潮湿多雨区域室外燃气管道的选型应用分析

张恒 杨小龙 姜卓

(汉中市天然气投资发展有限公司 陕西汉中 723000)

随着城市化进程的加快，城市居民增长迅速，家庭能源供应的日趋完善，管道天然气在我国城市的覆盖面越来越广，普及应用范围不断增加，我国天然气用量也逐年递增,天然气工程涉及到居民的生活质量的提升以及安全使用[1]。近年来，燃气管道老化更新提上日程，2022年，全国均在开展燃气安全隐患整治活动，在各地排查过程中，燃气管道的老化也是最为普遍的问题[2]。从城市燃气行业各类用户端隐患排查中也对所应用的管材及其施工方式进行梳理，追求燃气输配的安全性、适用性、经济性、便捷性是一直努力的方向。在城市燃气传统的工程中，按照现行城镇燃气设计规范，就目前常用的聚乙烯塑料复合管、无缝钢管（裸管、涂覆管）、镀锌管，以及新兴的涂覆管、薄壁卡压管、不锈钢卡压管管道管材进行比对分析，探讨其各自的优缺点，如何结合当地气温、湿度环境选用合适的架空输气管道。

本文结合《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）、《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ 33-2005）、《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》（CJJ 94-2009）、《燃气工程项目规范》（GB 55009-2021）、《钢质管道焊接及验收》（GB/T 31032-2014）等城镇燃气输配管网建设施工相关规范，重点对目前所面临明设架空低压管道（设计压力＜0.01 MPa）从管材选择、施工方式、经济性、便捷性、可靠性及降低维护量的角度进行较为详细的梳理与分析，通过所在环境选择合适的管材及施工方法，摒弃传统单一焊接管道方式，为城镇燃气安全、高效、便捷供用气提供一定的参考，如何选用合适的管材及其施工方式以保障管道燃气的安全平稳输气，降低管道泄漏风险是当下急需考虑的问题[3]。

1 城镇燃气设计规范中对管道材质及施工的相关规范

《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）第6.3.1条对中低压燃气管道选材进行了明确规定：中压和低压燃气管道宜采用聚乙烯管、机械接口球墨铸铁管、钢管或钢骨架聚乙烯塑料复合管，并应符合下列要求。

（1）聚乙烯燃气管道应符合现行的国家标准《燃气用埋地聚乙烯管材》（CB 15558.1）和《燃气用埋地聚乙烯管件》（CB 15558.2）的规定。

（2）机械接口球墨铸铁管道应符合现行的国家标准《水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件》（GB/T 13295）的规定。

（3）钢管采用焊接钢管、镀锌钢管或无缝钢管时，应分别符合现行的国家标准《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T 3091）、《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163）的规定。

（4）钢骨架聚乙烯塑料复合管道应符合国家现行标准《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管》（CJ/T 125）和《燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件》（CJ/T 126）的规定。

另外，本文重点分析架空低压燃气管道选材及应用，按照《燃气工程项目规范》（GB 55009-2021）中第5.1.12条规定：聚乙烯等不耐受高温或紫外线的高分子材料管道不得用于室外明设的输配管道。故重点对不同类型钢管进行分析研究，具体主要有焊接钢管、无缝钢管、镀锌钢管、涂覆管、薄壁锌塑卡压管、不锈钢快装管进行比较。

2 燃气工程中常用管道

2.1 PE管

燃气工程中常用为PE100 级的叫高密度聚乙烯（HDPE），其不仅应具有良好的经济性，而且应具备接口稳定可靠、材料抗冲击、抗开裂、耐老化、流动阻力小、耐腐蚀、施工便捷等一系列优点，由于其材料易氧化、暴晒加速老化的特性，无法应用在室外裸露空气环境，多使用在埋地管道环境中使用[4]。

2.2 钢管

钢制管道按照《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T 3091）、《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163）的规定，其中钢制管道又分为焊接钢管、无缝钢管、涂覆钢管、镀锌钢管、卡压式涂覆管、卡压式不锈钢管，其中钢制管道管材材质一般可选择20#钢、Q235B，严禁使用铸铁材料。一般来讲，在城镇燃气中对钢管及管径要求如下。

钢管：（1）室外中压钢制埋地及架空燃气管道均选用无缝钢管，材质为20#钢，执行标准《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163-2008）；（2）室外低压钢制埋地及架空燃气管道，选用直缝电阻焊钢管（焊接钢管），材质为Q235B，执行标准《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T 3091-2008）；（3）居民用户室内燃气管道均选用热镀锌钢管，材质为Q235B，执行标准《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T3091-2008）；（4）居民用户室外立管应选用直缝电阻焊钢管（焊接钢管），材质为Q235B，执行标准《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T 3091-2008）；（5）工商用户室内燃气管道均选用焊接钢管，材质为Q235B，执行标准《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T 3091-2008）。

钢制管件：（1）室外成品管件均选用无缝管件，材质为20#钢，执行标准《钢制对焊无缝管件》（GB/T 12459-2005），其中，弯头应选用长半径弯头（R=1.5D），壁厚选择与管材相对应；（2）居民用户室内燃气管道管件选用螺纹连接镀锌管件，执行标准《可锻铸铁管路连接件》（GB/T 3287-2011）；（3）现场煨制弯管执行标准《油气输送用钢制感应加热弯管》（SY/T 5257-2012），煨制弯管的角度根据现场确定，管材选用与主管道一致，但管道壁厚应考虑弯曲后其弯管外侧的减薄量。

上述钢管与涂覆管按其承压选用满足压力的壁厚及材质即可，可使用在高、中、低压燃气管道上，而镀锌管由于其材质与壁厚常用在低压管道上。

2.2.1 无缝（直缝、螺旋）钢管裸管

顾名思义，无缝（直缝、螺旋）钢管裸管就是不带有任何内外保护或防腐层的钢制管道，如图1所示，其是市面上最为常见的一种管材，根据其母材特性又分为无缝钢管、焊接钢管，无缝钢管由整块金属制成的，表面上没有接缝的钢管；焊接钢管用钢带或钢板弯曲变形为圆形、方形等形状后再焊接成的、表面有接缝的钢管，常见为直缝钢管、螺旋缝钢管。

图1 无缝钢管（裸管）

2.2.2 涂覆钢管

涂覆钢管如图2所示，其是以钢管裸管为基管，以塑料粉末（如环氧树脂）为涂层材料，在其内表面涂覆一层塑料层，在其外表面涂覆一层塑料层或其他材料防腐层的复合管所涂覆钢管又称涂塑钢管。燃气专用涂覆钢管是以焊接钢管、无缝钢管为基管，在基管上或在整体热浸镀锌钢管基础上对外表面进行抛丸处理后制作成燃气用外涂覆钢管（也可根据需要内外涂覆、涂层厚度等）。焊管或镀锌钢管符合《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T 3091-2015）标准，无缝钢管基管产品符合《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163-2018）标准，外涂覆涂层质量按照《钢质管道抗紫外线三层熔结粉末防腐外涂层技术规范》（GB/T 37594-2019）标准执行，广泛适用于燃气输送。

图2 涂覆钢管

2.2.3 镀锌钢管

热镀锌管如图3 所示，是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合。热镀锌是先将钢管进行酸洗，为了去除钢管表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中。热镀锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。热镀锌钢管基体与熔融的镀液发生复杂的物理、化学反应，形成耐腐蚀的结构紧密的锌一铁合金层。合金层与纯锌层、钢管基体融为一体，故其耐腐蚀能力强。在燃气工程中多使用在低压燃气管道中，且多为户内丝接施工。

图3 镀锌钢管

2.2.4 卡压式薄壁锌塑钢管

卡压式薄壁锌塑钢管见图4，其采用碳钢管作为基管，在碳基钢管内壁先进行镀锌在内涂塑，碳基钢管外壁先镀锌再涂塑，最后涂装着色层。该种类型管道通过配套管件放弃传统（焊接、绞丝等）的管道连接方式，采用这种可靠的、快捷的、经济的卡压式管道连接技术[5]。

图4 锌塑钢管

图5 燃气用薄壁不锈钢钢管

2.2.5 薄壁不锈钢卡压管

薄壁不锈钢管是我国近年来发展起来的高档次新颖建筑材料，是由壁厚为0.8～2.0 mm 的不锈钢带或者不锈钢板，用自动氩弧焊等熔焊焊接制成的管材。薄壁不锈钢管卡压式连接是通过管子插入管件后，用专用的卡压工具卡压，瞬间即可完成连接作业。卡压连接与螺纹连接、焊接相比，施工工序少、安装速度快，尤其适用于工期短、质量要求高的管道施工。具有良好的弹性形变、极佳的耐腐蚀性及较轻的质量[6]。

3 燃气工程中常用管材对比与施工工艺分析

3.1 安全性

当管道类型选择为碳钢管（包括无缝钢管、焊接钢管、涂覆管、镀锌管）时，其符合应用标准则能达到输送要求，针对抗拉强度、弯曲强度、延展性、硬度、输送能力这几方面，因为其母材均为钢制管道，故以上几种管道性能几乎一致，而涉及到接口严密性、耐腐蚀性两方面而言，由于其镀锌管后期无法重新镀锌防腐，一般不做焊接使用，多采用螺纹丝接连接，长期使用时连接部位易出现泄漏。

当管道选择卡压式薄壁锌塑钢管或者卡压式不锈钢钢管时抗拉强度、弯曲强度、延展性、硬度、输送能力较钢制管道也几乎无异，其一般使用压力不超过1.6 MPa，多用于低压架空燃气管道，但其优越的防腐性能是上述碳钢管道所不具备的。

3.2 经济性

考虑到不同管道材质及其施工方式，其经济性构成不同，一般钢制管道施工要考虑基础管材成本、施工（管道连接）成本、防腐成本、探伤成本、辅材等。但由于不同施工工艺，针对不同管道连接方式，其质量检测及防腐工艺上有一定区别，由此也造成了一定的成本差异，不同管道材质的施工成本对比如表1所示。

表1 不同管道材质的施工成本对比

3.3 使用寿命

按照《燃气工程项目规范》（GB 55009-2021）要求，从燃气输配管道设计角度来讲，一般燃气输配管道设计使用年限应不小于30年，预埋的用户燃气管道设计工作年限应与该建筑物设计工作年限一致。但从管材特性角度，一般采用焊接管道使用寿命约25 年，尤其是裸管焊接，使用年限完全受现场焊接、防腐、使用环境及日常维护决定外，其余涂覆锌塑钢管、不锈钢薄壁管有其出厂防腐等级及其材料本身特性，一般均能满足设计30年使用期限。

3.4 安装便捷性（安装工艺）

3.4.1 钢制管道（裸管）与管件焊接施工工艺

钢制管道（裸管）与管件焊接施工工艺具体步骤依次为下料、除锈、打坡口、焊接、探伤、安装、防腐、强度以及气密性试验。

钢制管道除锈、焊接、防腐要求如下。

（1）钢制管道及管件的除锈要求。钢管、管件、补伤、补口部位在防腐前必须对其进行表面处理，先进行除锈，清除钢管表面的油脂和污垢等附着物。钢管母材、管件及支架表面处理应达到《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第1部分：现场补伤、未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》（GB 8923.1-2011）规定的Sa2.5级或St3级要求。

（2）焊接要求。《现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》（GB 50683-2011 焊）缝标准，焊缝质量合格级别Ⅲ级，无损探伤采用全焊缝X射线，探伤数量应不少于焊缝总数的15%。

（3）防腐要求。室外架空钢管及支架除锈后采用油漆防腐，底层为H06-4环氧富锌底漆一遍，涂层厚度30～40 μm；中间层为H52-8 环氧云铁中间漆一遍，涂层厚度60～70 μm；表层为J04-2 黄色氯化橡胶面漆两遍，涂层厚度60～70 μm。各道油漆均应平滑、均匀、无气孔、无凝块等现象。管道及管件焊缝补伤、补口及防腐等级与所设计的管道相同。

钢制管道尤其是裸管施工，最为重要的便是坡口打磨、焊接及防腐，防腐质量的好坏直接决定了后期管道维护量及使用年限。在潮湿多雨或者庭院树木茂密的环境中，若防腐作业不规范，管道焊接部位经过5年左右时间便会大面积油漆脱落并锈蚀，如图6 所示；4 mm厚的无缝钢管10年左右就有可能发生泄漏，如图7 所示，从而引发安全事故。北方干燥区域影响几乎可以忽略。

图6 无缝裸管焊接使用5年

图7 无缝裸管焊接使用10年

3.4.2 钢制管道（涂覆管）与管径焊接施工工艺

钢制管道（涂覆管）与管径焊接施工工艺具体步骤依次为下料、除锈（焊接部位）、打坡口（焊接部位）、焊接、探伤、安装、防腐、强度以及气密性试验。

由于涂覆管管道本体已在工程完成防腐，故在施工过程中可大量减少管材本体除锈防腐工作，仅在管道及管件焊接部位需要打坡口、除锈及防腐，可大大降低现场工作量，同时保障管道本体防腐质量。

3.4.3 镀锌管丝接施工工艺

镀锌管丝接施工工艺具体步骤依次为下料、套丝、安装、强度及气密性试验。

螺纹连接的镀锌钢管应先下料，再使用套丝机对管道两端进行套丝，通过丝接管件进行连接，管件连接处先刷一遍红色防锈底漆，再刷两遍银粉面漆，管道刷两遍银粉面漆，油漆均应平滑、均匀、无气孔、无凝块等现象。

3.4.4 锌塑（薄壁）钢管卡压施工工艺

锌塑（薄壁）钢管卡压施工工艺具体步骤依次为下料、修边、插入管件、压接、安装、强度及气密性试验。

3.4.5 薄壁不锈钢卡压施工工艺

薄壁不锈钢卡压施工工艺具体步骤依次为下料、修边、插入管件、压接、安装、强度及气密性试验。

结合目前各地政府营商环境政策要求，加快燃气供给速度，同时又要保障安全平稳供气，选用钢制管道（裸管）施工实属费时费力，施工成本也较高，以及不能适应目前快速发展的燃气需求和快速响应，不同管材的施工、安装工序对工具、防腐、耗时和人工需要对比见表2。结合当地经济发展水平及自然环境选用适合当地情况的管材，辅以合适的施工方式，不但能满足日益增长的燃气用气需求，同时平稳供气，降低风险有极大的促进作用。

表2 不同管材的施工、安装工序对工具、防腐、耗时和人工需要对比

3.5 后期维护管理

城镇燃气中架空燃气管道基本要满足30 年的设计及使用年限，在这30 年的使用中，不可避免受环境因素、人为因素影响，其中不乏当下正如火如荼实施的老旧小区改造。然而小区红线内资产理应归全体业主共有，年限内管道的维护保养应当由物业公司或者全体业主进行管理，笔者所在的陕西省汉中市也仅是在今年燃气隐患整治攻坚中由城市管理部门和住建部门联合发文要求物业负责小区内的燃气设施日常巡查，涉及隐患依旧依靠燃气公司予以处理。笔者所在企业主要仍由燃气企业出资进行日常庭院、小区管道维护管理，每年均安排专项资金开展小区架空管道及埋地管道隐患整治，类似像出地管、架空管防腐是最为普遍的一类隐患。

4 结合陕南多雨潮湿区域特点管道的选用

怎样从施工前期就杜绝为后期遗留安全隐患，是燃气企业一直在探索、亟待解决的问题。陕西省地跨北温带和亚热带，整体属大陆季风性气候，由于南北延伸很长，达到800 km以上，所跨纬度多，从而引起境内南北间气候的明显差异。陕北、关中、陕南气候条件迥异，长城沿线以北为温带干旱半干旱气候、陕北其余地区和关中平原为暖温带半湿润气候、陕南盆地为北亚热带湿润气候、山地大部为暖温带湿润气候。榆林市年均降水量约414 mm、西安市年均降水量528～716 mm、汉中市年均降水量893～1 409 mm，由于降水量的不同，直接影响空气湿度，进而影响管道锈蚀及防腐效果。早期，陕西省内的燃气设计院已在陕北、关中地区从事多年的燃气工程设计，所选用的管材从习惯性选用焊接钢管、无缝钢管，但在汉中市经过12 年燃气管道建设运营，传统架空管道选用的钢制裸管在长期使用中效果不佳，弊端逐渐显现。笔者所在的燃气企业也开始向南方城市学习经验并探索尝试使用涂覆管、薄壁锌塑钢管和不锈钢管。

5 结语

综上所述，在城市燃气工程设计、施工过程中选择的管材种类在一定程度上决定着燃气管道的输气质量，合理地选择燃气管材不仅能够节省工程建设的资金投入，同时还能提升燃气管网系统整体安全运行水平，保证安全运行同时降低管理费用。在实际燃气工程设计及施工过程中，应当立足实际、整体考虑工程的安全性、适用性、经济性，综合考虑管道工程所处的地理环境、气候条件、使用位置等因素，从而实现城市燃气工程科学合理选用管材。