佛山市华禅能燃气设计有限公司 广东佛山 528000
【摘 要】本文主要介绍了城镇燃气管道设计中常见的问题，分析了城镇燃气管道腐蚀现状，并针对性的提出了一些城镇燃气管道防腐的处理措施，优化燃气管道设计和防腐处理，改善城镇居民的生活环境。
【关键字】城镇燃气管道 管道设计 防腐措施
1 引言
随着人们生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也日益提升。天然气作为一种高效清洁能源，越来越被人们普及使用，天然气管道也已然成为了居民生活中必不可少的设施，燃气管道的质量和安全也因此备受人们关注。为保证燃气管道的安全使用以及燃气输送的质量，必须在设计过程中合理的分布燃气管道并科学的应用防腐措施。下面就针对城镇燃气管道设计中存在的问题及其防腐处理进行研究分析。
2 在城镇燃气管道设计中的问题
目前城镇的高层住宅越来越多，因此致使燃气管道立管较长。在设计过程中，不仅要考虑管道的燃气压力供应，还需要考虑管道自重产生的压缩应力和环境温度的变化产生的伸缩变型与热应力。
2.1燃气立管自重和热伸缩
当高层建筑立管的自重与热胀冷缩产生的推力达到一定程度时，燃气管道就会出现扭曲、变形甚至断裂现象，从而引起事故。燃气立管自身产生的应力主要包括管道自重力和温差引起管道变形产生的应力。管道自重产生的压缩应力计算公式为： σ=W／A （式中：σ—压缩应力，MPa；W—燃气管道自重，N；A—立管截面积，mm2）。管道的热应力（管道两端固定而不能活动时）计算公式为：σt=αl×Δt×E（式中：σt—热应力，MPa；αl——管材的线膨胀系数，K-1，对普通钢管在20℃时，取1.1×10-5K-1；Δt—设计温差，即管道在计算状态下的温度与安装温度的差，℃； E—管材的弹性模量，MPa，普通钢在20℃时取1.9×105MPa。）管道受热时所产生的热应力，仅与管道材质和温度变化有关，与管径无关。
应对立管自重，一般可采取在立管的底部安装固定支座用于承接立管的自重，并在每层安装管码限定立管。应对热伸缩，由于立管会随着环境温度变化而出现热胀冷缩，因此可以将立管的底部作为固定端，顶端作为自由端，从而使立管有自由伸缩的空间；或者根据伸缩量在立管上选择恰当的位置安装一个或多个波纹补偿器用于减少管道热伸缩的影响。当设计穿楼板、墙壁的立管时，应当设计预埋套管，并将套管与管道之间填实，这样套管就可看作滑动支架，便于立管轴向移动。
2.2燃气立管的变形补偿
当燃气管道安装并投入使用后，随着温度的变化，管内会出现一定的温差使得管道产生应力，且燃气管道的自重也会迫使管道下沉，最终沿着轴向出现形变。敷设于高层建筑的管道一般选用钢管，其伸缩量可通过公式计算而得：ΔL=103×αl×L×Δt（ΔL—管道的伸缩量，mm； L—管道长度，m；Δt—设计温差，即管道在计算状态下的温度与安装温度的差，℃），管道伸缩量与管道材质、管长和温度变化有关。
在设计立管的变形补偿时，主要有以下三种方法： 1、在立管上安装挠变管道补偿设备，用于降低高层建筑因震动而对燃气管道产生的影响；2、在立管底部安装支撑墩，用于防止立管由于自重和环境温度变化引起的管道下沉；3、当自然补偿量不能满足形变要求时，须在立管上设置波纹补偿器，补偿器随着立管的形变而进行相应的伸缩，从而减少立管的温差应力。
3燃气管道的腐蚀及现状分析
燃气管道作为燃气运输主要通道，一直以来都存在着腐蚀问题。无论是暗埋还是架空，燃气管道容易因水气和碱性液的作用而被腐蚀，腐蚀严重时会穿孔而泄漏（如图一所示），遇明火时导致火灾和爆炸，严重威胁人民生命财产安全，同时也会给燃气公司的经营带来无可挽回的损失。为此燃气管道腐蚀是设计过程中高度重视及需要有效处理的问题之一。
燃气管道的腐蚀可分为两类。其一，根据燃气管道腐蚀的部位，可分为外壁腐蚀和内壁腐蚀；其二，根据燃气管道接触的性质，分为电化学腐蚀和化学腐蚀。燃气管道的外壁腐蚀，当燃气管道暗埋时出现腐蚀，由于土壤中酸性物质和碱性物质的慢性氧化、杂散电流、水解生锈和微生物侵蚀，主要是受到电化学腐蚀，次要原因为化学和细菌的腐蚀；而当燃气管道架空时出现腐蚀，一般由于空气湿度变化、空气中腐蚀物质的侵害和自然风化的影响。燃气管道的内壁腐蚀，由于日常生活中输送的天然气含有水分导致。当燃气和金属管道接触会发生化学反应产生化学原电池，致使燃气管道内壁腐蚀。
图一 佛山某小区燃气管道腐蚀穿孔情况
3.1城镇燃气管道腐蚀设计中外壁防腐处理措施
通常埋地燃气管道外壁腐蚀的处理措施主要有以下两种：一种是电保护防腐，该方法采用的是电化学腐蚀原理，又名阴极保护法。常用牺牲阳极保护法，即将负电位金属与需被保护的金属管道相连接，一并位于同一电解质（土壤）中，从而让负电位金属的电子转移到金属管道上，使管道处于较负的电位达到被保护的状态；另一种是绝缘层防腐，绝缘层起到把管道与土壤相隔离的作用，即用环氧粉末、聚乙烯防腐胶带、沥青等物质将管道的外壁包裹住，使管道成为隔绝状态，从而达到降低燃气管道外壁发生腐蚀的几率。佛山市采用的埋地钢管为3PE无缝钢管，根据管径及管道长度分配牺牲阳极位置，牺牲阳极采用的是镁阳极。由于地铁的普及推广，地下钢质管道受到杂散电流的影响也比较严重。实际中十全十美的防腐层并不存在，在施工中或多或少都有一定的防腐层出现破损。防腐作用下的管道属于阴极状态，少量的阳极区成为了腐蚀的焦点，使得出现局部腐蚀穿孔。根据上述分析，工程建设时建议采用聚乙烯管道，此管道既可以解决了管道的防腐问题，也很好的消除了杂散电流的影响。
3.2城镇燃气管道腐蚀设计中内壁防腐处理措施
针对城镇燃气管道内壁防腐的处理，首先要保证输送燃气的质量，将输送的天然气净化处理干净。由于燃气本身含有腐蚀钢管内壁的化学物质，当这些化学物质接触管道内壁后会一定程度上加快管道内壁的腐蚀速度。因此，国家相关部门规定了燃气管道防腐设计的标准，确保地下的燃气管道不被腐蚀，提高燃气的质量，从而延长燃气管道的使用寿命。此外，还可考虑在管道内壁涂上环氧树脂，可以一定程度上减少燃气对管道内壁的腐蚀。
3.3防泄漏问题的处理措施
为了避免管道泄漏，可以采取以下措施加以防护：第一，在进行管道隐蔽施工前，先做好管道严密性和强度试验，检验的结果符合规范标准才可封管；第二，选择钢管时，选用无缝钢管，考虑到这种管道容易在接头处出现泄漏现象，所以要将接头处焊接好，必要时做好X射线探伤检测；第三，在设计管道时，尽量将管道控制阀门设计在便于操作的位置，有利于日后抢修和维护的工作进行。
3.4燃气管道防腐还要加强监管力度
加强对燃气管道工程的监管，可以从以下各方面着手：
第一，设计单位要严格按照相关规定和标准来设计燃气管道，确保管道防腐设计合乎要求；
第二，监理单位须复验施工中使用的设备、材料等产品出厂合格证及检测报告的有效性，确保材料的防腐层是否有损耗；
第三，施工单位要根据合格的设计图和相关规范标准进行施工，需要重点检查的工段要采取相应的防护措施；
第四，燃气管道工程完工，施工单位要做好管道吹扫、严密性及强度实验，验收合格后才可投入使用，
第五，对管道进行定期检测和抽查，进行防腐层检测和阴极保护检测。
第六，建立管道防腐信息数据库，将管道各阶段情况进行记录对比，以加强管道的防腐管理，确保管网的安全运行。
4 结束语
勿以恶小而为之，勿以善小而不为。看似简单的一条管道，却关系着千家万户的生命及财产安全。因此科学合理地设计燃气管道，并采用高效的防腐处理措施，不仅能够有效提升能源利用率，而且能够让百姓安居乐业。相信随着科技的进步，城镇燃气管道的设计和防腐处理会得到更好的进步发展。
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[4]杨慧敏. 城市燃气管道防腐设计的思考[J].工程科技，2014，6:215.浅析高层民用建筑室内天然气管道的设计
论文作者:陈蕾
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第6期
论文发表时间:2016/9/26
标签：管道论文; 燃气论文; 内壁论文; 城镇论文; 伸缩论文; 自重论文; 应力论文; 《低碳地产》2016年第6期论文;