城镇燃气管道材料对比分析与应用研究

城镇燃气管道材料对比分析与应用研究

陈庭飞

海南民益工程技术有限公司 海南 海口 570208

摘要：天然气被视为清洁能源，在日常生活中的应用越来越广泛，城镇的燃气管道建设成为我国降低能源消耗的重要工程。同时，天然气的管道建设的安全性成为热点话题。本文针对城镇进行燃气管道建设采用的材料进行对比，针对不同环境选择嘴舌和的管道材料，期望能够为实践建设提供理论依据。

关键词：城镇；燃气管道；材料

引言：燃气管道建设越来越专业化，管道材料也更加丰富。不同的环境对于管道材料具有不同的要求，针对现有的管道材料进行对比分析，促进管道材料进行更加专业的应用。

一、 燃气管道材料的种类

1.球墨铸铁管

球墨铸铁是指使用18号以上的铁水，再经添加球化剂后，又经过离心机高速离心， 铸造而成的管材，简称为球管、球铁管和球墨铸管等。离心球墨铸铁管道具有破损率低，运行可靠，施工方便、维修快捷，防腐性能好等优点。

2.焊接钢管

以钢卷板为原料，经常温下的挤压工艺成型，并用自动埋弧焊双面成型的焊接工艺，焊接而成的钢管称为焊接钢管。从生产工艺上，一般分为直缝焊接钢管和螺旋缝焊接钢管。直缝焊管的生产工艺较为简单，生产成本较低。 螺旋焊管，可用宽度一致的坯料生产出不同管径的焊接钢管。

3.无缝钢管

无缝的钢管由整块的金属制成的，因此在抗压能力上优于焊接钢管，同时造价也高于焊接钢管。无缝的钢管可以分成热轧、冷拉两种生产工艺，热轧工艺是通过高温锻坯、趁热穿孔、轧制、最终整理成型的工艺，冷拉工艺是通过对管坯进行冷拉，最终成型。

4. PE 管

从原材料上区分，我国燃气管的材料主要PE80和PE100，按管道壁厚分常用的有SDR11 和 SDR17.6 两种。 和金属的管道进行对比，PE 管有诸多优点，例如寿命长，耐腐蚀性好，柔韧性好，施工简便，接头的质量高等。

二、 燃气工程中不同材质管道的综合对比分析

1. 球墨铸铁管、钢管、PE 管的综合性能对比

在埋地管道的经济性对比中，主要是对 3PE 防腐钢管、球墨铸铁管及PE 管进行对 比。由于 PE 管只适用于0.7Mpa 压力以下的燃气管道，因此本次对比选取中压 A 及以下 的燃气工程进行对比。一般工程的经济性从人工、材料、机械三个角度进行比较，一般在计价过程中，采用综合单价进行直接对比。

1.1 三种材料的材质性能对比

球墨铸铁管道与钢制管道都属于金属管道，二者之间的性能差异主要表现为力学性能及防腐性能的差异。球墨铸铁通过增加球化剂，得到球状石墨，提升铸铁的性能，其特性表现为母材及焊接热影响区的硬度高，因此可以承受更高的外力破坏。在防腐方面，铸铁管道的防腐性能优越，不需要采取额外的保护方法，而钢制管道的防腐性能主要依靠于管道外的防腐层及管道敷设后的牺牲阳极保护。PE 管道由于高密度聚乙烯材料的特性，抗外力破坏能力较差，施工速度快，但在施工及管材保存方面需要特别注意紫外线对管线老化的影响。

1.2 一般埋地管道综合单价比对

通过广联达造价软件，对20钢、离心球墨铸铁及 PE 管进行经济性对比，得出不同材质的管道，在相同工程量下的，综合单价的造价差异。在综合单价的对比中发现，管径在 200mm 以下的管道，适合使用 PE 管，管径在 200mm 以上的管道，适合使用离心球墨铸铁管。

1.3 一般埋地管道实际工程经济比对结果分析

在管道安装阶段，采用无缝钢管的预算，要大于采用 PE 管。需要指出的是，由于防腐缝钢管需要采用X射线探伤的方式进行质量控制，工程成本相对来说比较大，而对于 PE 管道，只需要简单的警示带铺设，相对于 X 射线探伤成本要降低一个数量级。对于无缝钢管的电保护方面，也是一个巨大的成本支出。而对于PE管，一般采用的是电子标识器+导向标识器的方式，总体来说成本要降低近 25 倍。通过对三种材料的经济性能对比，不难看出，在中低压燃气管道中，DN200以下的管道适合使用PE管道，DN200-DN400的管道适合使用离心球墨铸铁管，DN400以上的管道适合使用3PE防腐钢管。

2. 综合管廊工程综合对比

2.1 综合管廊工程条件下无缝钢管与焊接钢管的应用背景

2018 年 3 月，在第二届管廊大会的会议中，总结了“十二五”期间，地下管廊建设 所取得的经验与成就，并提出了“十三五”期间地下管廊建设发展的方向。尽管综合管廊在初期的管廊建设工程中，投入人力、物力及其他资源较大，但在后期管线运行维护中则表现优越。不仅增加了日常巡检的精准度，更是在管线抢修作业中提供了极大便利，不需要对路面进行破坏，施工作业时间也不受交通情况的限制。而在管廊环境中，常见的几种埋地管线 腐蚀因素大量减少。在这种情况下，在可以保障安全的前提下，比照着工程的经济性， 是否可以考虑用高一等级材质的 Q345D、L290M 的直缝钢管来替代20 钢无缝钢管。

2.2 综合管廊内无缝钢管与焊缝钢管综合对比

在管廊中将管道敷设在管架上，类似于架空管线，因此其失效因素主要为环向应力及径向应力。20 钢的抗拉强度最小，Q345D 的抗拉强度居中，L290M 的抗拉强度最大，在重力影响作用下，L290M 受到的影响最小。而L290M 在熔合区、热影响区的硬度最高，接头内部的组织分布更加均匀，能够承受较大的拉应力。20 钢的无缝钢管尽管在管材生产工艺上，减少了管材自身的焊缝，但材质的焊接性能不如另外两种材料。从生产工艺上讲，只要选择合格材料，管材自身的焊缝出现问题的几率还是可以大幅度减少的。但是基于安全考虑，目前材料替代还只存在理论上的可能，对于应用于实际，则需要大量的实验进行验证。

管廊内的施工比照架空管线的施工，不论哪种材质，管道的施工方法都是一致的，因此其经济性主要体现在管材自身的价格差距。无缝管是在轧制中一次性成型，其内部表面光滑，能够承受更高的压力，但生产成 本较高。而焊接钢管则是通过钢板卷制后焊接而成，使用高频焊接的钢管塑性好，生产成本较低，输送能力高。

因此，在同等壁厚和管径条件下，焊管价格低于无缝管价格，而在材质性能方面， L290M 在理论上存在可以替换 20 钢的可能性。

三 燃气工程中不同材质管道的应用

多数时候为了保证安全性，而忽视了工程的经济性，导致工程具有较低的经济性，这对于工程建设也是一种材料上的浪费。在经过对几种户外管线材质的性能实验分析和对比，得出以下材质推荐的结论：

1、在中低压管线的选材上，钢管、离心球墨铸铁管、PE 管三者之间具有可替代性， 离心球墨铸铁管虽然在北京地区尚未应用，但在物理性能、防腐性能及经济性能方面均 可替代钢管，且其施工速度快，不需要大量焊接，可以考虑在实际工程中，进行应用。 PE 管以其工程造价低，焊接速度快，抗腐蚀性能好，在北京地区大量推广应用，但其容 易受到外力破坏，因此应用范围应在受扰动较少的地区。钢管虽然造价相比 PE 管、球 墨铸铁管高，对焊接人员的技术要求也高，但其仍然是城镇天然气管网的主力军。

2、在管廊工程迅速发展的背景下，对于管廊内的天然气管道用材，现阶段为无缝 钢管。经过前边几个章节的实验研究，在材质及焊接接头两方面，20 钢的强度最低， Q345D 的强度居中，L290M 的强度最高。结合管廊的施工环境，管廊内管道的失效主要 是应力集中。随着管道强度的增加，管道的失效概率也会降低。理论证明，用 L290M 焊 接钢管替代 20 钢无缝钢管是可行的。

结束语：在埋的燃气中低压管道中，可以看出，DN200 以下的管道适合使用 PE 管道， DN200-DN400 的管道适合使用离心球墨铸铁管，DN400 以上的管道适合使用 3PE 防腐钢管。而在管廊施工中，由于不存在土壤腐蚀环境，管道失效主要由于受到外应力影响， 且造价方面，无缝管高于焊缝管。因此，在中低压管线或大管径施工中，可以考虑使用内部组织更均匀、硬度强度更好的 L290M 材质的焊缝钢管替代 20 钢的无缝钢管。

参考文献：

[1]刘畅.城镇燃气管道材料对比分析与应用研究[D].北京建筑大学,2020.

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[3]龚雪君.地基不均匀沉降对燃气管道生产的影响及应对措施[J].化工管理,2020(32):169-170.

[4]刘畅.城镇燃气管道材料对比分析与应用研究[D].北京建筑大学,2020.