燃气用薄壁不锈钢管的应用探讨

杭州萧山新奥燃气有限公司　陈　军

同济大学机械与能源工程学院　周伟国

燃气用薄壁不锈钢管的应用探讨

杭州萧山新奥燃气有限公司陈军

同济大学机械与能源工程学院周伟国

薄壁不锈钢管强度高，施工工艺简单并具有良好的防腐性能，能有效延长燃气管道的使用寿命，进而提高燃气使用的安全性。文章介绍了燃气用薄壁不锈钢管关键施工工艺的控制，根据工程应用过程中遇到的问题，提出相应的工程优化建议。

薄壁不锈钢管关键工艺控制优化建议

0　概述

目前，我国主要城市的管道燃气普及率已经超过80%，随着室内管道系统的老化，燃气泄漏事故也进入多发阶段，其中，因金属腐蚀造成的管道穿孔泄漏是造成室内燃气泄漏事故的主要原因。因此，有效解决金属管道腐蚀问题，是解决室内管道燃气事故频发的有效方法。近年来，燃气用薄壁不锈钢管作为新型管材正日益受到国内各燃气公司的重视。相较于传统的无缝钢管和镀锌钢管，薄壁不锈钢管不但具备前者抗拉强度高、延展性和韧性高、热膨胀系数低等优点，而且由于其耐腐蚀性强，能有效延长管道使用寿命，提高燃气的安全性，能有效解决城镇燃气存在的因管道腐蚀造成后期维护成本高、事故多发的问题，具有良好的推广价值和应用前景。

薄壁不锈钢管作为室内燃气管材，具有以下五个优点：

(1)管体美观大方，能与现代建筑物密切融合；

(2)管体内壁光滑，摩擦阻力小，输送能力大；

(3)管壁薄，管体质量轻，劳动强度低；

(4)采用环压连接，施工工艺简单；

(5)耐腐蚀性强，使用寿命长。

杭州萧山新奥燃气有限公司于2014年起，在部分老户改造中进行了薄壁不锈钢管的使用试点工作，本文根据薄壁不锈钢管的自身特点和施工过程中遇到的一些问题，提出工程优化建议。

1　薄壁不锈钢管燃气工程的关键控制点

1.1管材、管件及密封材料的选用

薄壁不锈钢管材、管件的材料牌号及化学成分应符合《流体输送用不锈钢焊接钢管》(GB/T l2771—2008)、《不锈钢卡压式管件组件第l部分卡压式管件》(GB/T l9228.1—2011)和《不锈钢卡压式管件组件第2部分：连接用薄壁不锈钢管》(GB/T 19228.2—2011)的规定，材料牌号为06Crl9Nil0。我公司在试点工程中使用的薄壁不锈钢管最大公称直径为50 mm，且选用壁厚较大的管道，推荐使用的薄壁不锈钢管尺寸见表1。

表1　薄壁不锈钢管尺寸

双卡压式机械连接用的O形密封圈材质为氢化丁腈橡胶，其性能应符合《不锈钢卡压式管件组件第3部分：O形橡胶密封圈》(GB/T l9228.3—2012)的规定。氢化丁腈橡胶是由丁腈橡胶进行特殊加氢处理而得到的一种高度饱和的弹性体，具有良好耐油性、耐热性、耐化学腐蚀性以及较高的抗压缩永久变形性能；同时氢化丁腈橡胶还具有高强度、高拉伸性能和高耐磨性能等特点，是理想的密封填充材料。

1.2管材和管件的堆放

薄壁不锈钢管材、管件对储存堆放条件要求比无缝钢管和镀锌钢管更加严格，应储存于无腐蚀介质的干净环境内，避免杂乱堆放或与其他物件混放。存放时，不同规格的管材应分别堆放，并做好标志。管材、管件严禁与其他金属物质接触，防止产生电化学腐蚀，不应与水泥浆、水泥、砂浆、拌合混凝土直接接触，以免造成锈蚀。严禁在不锈钢管材上堆放其他重物，造成管材变形。

1.3连接方式的选择

薄壁不锈钢管由于管壁薄，无法进行套丝，因此不能采用丝扣连接。《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)第10.2.6条规定：“薄壁不锈钢管的连接方式，应采用承插氩弧焊式管件连接或卡套式管件机械连接”；《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》(CJJ 94—2009)第4.3.3条规定：“薄壁不锈钢管应采用承插氩弧焊式管件连接或卡套式、卡压式、环压式等管件机械连接”。

采用承插氩弧焊连接时，由于管道内壁需要氩气保护，加之不锈钢薄壁管壁厚薄，焊接时产生高温也会破坏管道的防腐层，难以保证施工质量，因此不建议使用。

双卡压式连接(见图1、图2)是通过冷挤压手段实现管材与管件的密封连接。它是将管材插入预先放置密封圈的管件承口，利用卡压连接工具从外部对承口的周向施压，利用金属材料自身的刚性，在管件外凸环两侧形成六角截面，使接口起到密封和锁固作用。

图1　双卡压式机械连接方法

图2　双卡压式械连接

环压连接的技术特点是：“环状压缩紧固”和“面密封”。这项技术的核心就是在提高系统连接可靠性的前提下，通过降低连接强度对钢管壁厚的依赖，使管材的薄壁化更进一步，节省了为保证金属管刚性而增加壁厚的材料。其安装步骤如下：定尺切割→去毛刺→标记划线→承口插管→压接。安装时，要检查管件承口是否清洁，密封圈是否完整，管材端是否有毛刺，防止污物及毛刺划伤密封圈；管道安装要根据技术要求设置支架，DN15管道支架横管不得超过2.0 m；并排超过3根管道时，需要采用专用排卡固定，支架、膨胀螺栓等管路附件需要采用S30408材质。工作人员只要短期的培训即能掌握技术要点，在施工过程中，只要控制管件承口清洁及管材端口毛刺，就可以达到安装质量要求。由于双卡压连接方式不但具有施工工艺简单的优点，而且管道接口具有良好的密封性，连接强度和抗外力能力都能符合工艺要求，因此我公司在试点工程中选用了双卡压式机械连接。

1.4管道穿墙处理

根据《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》(CJJ 94—2009)，穿越建筑墙、楼板时，燃气管道敷设于套管内且宜与套管同轴，套管与管道之间的间隙采用密封良好的柔性防腐、防水材料填实，套管与建筑物的间隙采用防水材料填实。

我公司采用的穿墙套管为无缝钢管，由于无缝钢管与薄壁不锈钢管接触后会产生电位差，造成电化学腐蚀，因此，为了避免套管壁与薄壁不锈钢管的接触，需要采用防腐胶带对穿墙管道进行缠裹。在施工过程中发现，薄壁不锈钢管的表面比较光滑，胶带往往粘结不牢固，影响了防腐效果，无法确保施工质量。我公司通过采用供应商提供的经过覆塑处理的管道，有效解决了穿墙管的防腐问题见图3。

图3　覆塑薄壁不锈钢管

2　存在的问题

2.1材料保管问题

薄壁不锈钢管应用于燃气工程尚处于推广阶段，施工人员对其了解不多，往往以原有的经验来堆放薄壁不锈钢管。在施工过程中发现，施工人员在现场往往将管材和管件随意堆放，造成部分材料在安装前就出现表面磨损现象，部分管材被其他物品划伤，造成表面防腐层被破坏，同时杭州地区阴雨天多，露天堆放时间长，会造成管道发生金属腐蚀并产生铁锈。还有部分管材在安装之前被硬物砸伤，造成管道口变形，对管道连接质量产生影响，增加了泄露风险。

2.2连接质量问题

我公司的薄壁不锈钢管道连接方式主要采用双卡压机械连接，密封材料为氢化丁腈橡胶。在严格按照施工程序操作的情况下，密封性是可以保证的。但是在实际施工过程中，也多次出现压力试验无法一次合格的现象。经分析，造成双卡压连接质量出现问题的因素有以下两个：

2.2.1工作人员的施工技能

薄壁不锈钢管双卡压连接在燃气工程的应用属于新工艺，施工人员虽然能在短期内掌握操作要点，但是还需要一段时间的实际操作才能熟练掌握操作技能。

施工人员在施工初期，难免会有操作小熟练或操作失误的问题，经常出现卡压后管子与管件不在同一轴心上或管子插入管件的深度不足、卡压不到位等问题。这一问题随着施工时间的延长得到解决，施工人员在操作技能熟练后，极少出现压力试验不合格的现象。

2.2.2接口质量检测手段单一

目前采用的薄壁不锈钢管卡压工具为分离式手动液压钳，通过人工操作，当压力表示值达到规定压力值时，可认为该接口符合要求。该工艺存在的问题在于压力表的读数一旦不准，就会出现该批次连接口强度不符合要求的问题，直接造成接口漏气，接口漏气后的修复成本较高，会造成较大的损失。由于检验卡压接口质量仅靠压力表读数和试压检验，无其他有效检测方式，容易留下安全隐患。因此，过于依靠卡压工具的读数检验卡压质量不能满足燃气工程对安全性的要求。

2.3防腐蚀问题

薄壁不锈钢管与其他材料连接时会引起电化学腐蚀。

2.3.1氯离子腐蚀

水泥中的氯离子会对金属产生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。实际工程中，建筑物施工过程中会有水泥砂灰附着在燃气管表面，对薄壁不锈钢燃气管造成腐蚀，而管道在固定时需要依靠不锈钢支架及膨胀螺栓等附件固定在建筑墙体上，建筑墙体内的氯离子也会对不锈钢附件造成腐蚀，从而影响薄壁不锈钢管的使用安全。

2.3.2锈渣腐蚀

由于燃气管道作为配套工程，为了施工方便，需要借助建筑脚手架才能进行户外施工，建筑脚手架的锈渣会粘连在薄壁不锈钢管表面。锈渣附着在管道上，对管道造成的轻微损伤或留下的锈斑，杭州的气候湿热多雨，锈渣会成为薄壁不锈钢管穿孔腐蚀发生的诱因。

2.3.3电化学腐蚀

部分薄壁不锈钢管生产厂家不能提供与不锈钢法兰、不锈钢卡箍配套使用的螺栓、螺母等零配件，需要施工单位在市场上购买，其材质难以保证。笔者对部分工地的抽检结果显示：卡箍(厂家提供)材质为304不锈钢，而固定卡箍的螺栓、螺母以及不锈钢卡箍后段的膨胀螺栓(施工单位在市场上购买)材质都不是304不锈钢，甚至部分不锈钢卡箍后段的膨胀螺栓为碳钢材料。

目前，因不同材料组合使用，导致产生了电化学反应，部分工程的螺栓、螺母或后段膨胀螺栓已开始生锈。

2.4防雷、防静电问题

《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)第10.2.4条第2款规定：“在避雷保护范围以外的屋面上的燃气管道和高层建筑沿外墙架设的燃气管道，采用焊接钢管或无缝钢管时其管道壁厚均不得小于4 mm”。《城镇燃气防雷技术规范》(QX/T 109—2009)第6.3.2条规定：“沿外墙竖直敷设的燃气金属管道应每隔不大于12 m就近与建筑物防雷装置可靠连接”。我公司在燃气工程中采用的薄壁不锈钢管的壁厚均不到4 mm，所有已建和在建的高层建筑外墙并未按照不大于12 m的要求进行防雷搭接点预留，燃气立管亦未按照QX/T 109—2009第6.3.2条的规定进行防雷搭接。

2.5室内管道暗埋问题

室内燃气管道被暗埋一直是国内燃气领域的老大难问题，燃气工程交付给用户后，原则上室内燃气管道属于用户所有。因此燃气公司很难对暗埋现象进行管理。特别是在经济发达地区，室内装修比较豪华考究，燃气管由于暴露在墙面外往往会影响到室内的美观，因此，大多数用户会选择暗埋处理。通过以往的燃气泄漏事故分析可以发现，由于用户对燃气管暗埋处理是造成室内燃气管加快腐蚀并产生泄漏的主要原因。薄壁不锈钢管虽然表面有防腐层，但是由于其与水泥、混凝土直接接触会发生电化学腐蚀，因此也不能直接暗埋，特别是接口更不能暗埋。

3　工程优化建议

3.1加强施工管理

安全是燃气输配的第一要求。薄壁不锈钢管虽然具有良好的抗腐蚀能力，但是表面的防腐层比较薄，容易在施工过程中被人为破坏，造成腐蚀穿孔。同时，管道连接口是燃气管道系统中最薄弱、最易发生质量安全事故的环节。因此，加强施工管理是确保施工质量的前提。建议在施工前，对施工人员和管理人员进行系统的培训，培训合格后方能上岗，提高工作人员的安全意识和操作规范水平。在施工过程中，燃气公司需要进行严格监督，确保施工过程按照规范的流程进行，保证施工质量。

3.2管材保护和标识

虽然对施工人员进行严格监督，要求对薄壁不锈钢管材料在运输和安装过程中严格按照要求轻拿轻放，注意保护管壁，但是实际施工环境往往不理想，燃气管道在运输和堆放的过程中难免会被磨损。这些磨损点虽然在短时间内不会影响燃气安全使用，但是南方湿热多雨的气候，加上空气中的灰尘颗粒物比较多，时间一长，就会对磨损点产生腐蚀，造成穿孔漏气，成为安全隐患。建议厂家对薄壁不锈钢管的表面进行塑封处理，并对管口进行封口处理，以保证在运输和堆放过程中不会出现钢管表面磨损和管口变形，确保管道在设计寿命期的安全使用。暴露于外墙的薄壁不锈钢管要防止成品被人为破坏或被误认为水管，建议厂家在出厂前对薄壁不锈钢管的管壁粘贴醒目的燃气标识环，增加辨别度。

3.3管道固定支架的改进

由于薄壁不锈钢管与普通碳钢接触后会发生电化学腐蚀，因此不能使用传统的支架进行固定。我公司采用了供应商提供的不锈钢支架对管道进行固定，不但美观大方，而且避免了电化学腐蚀造成的破坏。但是在施工过程中可以发现，由于施工人员操作的问题，管道与固定支架经常会发生磨损。建议供应商在支架内侧与管道接触的部位采用橡胶垫，避免了金属直接接触，可以有效保护管材。

3.4安装后的清洗和钝化处理

考虑到薄壁不锈钢管在堆放、安装过程中的刮碰、划擦，以及施工过程中的锈渣对管体表面防腐层的破坏，新建建筑在外墙施工结束后往往对外墙进行酸洗，也会对薄壁不锈钢管造成腐蚀，因此建议在建筑外墙酸洗后，对安装完毕的薄壁不锈钢管用低氯离子水冲洗和钝化处理，以避免因上述原因造成薄壁不锈钢管防腐性能降低，提高其安全使用年限。

3.5防雷、防静电试验

杭州的夏季雷雨天较多，对于主要敷设于建筑物外墙的薄壁不锈钢管，存在雷击的可能性。虽然在我公司成立到现在为止还未出现过因雷击造成燃气管道起火的事故，但是以往用的燃气管均为无缝钢管和镀锌钢管，壁厚比较大，而薄壁不锈钢管道的壁厚比较薄，在防雷、防静电方面没有相关的经验可以参考。对燃气管道进行防雷、防静电是保证燃气安全的一项重要措施。《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)及《城镇燃气防雷技术规范》(QX/T 109—2009)相关规定，使薄壁不锈钢管的防雷搭接具有合理性和可操作性，建议燃气公司与本地防雷中心合作，设立一项研究课题，对薄壁不锈钢管进行防雷防静电试验，测试薄壁不锈钢管在当地气候条件下的防雷击及导电能力，根据试验结果，制定本地的城镇燃气防雷规范，并严格执行。

3.6燃气管暗埋的处理

薄壁不锈钢管具有表面光滑的特点，比无缝钢管和镀锌钢管更加美观，虽然作为室内管道更容易为用户所接受，但是暗埋现象还是无法避免。为了防止因用户暗埋造成管道腐蚀，应在暗埋前对管壁进行覆塑处理。当表后管较长，管件较多的情况下，应避免使用薄壁不锈钢硬管，采用无管件的燃气用不锈钢软管。

4　结语

随着管道燃气的普及，我国的燃气安全事故也呈逐年上升的趋势，燃气公司作为燃气运营商，承受了很大的经营压力，因此对于采用抗腐蚀能力更强的室内燃气管材具有内在的动力。薄壁不锈钢管作为一种具有优秀抗腐蚀能力的新型材料，不但提高了燃气管道的安全性，同时也避免了用户对室内燃气管的私接私改现象，因此必将在城镇燃气领域中得到燃气用户的广泛认可和燃气企业的大力推广，应用前景值得期待。

作为新兴管材，燃气用薄壁不锈钢管目前还只有企业标准和地方标准，导致产品质量也参差不齐。《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)中，对于薄壁不锈钢管材的描述也不够详细，缺乏规范的设计和施工标准，建议国家相关部门尽快出台燃气用薄壁不锈钢管国家标准，并充实城镇燃气设计规范中关于薄壁不锈钢管的设计要求，为薄壁不锈钢管材的推广应用提供依据。

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