①. 非金属管道具有耐蚀、耐磨、重量轻、有良好的柔性和电绝缘性、加工成形方便等独特性能,因而广泛应用于工程中。


②. 非金属管道宜采用架空或管沟敷设,也可埋地敷设。


③. 非金属管道敷设应远离热源或采取防护措施,确保管道温度不超过其允许的使用温度。


④. 非金属管道的跨距,应满足管道强度和刚度条件的要求。非金属管道应有足够的柔性或有效的补偿措施。非金属管道不应用于有剧烈振动的场合。


⑤. 输送可燃介质的非金属管道应有防静电措施。


⑥. 需减少热损失和防止管内液体凝结、结晶或冻结的非金属管道应进行保温,管道保温应采用不可燃的轻质材料。


⑦. 地上布置。非金属管道不应布置在易受到撞击的地方,否则应采取保护措施。非金属管道沿建筑物或与其他管道平行、交叉敷设时,其净距一般不应小于100mm,并应能满足非金属管道的安装要求。对于穿墙、穿楼板的非金属管道,在墙或楼板上应预埋金属套管,套管应高出楼面50mm。套管与管道间应填充弹性材料。


⑧. 管沟布置。布置在管沟内的非金属管道,其管底距沟底净空一般不应小于300mm。管沟沟底应有不小于2‰的坡度,沟底最低点应有排水措施。


⑨. 埋地布置。输送介质为无毒、无结晶、腐蚀性弱或黏度较小的非金属管道可直接埋地敷设,其埋设深度应根据土壤性质、冻土层深度、地下水位及载荷条件决定。在人行道下面埋地的非金属管道管顶距路面不应小于0.6m。非金属管道穿越车行道路时,管顶距路面不应小于0.9m,否则,应设置钢套管,套管两端应伸出路基外1m。埋地的非金属管道不得采用法兰连接,管道上的阀门应设在阀门井内。埋地敷设的塑料管道应采用连续托架,并应防止硬物与管道直接接触。管道周围应采用经选择的回填材料填充。


⑩. 塑料、钢/铝塑复合、涂塑等非金属管道与钢管一样,可布置在露天、室内、架空、管沟或埋地敷设。但是,由于塑料有熔点和燃点较低,在空气、紫外线的作用下容易老化的特性,所以,塑料管、铝塑管、钢塑管、涂塑等非金属管道应尽量避免太阳光线直接照射,寒冷或严寒地区则应采取防冻措施,以延长其使用寿命。


⑪. 塑料、铝塑、钢塑、涂塑等非金属管道不应敷设在操作温度高于介质自燃点的设备上方,否则,应有防火措施。


⑫. 非金属管道的柔性设计:


  a. 应尽量使管道的膨胀、收缩和其他原因产生的位移引起的应力达到最小值,以防止发生下列不利因素:因过度应力或疲劳而损坏管道;支承件、管端连接设备因管系的推力和力矩过大,产生应力或变形,甚至破坏;接头处发生泄漏。


  b. 增加管道柔性。管道布置设计时,改变管道走向的方法可使管道具有内在柔性,使位移转化为弯曲和扭转应变,不超过规定的极限范围。并可尽量减小其轴向拉伸或压缩应变,不致产生较大的反作用力。


  c. 位移应变。管道由于热胀冷缩受到某些约束,以及受到外来位移作用而引出的管道位移应变概念,原则上适用于非金属管路。金属管道分析中关于材料的弹性假设对于非金属管道是不适用的。非金属管道的分析准则应视具体情况而定,如在热塑性塑料如某些热固性树脂管中,位移应变不一定会造成管道立即损坏,但有可能产生永久性有害变形,特别是热塑性管道,反复的交变循环或长时间暴露于高温下都可能使它发生递增的变形;脆性管道(如陶瓷、玻璃等)和某些热固性树脂管道,其破坏的原因常常是由于过度的应变而产生较高的位移应力,直至突然发生破裂。


  常见非金属管道材料弹性模量见表2.17。非金属管道平均线膨胀系数见表2.18。


表 17.jpg

表 18.jpg


⑬. 由于非金属管道塑料管的线膨胀系数较大,见表2.19,为金属管的10倍。因此,塑料管的布置应具有良好的柔性。由热胀或端点位移引起的二次应力过大时,宜采用管道系统的自补偿方法增加管系的柔性,必要时可选用U形膨胀节或聚四氟乙烯波型补偿器。


表 19.jpg


⑭. 非金属管道的支承件设计


  a. 非金属管道的支架。对非金属管道的支架、导向件和锚固件的选用原则应符合相关标准的规定和要求。对于热塑性塑料管道,其支架端面不得有尖锐的边缘,以免划伤管道,并应是连续的或是相隔成合理的间距,用以防止热变形造成过分下垂。设计者应考虑制造厂非金属管道推荐的支架和支吊架间距。


  b. 脆性管道的支架。支架的设计应防止划伤管道表面,在管道布置设计时应考虑减振和隔振措施。支架应能牢固支撑管道,但又不得阻碍其膨胀或其他位移(移动)。对锚固点的设置要慎重,在任何无膨胀接头的直管道上不得装设一个以上的锚固点(即在两固定点间禁止直线连接)。较重的阀门和管道上的设备应单独支撑,以免将其重量载荷传递到管道上。处于交通区内的支架应考虑装设必要的安全防护设施。


⑮. 非金属管道的安装


  a. 螺栓连接。非金属法兰装配非金属法兰时,在所有螺栓尾部及螺母下面都应安放平垫圈,拧紧时不得超过规定的最大螺栓拧紧力矩。非金属衬里的接头,在装配非金属衬里接头时,应采取有效措施保证法兰连接的管段间导电的可靠性,防止管段之间由于产生静电火花而可能引起易燃气体着火。


  b. 螺纹连接接头。对于热塑性或热固性树脂管道应选用合适的工具或器具来拧紧螺纹管接头,操作时均不应刻伤管子表面或给管子留下较深压痕。对于热固性树脂管道还应用足够的树脂来涂覆螺纹,并完全填满管子和管件连接之间的空隙。


  c. 扩口管接头。对于热塑性塑料管道的扩口接头应按工程设计规定或现行有关规定制作。


  d. 直螺纹接头。当这种接头在管道装配连接中,应考虑热风焊或加热熔融焊。


  e. 脆性管道的安装。在搬运、装配和支承脆性管道时,要防止碰伤管道。任何划破或碎裂的管道及其组成件都应更换。特别在搬运、安装衬玻璃管时,因为碰撞或敲击等原因,管子外壳表面无损,而衬里已经损坏。如硼硅玻璃管道应保护玻璃管道及其组成件不致遭受焊接火花飞溅的损伤,凡损伤者均应更换。法兰和垫圈应仔细地安装,并应与管子、管件和阀门的端部对准。垫片应采用弹性垫片,适合于接头连接所推荐的结构形式。螺栓的安装和力矩范围应考虑制造厂的建议。


  f. 管道安装时,外壁表面不得与钢丝直接接触,应采取保护措施。埋地管道的基础应为夯实的平坦泥土,覆土应为原土或细沙土,不得掺有碎石。


  g. 管道系统的试验压力应取管道设计压力的1.5倍,但不应超过系统中最低管道组成件的最高额定压力的1.5倍。压力试验的介质宜为洁净水。液压试验确有困难时,可用气压试验代替,但应有经施工单位技术总负责人批准的安全措施。聚氯乙烯管道不应进行气压试验。进行压力试验时,压力应逐步缓升,当压力升至试验压力的50%时,应对管道系统进行检查,如无泄漏和异常现象,应继续缓慢升压至试验压力。经分段试压合格的管段相互连接的接头,经检验合格后,可不再进行压力试验。管道系统的泄漏性试验应在压力试验合格后进行。泄漏性试验压力值:管道设计压力小于等于5kPa时,试验压力应为20kPa;管道设计压力大于5kPa时,试验压力应为设计压力的1.15倍,且不应小于0.1MPa。


⑯. 非金属管道的支架。由于塑料管道机械强度较小,其支吊架的基本跨距也小。所以,在布置管道时,应充分考虑支吊架的生根点和支吊架的形式后,才能确定管道的走向。塑料管一般沿建筑物或构筑物敷设,当管道通过距离超过基本跨距已无支吊架生根位置时,可将管道布置在连续托架(桥架)上。


  a. 为了防止过大的应力和位移,管道应适当加以支撑。


  b. 阀门及其他各种集中的重载荷的支撑点应尽可能靠近集中载荷的地方。


  c. 为防止机械损坏如压碎、擦伤和压痕,管道应加以支撑。


  d. 支吊架形式的选择应使管道有足够的柔性,以防过度弯曲和轴向应力以及由反复收缩膨胀引起的应力疲劳。由弹性垫或多个膨胀节组成的带有多个端点的管道必须正确约束以抵抗轴向应力或使管道平移和旋转减至最低。


  e. 用于钢管的支架对于热塑性管子也同样适用,但管道与钢支架间应提供保护措施,如钢支架与管子相连处加塑料U形卡或橡胶作为衬垫,作为另一种提供保护的方案,管子与支点连接处可加塑料衬套,以缓和钢支架对管子的冲击或振动。


  f. 为减少立管下部管件的载荷,必须每隔一定间距即加以支撑。在管子连接处或其他管件下边使用立管管卡或双螺栓管卡以防止管子的过度压力。


  g. 为防止管道的平移或转动,需在特定的地方固定,应尽可能靠近二通及弯头处设固定支架,以能防止管件过度弯曲和轴向应力。


  h. 为阻止横向位移但允许轴向位移时,必须设置导向支架以防止管道的超应力。


  i. PVC(聚氯乙烯)、CPVC(氯化聚氯乙烯)、PVDF(聚偏三氯乙烯)、PP(聚丙烯)等热塑性管道材料的支吊架间距,需参考相关的标准规范或厂家提供的数据。


工程应用:碳钢管道替换为玻璃钢管道的设计变更


  至德钢业在参与某国外项目时,配管设计已经进入70%阶段,业主突然要把一根DN250布置在管廊上的碳钢水管线换成玻璃钢材质的,这根管线约1200m长,已经发出了MR采购文件,配管专业已经给结构提交了载荷条件。因碳钢的热膨胀系数比玻璃钢管大很多,玻璃钢管的自然补偿弯会更多一些,给结构专业提交的管廊结构和载荷还需要重新提交,MR采购文件需要重新设计,设计周期需要延长,按照EPC项目惯例,这些变更需要统一向业主提出索赔。