用》推荐优先选用的DN数值见表2-5。

公称通径从6～4000mm共分43个级别，其中15、20、40、50、65（70）、80、100、125、150、200、250、300、400、500、600、700、800、1000等18个规格是工程上常用的公称通径规格。

公称通径既不等于其实际内径，也不等于其实际外径，只是个名义直径，但无论管材的实际内径和外径的数值是多少，只要其公称通径相同，就可以用相同公称通径的管件相连接，具有通用性和互换性。

我国曾用符号Dg表示金属管公称直径，国际通用DN表示，符号后面用数字注明公称通径的数值。如公称通径为150mm的管材用DN 150表示。

2. 公称压力

（1）公称压力 工程上所用的管材足以在一定介质温度条件下（200℃）承受介质压力的允许值，作为管材的耐压强度标准，称为“公称压力”，用符号PN表示。GB/T 1048—2005《管道元件PN（公称压力）的定义和选用》规定了PN系列的数值。

（2）试验压力 管材出厂前，为检验其机械强度和严密性能，一般以压力试验来确定，用来进行压力试验的压力标准，称为试验压力，以符号Ps表示。试验压力一般为公称压力的1.5～2倍。

（3）工作压力 管材不但承受介质的压力作用，同时还承受介质的温度作用。材料在不同温度条件下具有不同的机械强度，因而其允许承受的介质工作压力是随介质温度不同而不同的。对于碳素钢管材，工程上将其工作温度应用范围（0～450℃）分为8级，每级的公称压力与工作压力的换算对应关系如下：

Ⅰ级温度0～20℃，工作压力 =1.20×公称压力；

Ⅱ级温度20～200℃，工作压力 =1.00×公称压力；

Ⅲ级温度200～250℃，工作压力 =0.92×公称压力；

Ⅳ级温度250～300℃，工作压力 =0.82×公称压力；

Ⅴ级温度300～350℃，工作压力 =0.73×公称压力；

Ⅵ级温度350～400℃，工作压力=0.64×公称压力；

Ⅶ级温度400～425℃，工作压力=0.58×公称压力；

Ⅷ级温度425～450℃，工作压力=0.45×公称压力。

3. 管螺纹

管螺纹是管道采用丝扣连接的通用螺纹，按其构造形式，分为圆柱形管螺纹和圆锥形管螺纹两种。它们均为无间隙螺纹，可以保证管道的气密性，圆锥管螺纹用于螺纹较短，管壁较薄或要求较高的场合。

二、燃气用金属管材

1. 钢管

钢管是应用于燃气管道的主要管材，它能承受较大的应力，有良好的塑性，便于焊接。与其他金属相比，在相同的敷设条件下，管壁较薄，能节省金属用量，但钢管的耐腐蚀性较差。随着生产技术的发展，钢管的性能在不断改进，可提高燃气管网安全运行的可靠性。

燃气常用的钢管有无缝钢管和有缝钢管。

1）无缝钢管强度高，广泛用于压力较高的管道。例如热力管道、燃气管道、氨制冷管道、压缩空气管道、氧气管道、乙炔管道，以及除强腐蚀性介质以外的各种化工管道。无缝钢管规格用外径乘壁厚表示，如D219×5表示外径为219mm、壁厚为5mm的无缝钢管。

2）有缝钢管又称焊接钢管，分为低压流体输送钢管与卷焊钢管。低压流体输送钢管分为不镀锌钢管（黑铁管）和镀铸钢管（白铁管）两种，应用在管径较小的低压介质输送上，如给水管道、热水管道、燃气管道、蒸汽管道、碱液及废气管道、压缩空气管道等。卷焊钢管是由钢板卷制，采用直缝或螺旋缝焊制而成。主要用在大直径介质输送管道，一般可用于燃气管网和热力管网。

2. 钢管规格

（1）低压流体输送用焊接钢管 低压流体输送用焊接钢管因有焊接缝，称为有缝钢管，其规格详见《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T 3091—2008）^[2]，常用在室内采暖、燃气管道、给水、消防等工程中，俗称水煤气输送钢管。这种管材多采用螺纹连接，为便于螺纹加工，管材多用碳素软钢制造，故俗称熟铁管。根据管材是否镀锌，又分为镀锌钢管（俗称白铁管）和不镀锌钢管（俗称黑钢管）。镀锌钢管常应用于小管径的生活给水管道、消防自喷给水管道、生活热水管道、蒸汽管道等；不镀锌钢管主要用于小管径的生产给水管道、消防栓给水管道、燃气管道、热水采暖管道、蒸汽管道、碱液及废气管道、压缩空气管道等。

有缝钢管按其壁厚可分为两种规格：普通管和加厚管，普通管适用于公称压力PN≤1.0MPa的场所；加厚管适用于公称压力PN≤1.6MPa的场所。钢管出厂时有管端带螺纹和不带螺纹两种。

低压流体输送用焊接钢管的规格见表2-6。

（2）无缝钢管 用普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金钢和合金结构钢生产的无缝钢管，有冷拔和热轧两种，其规格详见《输送流体用无缝钢管规格》（GB/T 8163—2008）^[3]。其中冷拔管的公称直径为5～200mm，壁厚为0.25～14mm。热轧管的公称直径为32～630mm，壁厚为2.5～75mm。为满足不同的工作压力需要，同一公称直径的无缝钢管有多种壁厚，参见表2-7输送流体用无缝钢管规格。

无缝钢管的供货长度分为普通长度、定尺长度和倍尺长度三种。普通长度，热轧管为3～12.5m；冷拔管为1.5～9m。定尺寸长度按用户提出的管长订货，倍尺寸长度，按某一长度的倍数供货。如按2.0m的倍长供货即2m、6m、8m等。

（3）螺旋缝焊接钢管 螺旋缝焊接钢管一般用A2、A3、A4、B2、B3等普通碳素钢和16Mn低合金钢制造。根据标准（GB 1047—2005）^[4]，采用自动电弧焊接。生产规格系列为：管径D219～D720、厚度δ=7～10mm，其中D529～D720有单面焊和双面焊两种。

螺旋缝焊接钢管较广泛地应用在燃气管道上，在水暖工程中，一般用在大管径的蒸汽、冷凝水、热水和燃气等室外管道和长距离输送管道。适用于介质压力P≤2MPa，介质温度t≤200℃范围。

螺旋缝焊接钢管的规格和无缝钢管一样，用外径×壁厚表示。如D219×8，螺旋缝焊接钢管的尺寸规格见表2-8。

（4）直缝卷制焊接钢管 直缝卷制焊接钢管，可以应用于燃气管道上，其公称直径规格为DN10～DN1200，壁厚为3～12mm。在水暖工程中多用在室外气、水和废气的管道上。适用于压力PN≤1.6MPa，温度≤200℃范围。直缝卷制焊接钢管的产品规格见表2-9。

3. 铸铁管

铸铁管是另一种重要的金属管材。与钢管相比，铸铁管有极好的抗腐蚀性能，所以在城镇中、低压燃气管网中应用十分普遍。

铸铁管是由灰铸铁铸造而成，不易焊接、材质较脆、不能承受较大的应力，所以在动荷载较大的地区与重要地段，仍需局部采用钢管。

由于科学技术不断进步与工业生产能力的提高，铸铁管的材质与接口形式都有较大改进，高强度的球墨铸铁管正逐渐代替普通铸铁管，其抗拉强度由250MPa提高到400MPa，相当于钢管的性能。使用这种铸铁管时，极少发生管道的折断或破裂事故，提高了运行的可靠性。在接口形式上也出现了很多柔性机械接口，提高了管道的抗震能力。

铸铁管不仅应用于低压燃气管道，也广泛应用于给水和排水管道上。

三、管道的连接

管道连接是按照设计图样的要求，将管子连接成一个严密的整体，以达到使用的目的。管道材质的不同，其连接方法不同；管道的用途不同，其连接方法也有差异。燃气管道的连接方法主要有焊接连接、法兰连接、螺纹连接、承插连接四种形式。

1. 焊接连接

焊接连接是燃气管道工程中最主要，而且应用最广泛的连接方法。焊接连接的优点是：接头强度高，牢固耐久；接头严密性高，不易渗漏；不需要接头配件，造价相对较低；工作性能安全可靠，不需要经常维护检修。焊接的缺点是：接口是固定接口，不可分离，拆卸时必须把管子切断；接口操作工艺要求较高，需受过专门培训的焊工焊接施工。

常用的焊接方法有气焊和电弧焊。当管壁厚度在4mm以下时，气焊能保证焊缝质量。当壁厚在4mm以上时，必须使用电弧焊。为保证焊接质量良好，在管端要根据管壁的厚度做成适当的坡口形式（见图2-10）。

燃气管道的焊接一般多采用“V”形坡口。当采用手工焊时应尽量减少固定焊口的数量，必须保证质量。

2. 法兰连接

法兰连接就是把固定在两个管口上的一对法兰盘，中间放入密封垫片，然后用螺栓拉紧使其接合起来的一种可拆卸的接头，主要用于管道与带法兰的配件或设备的连接，以及管道需要拆卸检修的场所。

法兰连接的优点是拆卸方便、强度高、密封性能好。燃气管道与较大口径的阀门、管件连接时，也常用法兰连接。

钢管上的法兰盘，可以用焊接、螺纹、胀接等多种方法与管道连成一体，燃气管道通常采用焊接方式。当采用焊接方法时，在管道工作压力为0.25～1.0MPa时，一般采用图2-11所示的形式。

管道与法兰连接之后，将一对法兰紧固，便连成管道。紧固时，要在一对法兰之间衬以软质垫圈，以保证连接的气密性。当输送焦炉煤气时，用石棉橡胶垫圈；输送液化石油气或天然气时，常用耐油橡胶垫圈，以防止介质侵蚀垫圈破坏管道的气密性。

3. 螺纹连接

螺纹连接也称丝扣连接，通过管道的外螺纹与管件的内螺纹把管道与管道、管道与管件、管道与阀门连接起来。

螺纹连接适用于低压流体输送用焊接钢管，室内燃气管道多采用螺纹连接。

管螺纹有圆锥形管螺纹和圆柱形管螺纹。管道连接多采用圆锥形外螺纹，阀门、通丝管箍、螺母等连接多采用圆柱形螺纹。

管螺纹的连接是用管子的外螺纹与管件内螺纹连接，中间充塞填料，使之严密地旋合在一起，并便于拆卸。

管螺纹的连接方式有三种：圆柱形接圆柱形管螺纹，圆柱形接圆锥形管螺纹，圆锥形接圆锥形螺纹。其中后两种连接方式可以使螺纹越旋越紧，是常用的连接方式。

管螺纹连接时，应在管子的外螺纹与管件或阀件的内螺纹之间加上适当的填料，填料的作用有两个：一是密封，二是养护管口，便于维护检修时拆卸。管子在输送湿燃气，冷、热水、压缩空气时，常用油麻和白厚漆（俗称铅油、麻丝）作填料。先将麻丝理成薄而均匀的纤维，然后把白厚漆均匀地涂在管螺纹上，再将麻丝从螺纹的第二扣开始沿螺纹方向（顺时针方向）进行缠绕，缠好后，用手拧入2～3扣为宜，再用管钳将管件拧紧，拧紧后的管口应留有2～3扣丝，随后，应将裸露的外丝作防腐处理。

输送天然气的管道，不宜用麻丝和白厚漆做填料，应用聚四氟乙烯生料带。聚四氟乙烯生料带是用聚四氟乙烯树脂与一定量的助剂相混合辗制成厚度为0.1mm、宽度不大于30mm、长度为1～5m的薄膜带，因为不经过热聚合过程，所以叫作生料带。

聚四氟乙烯生料带具有优良的耐化学腐蚀性，对于浓酸、浓碱及强氧化剂，即使在高温下也不发生化学反应，它的热稳定性好，耐工作温度较高，可在250℃下长期工作，可用在工作温度为-180～250℃的各类管路中。

4. 承插连接

承插连接应用于铸铁管的连接，承插连接分为刚性和柔性两种接口（见图2-12）。

刚性接口，在低压燃气管道中用浸油线麻和水泥作填料；在中压燃气管道中以耐油橡胶圈和水泥作填料（有时也加一道浸油线麻）。使用的水泥有普通500号硅酸盐水泥、自应力水泥等。

柔性接口，过去是以青铅、油麻作填料，但要耗用大量有色金属，而且操作也较复杂。为此，也可在承插口内只设置一道耐油橡胶圈，如图2-13所示。这种做法简便易行，效果良好，对土壤的不均匀沉降和地震均有较强的抵抗力。

在铸铁管连接方面，机械接口是在承插接口基础上发展起来的连接方式，具有很好的抗震性能。如图2-14、图2-15和图2-16所示。

这些接口的填料以各种截面的橡胶圈为主，或再辅以油麻和铅，其外再用法兰盘与挡圈或卡箍紧固。螺栓等易腐蚀零件应经沥青防腐处理。

对于应用在燃气管道上的密封圈，要求能抵抗介质、水和细菌的腐蚀，有持久的良好弹性与强度，永久变形越小越好。在焦炉煤气管道上使用丁腈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。