管道基礎知識

一 水的物理性質

水由氫元素和氧元素組成，用符號H2O表示。

一般物質具有熱脹冷縮的性質，但水卻有自己的特點。水在4℃時的密度最大，若溫度升高或

者降低，水的體積都將發生膨脹。例如：在1個標準大氣壓下4℃的水的密度是1000kg/m3，0℃時的密度是999.87kg/m3，50℃時的密度則是988.07kg/m3。在0℃時，冰的密度為916.8kg/m3，也就是說，一定數量的水結成冰以后，體積膨脹率達8.3%。如果水在管道中結冰，管壁將承受相當大的壓力，其數值可高達200MPa以上，對于普通管材來說是無法抗拒的，管壁往往被脹破。

通常水在標準大氣壓作用下，它的沸點為100℃。

二 流體

流體是液體和氣體的統稱。液體沒有固定的形狀，但有一定的體積，并且可以認為是不可壓縮的，在重力作用下，液體具有自由表面；氣體沒有固定的形狀和體積，在重力作用下也沒有自由表面，總是充滿所在的空間，并且容易壓縮和膨脹。

熱水采暖系統在常溫下充滿水后啟動時，由于水溫不斷升高，水的體積就會明顯膨脹，因此，必須設置膨脹水箱來容納多余的水。如果沒有膨脹水箱，水的膨脹將會在系統中產生很高的壓力，給熱水鍋爐和管道系統帶來爆裂的危險。

三 阻力

流體在運動時會遇到阻力。阻力分為沿程阻力和局部阻力兩種。

在施工中應盡可能地減少阻力。

① 為了減少沿程阻力，應避免使用管道內銹蝕嚴重的管道；焊接管道時應注意不使熔渣

在內壁上結疤；敷設管道時，應防止碎石等雜物掉進管道或在連接前清除干凈，避免表面碰撞后凹陷進去。

② 為了減少局部阻力，應盡量減少轉彎點，多用煨制彎頭和沖壓彎頭，少用焊接彎頭，

彎頭和蝦米腰應盡量拐大彎，管道轉彎和變徑時應避免直棱直角的錯誤做法，而應采用圓滑過渡的正確做法。

四 熱量的傳遞

熱量的傳遞有熱傳導、熱對流、熱輻射三種基本方式。

工程技術中應用熱量傳遞規律來解決的實際問題可以歸納為兩類：一是設法增強熱量的傳遞，如鍋爐、熱交換器；二是設法減弱熱量的傳遞，如管道、設備的絕熱層。

工程中遇到的傳熱現象，多數是熱傳導與熱對流并存的過程，例如在鍋爐中，既存在鍋爐受熱面的導熱，也存在鍋爐內部水的對流，在熱交換器中也是這樣。

采暖和空調系統對室內溫度的調節，主要是靠空氣對流來實現的。

4.1 夏天，空調風機與管道表面溫度較低，而室內溫度高濕度大，這時當空氣中的水蒸氣接觸到風機盤管與管道表面就會凝結成液態水，即冷凝水。因此，需要對空調系統采取隔熱和排水措施。

五 常用管件

對于大管徑（DN＞150mm）的鋼管，一般采用焊接、煨彎、制作管件等方法來解決。 對于小管徑（DN＜150mm），采用螺紋連接的鋼管，就需要用各種不同規格的管件。 鋼管管件由可鍛鑄鐵或軟鋼制成，有鍍鋅的和不鍍鋅的兩種，均為螺紋連接。 常用鋼管管件：管箍、變徑管箍、活接頭（由任）、六角內外絲（補心）、六角內接頭（外絲）、鎖緊螺母（根母）、90°彎頭、45°彎頭、變徑彎頭、等徑三通、變徑三通、等徑四通、變徑四通、外方堵頭（絲堵）。

以上管件常用規格由DN15～150mm，其中有的管件只生產DN50mm以內的規格，如根母和管堵等。 變徑管箍、補心、變徑彎頭、變徑三通、變徑四通用D×d（mm）表示其規格，D是大口的直徑，d是小口的直徑。一般常用的D=20～70mm，d=15～32mm。

六 常用閥門

1. 閘閥

閘閥是利用閘板來控制啟閉的閥門，其主要零件是閘板和閥座。它的特點是比較嚴密，可以利用閘板的開度控制過流量，當全打開時，通過的流體可不改變流動方向，阻力小。常用于上水管道和熱水供熱管道上，也常用作供熱管網、泄水閥和小型鍋爐的排污閥。 2. 截止閥

截止閥主要的啟閉零件是閥盤與閥座，改變閥盤與閥座間的距離和通道截面的大小，但是變化的幅度較小，沒有閘閥那么隨意。閥盤的位置由閥桿控制。為了防止介質由閥桿漏出，故用壓緊填料來密封。

截止閥優點是，關閉嚴密、開啟省力，關閉后填料不與介質接觸，便于檢修。缺點是，通過流體要改變方向，阻力較大，安裝要注意方向，要求為低進高出。多用于蒸汽管道和給水管道上，用來調節水量。 3. 球閥

球閥是利用一個中間開孔的球體作閥芯，靠旋轉球體來控制閥的開啟和關閉。

球閥結構簡單，體積小，零件少，重量輕，開關迅速，操作方便，流體阻力小，制作精度要求高。但由于密封結構及材料的限制，目前生產的閥不宜用在高溫介質中。 4. 旋塞閥

旋塞閥又稱轉芯門，是一種快開式閥門，常用在管路需要迅速開啟或關閉的地方，一般用在壓力較低或管徑較小處。不宜做調節流量用。旋塞閥通常以轉芯上標的溝槽或以轉芯上的手輪位置指示開關情況，當溝槽或手輪與管道中心線成90°角時，閥門為全關閉。 5. 止回閥

止回閥是一種根據閥前閥后的壓力差而自動啟閉的閥門。它使流體只能沿一個方向流動，反方向流動則自動關閉。止回閥安裝在只允許介質單向流動的管道上，在水泵出口，鍋爐進水閥門附近常安裝這種閥門。 6. 安全閥

安全閥是保護管道安全的一種裝置，當管道內介質的壓力達到限定壓力時，安全閥就會自動地將閥盤開啟，排除少量介質，泄除壓力，以免管路有爆破危險。當壓力恢復正常時，閥盤又能自動關閉。 7. 減壓閥

減壓閥是管路中的一種減壓裝置，用它來降低管道內介質的壓力，使減壓閥后段管道內的介質壓力符合工作的需要。 8. 疏水器

疏水器主要用于蒸汽設備或管道上，用來排除冷凝水并防止蒸汽泄出。 9. 蝶閥

蝶閥是通過圓盤形啟閉件繞閥體的固定軸旋轉，以控制開啟或關閉的閥門。蝶閥結構簡單，外形尺寸小，重量輕，適合制造較大直徑的閥，由于密封結構及材料尚有問題，故該種閥只適用低壓介質，用來輸送水、空氣、煤氣等。

七 管道連接

i. 螺紋連接

螺紋連接又稱絲扣連接，是通過內外管螺紋的旋合將管道連接成一個整體，對口螺紋連接時，一般是在其他管子端部加工外螺紋，擰上帶內螺紋的管子配件，然后與其他管段連接，構成管路系統。

管道螺紋連接主要用于以下幾種情況。

鍍鋅焊接鋼管的連接。

設計文件或施工驗收規范允許的非鍍鋅焊接鋼管的連接，如給排水、采暖、燃氣、壓縮空氣支管等。

管道與螺紋閥件、儀表附件以及帶管螺紋的機械管口的連接。

焊接鋼管采用螺紋連接時，使用的是牙型角為55°的英制管螺紋。管螺紋有圓錐形和圓柱形兩種。

加工管螺紋俗稱套絲，有手工和機械兩種方法。

手工套絲是用管子鉸板在管子上鉸出螺紋。在套絲過程中，應向絲扣上加機油，使絲扣和板牙得到潤滑和冷卻。每個絲頭應分2～3次套成。

管子上加工出來的是圓錐形螺紋。管螺紋要完整、光滑，不得有毛病和亂絲，斷絲和缺絲的總長度不得超過螺紋全扣的10%。

ii. 焊接連接

焊接是通過局部加熱或加壓的方法，將兩個分離的金屬的金屬管件連接成為一個不可拆卸的整體，形成永久性接頭的加工過程。其優點是接口的強度和嚴密性高而成本低；其缺點是不可拆卸，操作工藝復雜。

常用的焊接方法有手工電弧焊、氣焊、氬弧焊，大面積的焊接盡可能采用CO2氣體保護焊。一般情況下，應優先采用電焊，當管徑在50mm以下，壁厚在3mm以下時，可采用氣焊。

⒈ 手工電弧焊

手工電弧焊是一種用電弧做熱源的熔化焊方法，它廣泛應用于各種金屬管、各種厚壁管子的焊接。手工電弧焊的主要設備有交流弧焊機、直流弧焊機。

交流弧焊機結構簡單，堅固耐用，維修、使用方便，效率高，應用極為廣泛。

焊接過程中所用的主要工具和用具有電焊軟線、焊鉗、面罩、清理工具及勞保用品等。

對于普通鋼管來說，當直徑等于或大于50mm時，應采用電弧焊。焊條通常采用E4303或E4301，若管道的工作溫度在300℃以上，可采用E4316或E4315。

根據焊條藥皮成分，E4303、E4301屬于酸性焊條，可用于交流或直流焊機施焊，焊接過程中產生的有害氣體較少，但在焊縫金屬中，較易存在氣泡和雜質，且焊縫的塑性、韌性和抗裂性要差一些。E4316、E4315屬于堿性低氫型焊條，與E4303、E4301相比，它們具有較好的機械性能，尤其是塑性、韌性和抗裂性更好，缺點是焊接過程中產生的有害氣體較多，對鐵銹和焊件潮濕比較敏感，容易在焊縫金屬中形成氣孔。

焊縫的缺陷可分為外部缺陷和內部缺陷兩個方面。焊縫常見的缺陷主要有：焊縫尺寸及形狀不符合要求、咬邊、焊瘤、弧坑、氣孔、夾渣、裂紋和未焊透。

1.1 焊接操作方法

a． 焊接操作要領。當電弧引燃后，焊條必須有三個基本方向的運動才能形成良好的焊接縫口：即朝

著熔池方向做逐漸的送進、做橫向擺動、沿著焊接方向逐漸移動。

①焊條朝著熔池方向做逐漸送進，主要是用來維持所要求的電弧長度，電弧的長短對焊接質量有很大關系。

②焊條的橫向擺動，主要是為了獲得一定寬度的焊縫，其擺動范圍與焊縫要求的寬度、焊條直徑有關。擺動的范圍越寬，得到的焊縫寬度也越大。 ③焊條沿著焊接方向逐漸移動的移動速度，對焊縫質量有很大影響。移動速度應根據電流大小、焊條直徑、焊件厚度、裝配間隙以及焊縫位置來適當掌握。

b． 常用的運條方法有直線形運條法、直線往返形運條法、鋸齒形運條法、月牙形運條法、三角形運

條法、圓圈形運條法等。

c． 影響焊接質量的最大因素，就是電流的選擇和施焊時的運條方法。

⒉ 氣焊與氣割

氣焊是利用可燃氣體與助燃氣體混合燃燒，并從一定的設備（如焊炬）中集中噴射出火焰，對金屬進行加熱和熔化的一種焊接方法。

氣割則是利用上述火焰的熱能，將鋼件切割處預熱到一定溫度，然后通以高速切割氧流，使鐵燃燒（劇烈氧化），以實現切割的一種方法。

氣焊和氣割所用的氣體由可燃氣體和助燃氣體組成。助燃氣體是氧氣；可燃氣體有多種，如乙炔氣、氫氣、液化石油氣、天然氣等，其中以氧-乙炔氣焊與氣割應用最廣。

乙炔是易燃、易爆氣體，其燃點為480℃，當溫度升高到300℃以上，壓力在0.15MPa以上時，乙炔遇火就會爆炸；當溫度超過580℃，壓力超過0.15MPa時，乙炔能自行爆炸。 乙炔瓶的外表面應涂成白色，并用紅漆寫上“乙炔”和“不可近火”字樣。

氧氣是助燃氣體，本身不能燃燒。氧氣瓶外表面為天藍色，并用黑漆標明“氧氣”字樣。 減壓閥是氣焊及氣割作業的重要器材，在氧氣瓶和乙炔瓶上都要安上減壓閥，以便瓶中的高壓氣體降壓為需要的低壓氣體，并保證輸出的氣體壓力穩定。氧氣減壓閥與氧氣瓶是通過減壓閥進氣口上的活接頭和氧氣瓶側的接頭連接的。乙炔減壓閥與乙炔瓶是靠特殊的夾環連接的。氧氣減壓閥和乙炔減壓閥不得調換使用。

氧氣膠管為紅色，內徑8mm，允許工作壓力為1.0MPa；乙炔膠管為黑色，內徑10mm，允許工作壓力為0.5～1.0MPa。每種膠管只能用于一種氣體，不能相互代用。

iii. 法蘭連接

管道的法蘭連接是用螺栓將固定在管件上的一對法蘭盤拉緊封閉，使管件連接成一個可以拆卸的整體。其連接強度高，便于拆卸，應用較廣泛。

從法蘭的密封面形式劃分，平焊法蘭中有光滑面法蘭、凹凸面法蘭；常用對焊法蘭中有光滑面法蘭、凹凸面法蘭和榫槽面法蘭。

法蘭緊固件是指連接法蘭所用的螺栓、螺母和墊圈。

八 給排水與采暖管道的安裝

1. 常用材料

室內（包括消防用水）管道，應使用低壓流體輸送用鍍鋅管道。如單獨安裝生產或消防給水管道，可用非鍍鋅鋼管。管徑大于80mm，可使用給水鑄鐵管。

給水管道的閥門：管徑小于或等于50mm時宜采用截止閥，管徑大于50mm宜采用閘閥。生活水用采用鍍鋅鋼管及管件、絲扣連接。生產用給水采用焊接鋼管、焊接連接。

室外給水管道的材質大體有四種：給水鑄鐵管、鋼管、鋼筋混凝土管和硬聚氯乙烯塑料管，其中以給水鑄鐵管應用得多。

閥門。管徑DN小于或等于50mm，宜采用截止閥J11-10（DN15-65）或J11T-16（DN15-65）；管徑大于50mm宜采用閘閥，即內螺紋暗桿楔式閘閥ZT15T-10或暗桿楔式閘閥ZT45-10（DN50-450）。

管材及閥門要符合國家或部門現行標準的技術質量鑒定文件或產品合格證。

鋼管表面不能有顯著銹蝕、凹陷等疵病，通常管壁厚度δ＜3.5mm時，鋼管表面不準有0.5mm深的傷痕；管壁厚度δ＞3.5mm時，傷痕深不準超過1mm。

填料。

①麻制品。有亞麻、線麻（育麻）、麻席，主要用于介質溫度低于100℃的管道上。 ②白厚漆（白鉛油）。 ③聚四氟乙烯生膠帶。

2. 室外給水管道

室外給水管網一般分為枝狀網和環狀網。

枝狀網是從單獨的干管上分出若干支管，好像樹枝狀。樹枝形管網管道長度較短，管網一次投資少，但只是一個方向供水，安全可靠性差。

環狀網干管能前后貫通，連接成一個環狀，管道較長，管網一次性投資高，但安全可靠性好，便于維修。

2.1室外鋼管的安裝要求。

①彎管的彎曲點與直管接口的距離應不小于管子的直徑，最少于100mm。 ②有縫鋼管安裝，縱縫應安置在易于檢查的位置，互相錯開不小于100mm。

③法蘭連接時，管道中心應與法蘭垂直，兩法蘭接觸面應互相平行，法蘭間的墊片尺寸應符合規定。墊片內徑不允許凸入管內，墊片外徑與法蘭密封面的外緣應平齊，不得超過螺栓孔，不準使用雙層墊片，所有法蘭螺母應放在法蘭同一側。

④管道焊接時，其錯口允許偏差值、允許對口間隙值應符合規范要求，管壁厚度在5mm以上的，其端部應有30°～35°角的坡口，并在內徑一側留有1～2mm厚的鈍邊。

⑤管道上需加短管時，其長度不得小于管子外徑，最短不得小于200mm。

⑥法蘭連接的管道或管件，應先緊固螺栓，再焊接或連接附近接口，以防螺栓產生應力。

⑦管道接口不應放在支座或支架上。因接口放在支架上不僅接口下部無法進行施焊和影響檢修，而且此處受彎曲應力最大，容易引起接口的破壞。

⑧管道與座架應嚴密接觸，不得有空隙，其目的是使管段重量由各座均勻承擔，防止管道由于彎曲應力過大而發生接口破壞。

⑨管道接口法蘭應安裝在檢查井或地溝內，不得埋在土壤中。如采取防腐措施。

⑩給水閥門井內的安裝，如設計無要求，井壁距法蘭或承插口的距離，管徑小于450mm的應不小于250mm，管徑大于450mm的應不小于350mm，管底距井底不小于400mm。

另外，穿越基礎和構筑物的管道應設套管，套管內的管段不允許有接口。

3. 室內給水管

室內給水系統安裝的任務是從室外給水管網中取水，并在保證用戶所需的水質、水量和水壓的情況下，把水送到配水龍頭、生產設備、消防裝置和其他配水點。

室內給水管敷設形式分明裝和暗裝兩種形式。

明裝管路的安裝位置，要盡可能減少占用建筑物的使用面積，因而在布置管路時，應將主干管安放在生活輔助房間內，立、支管應設在房間的墻角，沿墻、梁、柱敷設，管道安裝應保持橫平豎直，遇有拐彎處要與建筑物的輪廓線平行敷設。布置管路時要特別注意與室內電氣線路及煤氣線路的平行與交叉距離，應符合規范要求，以保證使用安全。

室內給水管道的安裝順序一般是先敷設引入管，后安裝干管、立管和各個方向的橫的支管。在民用住宅中，可按單元、按立管編號進行施工，在高層建筑中可按立管編號進行施工，總之，按區域或系統分項施工，先地下后地上，先大管后小管，先安支、吊架后裝管道，再進行水壓試驗，合格后再裝水龍頭與衛生器具鑲接或連接用水設備。