管道基础知识
一 水的物理性质
水由氢元素和氧元素组成，用符号H2O表示。
一般物质具有热胀冷缩的性质，但水却有自己的特点。水在4℃时的密度最大，若温度升高或
者降低，水的体积都将发生膨胀。例如：在1个标准大气压下4℃的水的密度是1000kg/m3，0℃时的密度是999.87kg/m3，50℃时的密度则是988.07kg/m3。在0℃时，冰的密度为916.8kg/m3，也就是说，一定数量的水结成冰以后，体积膨胀率达8.3%。如果水在管道中结冰，管壁将承受相当大的压力，其数值可高达200MPa以上，对于普通管材来说是无法抗拒的，管壁往往被胀破。
通常水在标准大气压作用下，它的沸点为100℃。
二 流体
流体是液体和气体的统称。液体没有固定的形状，但有一定的体积，并且可以认为是不可压缩的，在重力作用下，液体具有自由表面；气体没有固定的形状和体积，在重力作用下也没有自由表面，总是充满所在的空间，并且容易压缩和膨胀。
热水采暖系统在常温下充满水后启动时，由于水温不断升高，水的体积就会明显膨胀，因此，必须设置膨胀水箱来容纳多余的水。如果没有膨胀水箱，水的膨胀将会在系统中产生很高的压力，给热水锅炉和管道系统带来爆裂的危险。
三 阻力
流体在运动时会遇到阻力。阻力分为沿程阻力和局部阻力两种。
在施工中应尽可能地减少阻力。
① 为了减少沿程阻力，应避免使用管道内锈蚀严重的管道；焊接管道时应注意不使熔渣
在内壁上结疤；敷设管道时，应防止碎石等杂物掉进管道或在连接前清除干净，避免表面碰撞后凹陷进去。
② 为了减少局部阻力，应尽量减少转弯点，多用煨制弯头和冲压弯头，少用焊接弯头，
弯头和虾米腰应尽量拐大弯，管道转弯和变径时应避免直棱直角的错误做法，而应采用圆滑过渡的正确做法。
四 热量的传递
热量的传递有热传导、热对流、热辐射三种基本方式。
工程技术中应用热量传递规律来解决的实际问题可以归纳为两类：一是设法增强热量的传递，如锅炉、热交换器；二是设法减弱热量的传递，如管道、设备的绝热层。
工程中遇到的传热现象，多数是热传导与热对流并存的过程，例如在锅炉中，既存在锅炉受热面的导热，也存在锅炉内部水的对流，在热交换器中也是这样。
采暖和空调系统对室内温度的调节，主要是靠空气对流来实现的。
4.1 夏天，空调风机与管道表面温度较低，而室内温度高湿度大，这时当空气中的水蒸气接触到风机盘管与管道表面就会凝结成液态水，即冷凝水。因此，需要对空调系统采取隔热和排水措施。
五 常用管件
对于大管径（DN＞150mm）的钢管，一般采用焊接、煨弯、制作管件等方法来解决。 对于小管径（DN＜150mm），采用螺纹连接的钢管，就需要用各种不同规格的管件。 钢管管件由可锻铸铁或软钢制成，有镀锌的和不镀锌的两种，均为螺纹连接。 常用钢管管件：管箍、变径管箍、活接头（由任）、六角内外丝（补心）、六角内接头（外丝）、锁紧螺母（根母）、90°弯头、45°弯头、变径弯头、等径三通、变径三通、等径四通、变径四通、外方堵头（丝堵）。
以上管件常用规格由DN15～150mm，其中有的管件只生产DN50mm以内的规格，如根母和管堵等。 变径管箍、补心、变径弯头、变径三通、变径四通用D×d（mm）表示其规格，D是大口的直径，d是小口的直径。一般常用的D=20～70mm，d=15～32mm。
六 常用阀门
1. 闸阀
闸阀是利用闸板来控制启闭的阀门，其主要零件是闸板和阀座。它的特点是比较严密，可以利用闸板的开度控制过流量，当全打开时，通过的流体可不改变流动方向，阻力小。常用于上水管道和热水供热管道上，也常用作供热管网、泄水阀和小型锅炉的排污阀。 2. 截止阀
截止阀主要的启闭零件是阀盘与阀座，改变阀盘与阀座间的距离和通道截面的大小，但是变化的幅度较小，没有闸阀那么随意。阀盘的位置由阀杆控制。为了防止介质由阀杆漏出，故用压紧填料来密封。
截止阀优点是，关闭严密、开启省力，关闭后填料不与介质接触，便于检修。缺点是，通过流体要改变方向，阻力较大，安装要注意方向，要求为低进高出。多用于蒸汽管道和给水管道上，用来调节水量。 3. 球阀
球阀是利用一个中间开孔的球体作阀芯，靠旋转球体来控制阀的开启和关闭。
球阀结构简单，体积小，零件少，重量轻，开关迅速，操作方便，流体阻力小，制作精度要求高。但由于密封结构及材料的限制，目前生产的阀不宜用在高温介质中。 4. 旋塞阀
旋塞阀又称转芯门，是一种快开式阀门，常用在管路需要迅速开启或关闭的地方，一般用在压力较低或管径较小处。不宜做调节流量用。旋塞阀通常以转芯上标的沟槽或以转芯上的手轮位置指示开关情况，当沟槽或手轮与管道中心线成90°角时，阀门为全关闭。 5. 止回阀
止回阀是一种根据阀前阀后的压力差而自动启闭的阀门。它使流体只能沿一个方向流动，反方向流动则自动关闭。止回阀安装在只允许介质单向流动的管道上，在水泵出口，锅炉进水阀门附近常安装这种阀门。 6. 安全阀
安全阀是�；す艿腊踩囊恢肿爸�，当管道内介质的压力达到限定压力时，安全阀就会自动地将阀盘开启，排除少量介质，泄除压力，以免管路有爆破危险。当压力恢复正常时，阀盘又能自动关闭。 7. 减压阀
减压阀是管路中的一种减压装置，用它来降低管道内介质的压力，使减压阀后段管道内的介质压力符合工作的需要。 8. 疏水器
疏水器主要用于蒸汽设备或管道上，用来排除冷凝水并防止蒸汽泄出。 9. 蝶阀
蝶阀是通过圆盘形启闭件绕阀体的固定轴旋转，以控制开启或关闭的阀门。蝶阀结构简单，外形尺寸小，重量轻，适合制造较大直径的阀，由于密封结构及材料尚有问题，故该种阀只适用低压介质，用来输送水、空气、煤气等。
七 管道连接
i. 螺纹连接
螺纹连接又称丝扣连接，是通过内外管螺纹的旋合将管道连接成一个整体，对口螺纹连接时，一般是在其他管子端部加工外螺纹，拧上带内螺纹的管子配件，然后与其他管段连接，构成管路系统。
管道螺纹连接主要用于以下几种情况。
镀锌焊接钢管的连接。
设计文件或施工验收规范允许的非镀锌焊接钢管的连接，如给排水、采暖、燃气、压缩空气支管等。
管道与螺纹阀件、仪表附件以及带管螺纹的机械管口的连接。
焊接钢管采用螺纹连接时，使用的是牙型角为55°的英制管螺纹。管螺纹有圆锥形和圆柱形两种。
加工管螺纹俗称套丝，有手工和机械两种方法。
手工套丝是用管子铰板在管子上铰出螺纹。在套丝过程中，应向丝扣上加机油，使丝扣和板牙得到润滑和冷却。每个丝头应分2～3次套成。
管子上加工出来的是圆锥形螺纹。管螺纹要完整、光滑，不得有毛病和乱丝，断丝和缺丝的总长度不得超过螺纹全扣的10%。
ii. 焊接连接
焊接是通过局部加热或加压的方法，将两个分离的金属的金属管件连接成为一个不可拆卸的整体，形成永久性接头的加工过程。其优点是接口的强度和严密性高而成本低；其缺点是不可拆卸，操作工艺复杂。
常用的焊接方法有手工电弧焊、气焊、氩弧焊，大面积的焊接尽可能采用CO2气体�；ず�。一般情况下，应优先采用电焊，当管径在50mm以下，壁厚在3mm以下时，可采用气焊。
⒈ 手工电弧焊
手工电弧焊是一种用电弧做热源的熔化焊方法，它广泛应用于各种金属管、各种厚壁管子的焊接。手工电弧焊的主要设备有交流弧焊机、直流弧焊机。
交流弧焊机结构简单，坚固耐用，维修、使用方便，效率高，应用极为广泛。
焊接过程中所用的主要工具和用具有电焊软线、焊钳、面罩、清理工具及劳保用品等。
对于普通钢管来说，当直径等于或大于50mm时，应采用电弧焊。焊条通常采用E4303或E4301，若管道的工作温度在300℃以上，可采用E4316或E4315。
根据焊条药皮成分，E4303、E4301属于酸性焊条，可用于交流或直流焊机施焊，焊接过程中产生的有害气体较少，但在焊缝金属中，较易存在气泡和杂质，且焊缝的塑性、韧性和抗裂性要差一些。E4316、E4315属于碱性低氢型焊条，与E4303、E4301相比，它们具有较好的机械性能，尤其是塑性、韧性和抗裂性更好，缺点是焊接过程中产生的有害气体较多，对铁锈和焊件潮湿比较敏感，容易在焊缝金属中形成气孔。
焊缝的缺陷可分为外部缺陷和内部缺陷两个方面。焊缝常见的缺陷主要有：焊缝尺寸及形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、气孔、夹渣、裂纹和未焊透。
1.1 焊接操作方法
a． 焊接操作要领。当电弧引燃后，焊条必须有三个基本方向的运动才能形成良好的焊接缝口：即朝
着熔池方向做逐渐的送进、做横向摆动、沿着焊接方向逐渐移动。
①焊条朝着熔池方向做逐渐送进，主要是用来维持所要求的电弧长度，电弧的长短对焊接质量有很大关系。
②焊条的横向摆动，主要是为了获得一定宽度的焊缝，其摆动范围与焊缝要求的宽度、焊条直径有关。摆动的范围越宽，得到的焊缝宽度也越大。 ③焊条沿着焊接方向逐渐移动的移动速度，对焊缝质量有很大影响。移动速度应根据电流大小、焊条直径、焊件厚度、装配间隙以及焊缝位置来适当掌握。
b． 常用的运条方法有直线形运条法、直线往返形运条法、锯齿形运条法、月牙形运条法、三角形运
条法、圆圈形运条法等。
c． 影响焊接质量的最大因素，就是电流的选择和施焊时的运条方法。
⒉ 气焊与气割
气焊是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧，并从一定的设备（如焊炬）中集中喷射出火焰，对金属进行加热和熔化的一种焊接方法。
气割则是利用上述火焰的热能，将钢件切割处预热到一定温度，然后通以高速切割氧流，使铁燃烧（剧烈氧化），以实现切割的一种方法。
气焊和气割所用的气体由可燃气体和助燃气体组成。助燃气体是氧气；可燃气体有多种，如乙炔气、氢气、液化石油气、天然气等，其中以氧-乙炔气焊与气割应用最广。
乙炔是易燃、易爆气体，其燃点为480℃，当温度升高到300℃以上，压力在0.15MPa以上时，乙炔遇火就会爆炸；当温度超过580℃，压力超过0.15MPa时，乙炔能自行爆炸。 乙炔瓶的外表面应涂成白色，并用红漆写上“乙炔”和“不可近火”字样。
氧气是助燃气体，本身不能燃烧。氧气瓶外表面为天蓝色，并用黑漆标明“氧气”字样。 减压阀是气焊及气割作业的重要器材，在氧气瓶和乙炔瓶上都要安上减压阀，以便瓶中的高压气体降压为需要的低压气体，并保证输出的气体压力稳定。氧气减压阀与氧气瓶是通过减压阀进气口上的活接头和氧气瓶侧的接头连接的。乙炔减压阀与乙炔瓶是靠特殊的夹环连接的。氧气减压阀和乙炔减压阀不得调换使用。
氧气胶管为红色，内径8mm，允许工作压力为1.0MPa；乙炔胶管为黑色，内径10mm，允许工作压力为0.5～1.0MPa。每种胶管只能用于一种气体，不能相互代用。
iii. 法兰连接
管道的法兰连接是用螺栓将固定在管件上的一对法兰盘拉紧封闭，使管件连接成一个可以拆卸的整体。其连接强度高，便于拆卸，应用较广泛。
从法兰的密封面形式划分，平焊法兰中有光滑面法兰、凹凸面法兰；常用对焊法兰中有光滑面法兰、凹凸面法兰和榫槽面法兰。
法兰紧固件是指连接法兰所用的螺栓、螺母和垫圈。
八 给排水与采暖管道的安装
1. 常用材料
室内（包括消防用水）管道，应使用低压流体输送用镀锌管道。如单独安装生产或消防给水管道，可用非镀锌钢管。管径大于80mm，可使用给水铸铁管。
给水管道的阀门：管径小于或等于50mm时宜采用截止阀，管径大于50mm宜采用闸阀。生活水用采用镀锌钢管及管件、丝扣连接。生产用给水采用焊接钢管、焊接连接。
室外给水管道的材质大体有四种：给水铸铁管、钢管、钢筋混凝土管和硬聚氯乙烯塑料管，其中以给水铸铁管应用得多。
阀门。管径DN小于或等于50mm，宜采用截止阀J11-10（DN15-65）或J11T-16（DN15-65）；管径大于50mm宜采用闸阀，即内螺纹暗杆楔式闸阀ZT15T-10或暗杆楔式闸阀ZT45-10（DN50-450）。
管材及阀门要符合国家或部门现行标准的技术质量鉴定文件或产品合格证。
钢管表面不能有显著锈蚀、凹陷等疵病，通常管壁厚度δ＜3.5mm时，钢管表面不准有0.5mm深的伤痕；管壁厚度δ＞3.5mm时，伤痕深不准超过1mm。
填料。
①麻制品。有亚麻、线麻（育麻）、麻席，主要用于介质温度低于100℃的管道上。 ②白厚漆（白铅油）。 ③聚四氟乙烯生胶带。
2. 室外给水管道
室外给水管网一般分为枝状网和环状网。
枝状网是从单独的干管上分出若干支管，好像树枝状。树枝形管网管道长度较短，管网一次投资少，但只是一个方向供水，安全可靠性差。
环状网干管能前后贯通，连接成一个环状，管道较长，管网一次性投资高，但安全可靠性好，便于维修。
2.1室外钢管的安装要求。
①弯管的弯曲点与直管接口的距离应不小于管子的直径，最少于100mm。 ②有缝钢管安装，纵缝应安置在易于检查的位置，互相错开不小于100mm。
③法兰连接时，管道中心应与法兰垂直，两法兰接触面应互相平行，法兰间的垫片尺寸应符合规定。垫片内径不允许凸入管内，垫片外径与法兰密封面的外缘应平齐，不得超过螺栓孔，不准使用双层垫片，所有法兰螺母应放在法兰同一侧。
④管道焊接时，其错口允许偏差值、允许对口间隙值应符合规范要求，管壁厚度在5mm以上的，其端部应有30°～35°角的坡口，并在内径一侧留有1～2mm厚的钝边。
⑤管道上需加短管时，其长度不得小于管子外径，最短不得小于200mm。
⑥法兰连接的管道或管件，应先紧固螺栓，再焊接或连接附近接口，以防螺栓产生应力。
⑦管道接口不应放在支座或支架上。因接口放在支架上不仅接口下部无法进行施焊和影响检修，而且此处受弯曲应力最大，容易引起接口的破坏。
⑧管道与座架应严密接触，不得有空隙，其目的是使管段重量由各座均匀承担，防止管道由于弯曲应力过大而发生接口破坏。
⑨管道接口法兰应安装在检查井或地沟内，不得埋在土壤中。如采取防腐措施。
⑩给水阀门井内的安装，如设计无要求，井壁距法兰或承插口的距离，管径小于450mm的应不小于250mm，管径大于450mm的应不小于350mm，管底距井底不小于400mm。
另外，穿越基础和构筑物的管道应设套管，套管内的管段不允许有接口。
3. 室内给水管
室内给水系统安装的任务是从室外给水管网中取水，并在保证用户所需的水质、水量和水压的情况下，把水送到配水龙头、生产设备、消防装置和其他配水点。
室内给水管敷设形式分明装和暗装两种形式。
明装管路的安装位置，要尽可能减少占用建筑物的使用面积，因而在布置管路时，应将主干管安放在生活辅助房间内，立、支管应设在房间的墙角，沿墙、梁、柱敷设，管道安装应保持横平竖直，遇有拐弯处要与建筑物的轮廓线平行敷设。布置管路时要特别注意与室内电气线路及煤气线路的平行与交叉距离，应符合规范要求，以保证使用安全。
室内给水管道的安装顺序一般是先敷设引入管，后安装干管、立管和各个方向的横的支管。在民用住宅中，可按单元、按立管编号进行施工，在高层建筑中可按立管编号进行施工，总之，按区域或系统分项施工，先地下后地上，先大管后小管，先安支、吊架后装管道，再进行水压试验，合格后再装水龙头与卫生器具镶接或连接用水设备。
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