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施工篇丨暖通空调中各种塑料管、钢管选型及比较

 花岗岩666 2015-05-12


暖通空调中各种塑料管的比较

1)按照许用设计应力排序。在相同的条件下,各类管材的许用设计应力大致为以下排列顺序:PB管、PE-X管、PP-R管、PE-RT管。铝塑复合管没有许用设计应力数值,如果按照XPAP管长期工作温度82℃的允许工作压力0.86MPa推算,公称外径20mm的管道许用设计应力约为4.30MPa,公称外径25mm的约为4.30MPa,公称外径32mm的约为4.58MPa,大体与PB管相近。

2)按市场价格的高低排列,大体上也是上述顺序。设计应力较低的管材具有价格方面的优势。工程应用中,并非一定要选用设计应力高的管材。例如,散热器系统热源为户式燃气热水炉,工作压力不会超过0.3MPa,如采用PB管,S=σD/p=4.31MPa/0.3MPa=14.37,按照强度计算可以采用S8系列;如果采用PP-R管,S=σD/p=1.90MPa/0.3MPa=6.33,按照强度计算可以采用S6.3系列。但根据最小壁厚要求,管材宜优于S5系列。价格较高的PB管就大材小用了。

3)有效质量控制。据塑料工业业内人士分析,PB管、PP-R管、PE-RT管主要通过原料的成份和品质实现较可靠的质量控制。而PE-X管和XPAP管,除原料成份和品质外,其交联工艺对质量控制也至关重要,正是交联工艺这一重要环节,使许多该类管材的质量不合格。

4)聚丁烯、无规共聚聚丙烯、非交联耐热聚乙烯的施工剩余材料,可以再生利用,对环保有利。这几种管材还可采用热熔连接工艺,不但可以节省昂贵的连接配件,而且可以在特定条件下使用。


5)氧渗透问题。系统采用钢制散热器等易腐蚀构件时,聚丁烯管、交联聚乙烯管、无规共聚聚丙烯管和非交联耐热聚乙烯管宜有阻氧层,以有效防止渗入氧而加速对系统和散热器的氧化腐蚀。铝塑复合管中间层为增强铝管,可有效阻隔氧的渗透。

6)管材的纵向线膨胀问题线膨胀系数(mm/m·K):

钢管

0.012

交联铝塑复合管

0.025

聚丁烯管

0.130

无规共聚聚丙烯管

0.180

交联聚乙烯管

0.200

由于较大的纵向膨胀,使管道受热后变形严重,因此不适合于明装。而埋设于混凝土垫层内的管道纵向膨胀受限,会转化为内应力,故在强度计算时需有适量安全系数。

管道受热后纵向膨胀形成的膨胀力,是线膨胀系数、管材的弹性模量和管道截面积的乘积。

线膨胀系数大的管材受热作用会有较大的热伸长。

但塑料类管材的弹性模量远小于钢管,钢管弹性模量为20.6×103kN/cm2,而例如PP-R管,在20℃时仅为80kN/cm2),95℃时又降低为25kN/cm2。因此,在管道截面积相同时,塑料类管材的膨胀力会远小于钢管。

塑料类管材的纵向膨胀特性,应在敷设方式上有所考虑。塑料类管材在地面内埋设时纵向膨胀受限,会转化为内应力,在管道强度计算的安全系数中可以消纳。由于明装时则会发生较大的弯曲变形,且易受划伤而影响使用寿命。实际图集中,只推荐在直埋时采用,非直埋的管道(包括明装或管道井内安装),仍推荐采用热镀锌钢管和螺纹连接。

7)耐低温性能

无规共聚聚丙烯管在﹣10℃环境条件下,会发生低温脆化,易在运输过程中损坏。而其它管材的脆化温度,可低达﹣70℃。


暖通空调中塑料管壁厚的确定

塑料管不需要考虑焊缝因素和腐蚀裕量,故仍采用下式确定所需壁厚:


强度计算用的管径D,对于钢管是指内径,而对于塑料管,是指中径,即DZ,DZ=DE-e,故应写作:


塑料管强度计算,也常用下列形式:


等式中的第一项,是管材环应力与承压的比值,第二项只与管道尺寸有关。如果令其值为S,那么,S既是管材的尺寸系列,又可在许用应力和系统工作压力既定条件下,便捷地计算和确定应选用的S系列,或不同管外径所需要的对应壁厚。

塑料类管道的S值,是直径对壁厚的比值,由此可见:在管材许用应力确定后,S值越小承压越高。塑料类管道划分为 2,2.5,3.2,4.0,5.0,6.3,8.0和10共8个系列,其中2和10两种系列一般无产品。

塑料管常用范围的尺寸系列

公称外径

DE/mm

公称壁厚(en/mm)

S8

S6.3

S5

S4

S3.2

S2.5

16

1.3

1.3

1.5

1.8

2.2

2.7

20

1.3

1.5

1.9

2.3

2.8

3.4

25

1.5

1.9

2.3

2.8

3.5

4.2

32

1.9

2.4

2.9

3.6

4.4

5.4

欧洲还有一种塑料类管道划分系列的方法,即所谓标准尺寸比SDR。



适合于输送热介质的塑料管材

PVC-C 聚氯乙烯耐热管

PE-X 交联聚乙烯管

PE-RT 交联聚乙烯管

PP-R 非交联热塑性聚乙烯管

PB 无规共聚聚丙烯管

PB 聚丁烯管

(PP-R 或 PERT 铝塑复合管)

铝塑复合管的种类日益繁多,到目前为止,搭接焊式大致有PAP-聚乙烯或无规共聚聚丙烯/铝/聚乙烯或无规共聚聚丙烯(铝塑复合管),XPAP-交联聚乙烯/铝合金/交联聚乙烯(交联铝塑复合管);对接焊式有:PAP1-聚乙烯/铝/交联聚乙烯(一型铝塑管),XPAP2-交联聚乙烯/铝/交联聚乙烯(二型铝塑管),PAP3-聚乙烯/铝/聚乙烯(三型铝塑管),PAP4-聚乙烯/铝/聚乙烯(四型铝塑管-可用于输送燃气等气体),RPAP5-耐热聚乙烯/铝/耐热聚乙烯(五型铝塑管)。尽管各种铝塑复合管均称长期工作温度可以达到60℃或以上,但是,由于长期工作温度这个概念比较模糊,采用交联聚乙烯(PE-X)塑料、无规共聚聚丙烯(PP-R)塑料和非交联耐热聚乙烯(PE-RT)塑料的铝塑复合管,输送热介质,更加安全可靠。


暖通空调中的钢管选型



暖通空调工程中习惯使用钢管,使用温度对许用设计应力影响不大。如近似取许用设计应力为50MPa,直径为200mm的钢管,工作压力为1.0MPa时,理论计算管壁厚度仅需2mm。暖通空调系统工作压力一般很少超过1.0MPa,可见钢管的管壁厚度,主要不是满足承受应力,而是满足腐蚀因素的需要。因此,除在特殊高压条件下应用以外,一般无需进行强度验算。

钢管的公称压力

普通焊接钢管 PN≤1.0MPa

加厚焊接钢管 1.0<PN≤1.6MPa

直缝、螺旋缝电焊钢管 1.0<PN≤1.6MPa

无缝钢管 1.6<PN≤2.5MPa

1 系统工作压力Pg≤1.0MPa、管道公称直径DN≤150mm时,根据GB/T3091-2008《低压流体输送用焊接钢管》,可采用普通焊接钢管。

2 系统工作压力1.0MPa≤Pg≤1.6MPa、管道公称直径DN≤150mm时,可选择加厚焊接钢管。

3 系统工作压力Pg>1.6~2.5MPa时,不论其公称直径多大,根据GB/T7163-2008《输送流体用无缝钢管》,均应选择无缝钢管。

整个水系统不同部位的静压和工作压力是不相同的,即使是分别设置高、低区的水系统,同一分区系统内的静压和工作压力也不相同。水泵出口压力,一般是指系统最低点和距离水泵出口较近管段的最大压力,并不能概括整个水系统的各点。特别是对于高层建筑而言,整个水系统是否全部都需要按照这个压力计算?

塑料管同金属管道力学特性的主要区别,是应力的变化规律不同。温度作用对塑料类管材许用应力σD的影响极大。使用寿命主要取决于不同使用温度对管材的累积破坏作用,概略说,温度每提高10℃,使用寿命约缩短2.5倍,热作用使环应力逐步下降即发生管材的蠕变,以至不能满足使用压力而破坏。(可见下图)


从PB管在不同温度下的等应变蠕变特性曲线可见,许用应力都会随时间的推移而下降,特别是随作用温度的升高而急剧下降。显然,应按使用温度确定许用应力,据以计算所需壁厚。

来源:暖通南社


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