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舱底水管系的研究

渤海船舶职业学院

毕业设计（论文）

题目：

舱底水管系的研究

系：

动力工程系专业：

轮机工程技术（船舶管系）

姓名：

xxx指导教师：

xxx

班级：

xx评阅教师：

xxx

学号：

x完成日期：

2014年6月3日

中文摘要

题目：

舱底水管系的研究

摘要：

船舶在运输过程中，由于外板渗漏，舱口盖不够水密，管路渗漏，尾轴套筒和舵杆套筒填料箱的渗漏以及温差引起的湿汽冷凝，都会在舱底形成积水，俗称舱底水。

舱底水必须得到及时的排除，否则会使货物受潮变质，使船体结构锈蚀，甚至会危及船舶的安全。

排院的方法是在各舱舱底设置集水井，使污水沿污水沟流至集水井内聚集，在集水井处装上吸水过滤器，并与吸水管路相通，当舱底水泵开动时，通过吸水管将舱底水抽出并排至船外。

舱底水系统不但起着排日常舱底水的作用，当船体因海损破舱进水时，还担负着紧急排除进水的任务。

因此，舱底水系统除包括：

舱底泵、舱底水总管、支管、吸口滤器、分配阀箱、泥箱、污水分油器等设备外，还应备有应急的排水接管，以便在机舱浸水紧急情况下，通过应急排水支管由主循环水泵或主海水冷却泵排水。

关键词：

舱底水压载水阀

目录

1.1.1舱底水管系的概述及功用6

1.1.2舱底水管系基本要求6

1.3.3管子材料的选择8

1.4.2涂塑9

3.2.2排出压力14

3.3.2其他处所的排水16

3.4.1通用阀门材料选用17

2．可锻铸铁阀门材料选用17

3．球墨铸铁阀门材料选用17

4．铜合金阀门材料选用17

5．碳素钢阀门的材料选用17

4.1概述[7]19

4.1.1压载水管系的功用19

4.2全船压载水系统19

4.3.2双泵压载水管系21

5.1.1　压载泵的形式和台数22

5.1.2压载泵的排量22

5.1.3排出压力22

5.2管径的确定23

6.1压载水管系布置原则25

6.2.1管子材料25

6.2.3阀的控制和要求及安装要求26

6.2.5管架26

6.3船级社对管路附件的其他要求27

6.32对其他附件的要求27

6.4船舶压载水的控制和管理27

7.1膨胀29

7.2振动29

7.3液压试验和密性试验30

7.3.1装船前的液压试验30

8.1概述31

8.1.2舱底油污水处理系统的组成31

结论37

致谢38

参考文献39

附录40

前言

压载水系统和舱底水系统是现代船舶不可缺少的重要组成部分，是维持船舶生命的大动脉，是关系到旅客、船员生活、生存和服务品质，二者对保证船舶安全、可靠、经济运营意义重大。

船舶在运营过程中，需要随时调整船舶的浮态、改善船舶的稳性、速航性、操纵性、和耐波性。

压载水系统的作用，就是通过对各压载舱中液体的调拨和吸排完成上述的调整任务的。

舱底水管路系统是船舶上重要的保船管路系统，由于其负有保证船舶安全航行的重要任务，因此就成为船舶管路系统中不可缺少的部分，舱底水与压载水管路系统虽然担负的具体任务不同，但它们有着密切的关系，因此在船上，它们的部分管路及舱底泵可以相互兼用或互为备用。

舱底水必须得到及时的排除，否则会使货物受潮变质，使船体结构锈蚀，甚至会危及船舶的安全。

排除的方法是在各舱舱底设置集水井，使污水沿污水沟六至集水井内聚集，在集水井处装上吸水过滤器，。

舱底水系统不但起着排日常舱底水的作用，当船体因海损破舱进水时，还担负着紧急排出进水的任务。

船舶压载舱底系统是船舶安全航行的关键，所以我选则170箱集装箱船压载水、舱底水系统设计作为我的毕业设计题目，使我能够加深对船舶压载水、舱底水系统的了解，熟练对专业知识的应用，掌握船舶管路和设计船舶管路的能力，了解相关阀件和泵的性能。

为以后走上工作岗位打下良好的基础，更好的为祖国造船行业贡献自己的力量。

近年来，随着世界船队规模扩大和旧船报废增加，新船需求保持适度增长，世界造船能力逐年扩大。

而船舶管系又是船舶动力装置的重要组成部分，它联系主、辅机械及有关设备，保证船舶正常航行、停泊以及船员和旅客的需要，因此船舶管系设计是船舶动力装置设计不可缺少的内容。

管系设计的优劣不仅关系到动力装置和船舶的性能。

从整船设计及制造的生产进度和工艺安排来看，管系制作和安装要考虑的因素复杂多变，往往要在船体大合龙完工、船舱设备定位后才能进行。

船舶管系的制作安装占整个造船工作量的20%-30%，直接影响生产进度。

正是由于船舶管系设计的重要性和复杂性，国内外造船企业纷纷采用现代化工程设计工具。

第一章舱底水系统的概述和形式

1.1概述

1.1.1舱底水管系的概述及功用

舱底水系统是重要的保船系统，它不仅要求在船舶正常航行时，对水密舱室内生成的舱底水能有效的排除（机器处所的含油舱底水须经分离油分后排放），而且在紧急情况下，对水密舱在有限进水情况下也能进行有效地排水。

舱底水的来源大致有：

1．主机,辅机,设备及管路接头因密封不良渗漏的油，水。

2．尾管密封渗漏的油，水。

3．从舵机舱向机舱或轴隧泄放的舱底水。

4．从空压机，空气瓶泄放的凝水，蒸汽分配阀箱和蒸汽管路的泄放水。

5．空调管路，风管的凝水以及钢质舱壁的凝水。

6．清洗滤器，设备零件等的疏排水。

7．扑灭火灾时的消防水，甲板冲洗水。

8．在水线附近的舱室及甲板的疏排水。

9．对有些特殊的舱室在紧急情况下的灌注水等。

舱底水一般所含油分为10000mg/L，所含油类几乎多为船上使用的燃油，滑油，其密度为0.85kg/m3~0.96kg/m3，粘度为4.7mm2/s~240mm2/s（50℃时），残炭量为0.4%~0.8%（质量百分比）

木材船，汽车渡船，集装箱船以及客船的舱底水较多，每年每艘约100m3~500m3，这是因为甲板冲洗水较多的缘故，而普通货船，渔船的舱底水每年每艘约30m3~60m3。

1.1.2舱底水管系基本要求

（1）.应能保证船舶在正浮或向上任何一舷倾斜（不超过5°）时，都能排干舱内积水。

（2）.舱底水管系不允许舷外水或任何水舱中的水经过该管系进入舱内，即在舱底水管系中水的流向是单向的，是“只出不进”的。

3）.渔船应设两台动力舱底泵，其中至少有一台为独力动力泵，另一台可为主机带动泵。

所有的动力泵，均应为自吸式泵，除非设有经认可的引水系统。

4）.舱底泵与舱底水管的连接，应确保当其它泵在拆开检修时，至少有一台舱底泵仍能有效地继续工作。

1.2舱底水管路布置方式

舱底水管路布置方式有3种方式：

1．支管式

对各需要排水的舱室，从每个吸口引出支管通过截止止回阀，经舱底水总管接至舱底泵。

2．总管式

适用于设有管隧的大，中型船舶，即从各需要排水的舱室的吸口引出支管通过截止止回阀（如不设置截止止回阀，则吸口应是止回吸口）接至管隧中的总管，该总管通至机舱内的舱底水总管与舱底泵连接。

由于总管式的阀布置在管隧内，因此，阀需要遥控操纵。

3．混合式

介于上述两种方式之间。

例如把需要排水的舱室分成两组或三组，由2根或3根分总管与舱底泵相连接。

注：

采用支管系耗用的管材较多，而采用总管式需要加设阀的遥控操纵系统。

170箱集装箱船属于中型船舶，所以用总管式比较合理。

1.3舱底水管系材料的选择

1.3.1各种管子材料及使用范围

管子材料分为：

1．无缝钢管；

2．焊接钢管；

3．无缝铜管；

4．铸铁管；

5．塑料管；

6．玻璃纤维增强塑料管。

1.3.2管子材料使用范围

1.无缝钢管

（1）规范规定必须使用无缝钢管（图2-1）的管路有：

1）Ⅰ级管和Ⅱ级管。

但也可以按照船级社认可的焊接工艺制造的焊接钢管。

2）CCS规定高压CO2管应采用无缝钢管。

设计中一般考虑使用无缝钢管的管路有：

1）蒸气管；

2）油舱内的加热盘（无缝碳钢管、无缝不锈钢管、无缝铝黄铜管）；

3）压缩空气管；

4）控制空气管；

5）燃油管、滑油管；

6）液压管；

化学品船的液货及相关管系（无缝不锈钢管）。

2.焊接钢管

除必须使用无缝钢管的管子外，均可使用焊接钢管。

但是，Ⅰ级管及Ⅱ级管所用的焊接钢管须由船级社认可的工厂，按认可的焊接工艺制造。

3.无缝铜管（铜及铜合金）

1）Ⅰ级管及Ⅱ级管如使用铜管时，应使用无缝铜管。

2）海水冷却系统中的海水泵的吸排冷却主管（一般考虑从海水总管吸入开始至舷外排出为止），若指定不使用钢管时，可选用无缝铜镍管或无缝铝黄铜等）。

4.铸铁管

虽然规范规定在某种条件下的某些管段可使用灰铸铁或球墨铸铁管，但设计时一般不推荐使用铸铁管。

5.塑料管

船用塑料管应是耐冲击的硬聚氯乙烯塑料管，其特点是重量轻、耐腐蚀，但耐温差和耐火性差。

塑料管一般不应用于介质温度高于60℃或低于0℃的管系。

塑料管的最大允许内压力应不大于在其使用温度下爆破压力的1/4或长期井水压力（>=10

h）实验破坏压力除以安全系数2.5，取较小者。

船上所用塑料管应为认可型。

认可程序的内容按国际海事组织IM0753（18）决议《船上塑料管应用导则》的有关规定进行。

虽然上述应用导则及各船级社规范都规定了使用范围及使用限制条件，但一般仅在非远洋船舶的非重要管路上所使用。

如部分输排水管，部分生活污水管等。

玻璃纤维增强塑料管。

玻璃纤维增强塑料管属于复合型材料，是以树脂为粘结剂，以玻璃纤维及其制品维增强体的复合材料。

船上所用玻璃纤维增强塑料管为热固型，主要用于油船的专用压载水管。

但因价格较高，一般均在船东指定时才采用。

1.3.3管子材料的选择

选择原则：

各种管路所用管子材料的选择应根据管路的用途、介质的种类和参数（压力与温度）而定。

一般情况各种管路一般均应采用钢质管（无缝钢管或焊接钢管）。

仪表管应使用无缝钢管。

特殊情况：

除钢管外，可按船东要求该用下列管材，但应在造船规格书中写明并由经济管理部门核算成本差价。

1）海水冷却管，可使用镀塑钢管、铜镍管或铝黄铜管。

2）油船货油舱加热盘管，可按船东要求采用铝黄铜或不锈钢管。

3）油船专用压载水管，可用玻璃纤维增强塑料管。

4）饮水管，可用不锈钢管。

5）化学品船的液货管路及相关管路，应采用不锈钢管。

综上所述,170箱集装箱船舱底水管系选用碳钢无缝钢管最为合适。

1.4管子的处理

1.4.1镀锌

须镀锌的管子有：

1.各种海水管；

2.各种淡水管（柴油机冷却淡水管除外）；

3.压载空气管；

4.惰性气体管；

5.泡沫灭火管；

6.水舱的空气、测量管和注入管；

7.CO2管。

170箱集装箱船舱底水管系属于海水管路所以应镀锌处理。

1.4.2涂塑

适合涂塑的管子主要是不实施镀锌的海水管。

1.4.3磷化

须进行磷化处理的管子有柴油机的淡水冷却管（不镀锌）。

1.4.4涂覆焦油环氧

焦油环氧涂料属于化学固化型，具有极好的耐水、耐化学品及耐油等性能。

一般，油船甲板上输油管的外表采用涂覆油焦油环氧的处理方法（也可涂覆防漆）。

输油管内壁或油舱内输油管的内外壁可涂纯环氧。

综上所述170箱集装箱船管路选择船用无缝钢管镀锌处理比较合理

第二章舱底水管径、壁厚的确定

2.1原则

确定介质在管内的流速是管路设计的重要环节。

流速高，则管径小，管材省，成本低，但引起阻力增大，腐蚀加快；流速低，则管径大，管材消耗多，成本提高，但阻力小，泵的耗电降低，且当流速过低时，也会引起腐蚀。

因此，必须根据具体管路合理选择流速。

2.1.1海水管内的流速

由于海水对金属腐蚀最大（除酸、碱外），因此对海水在管内的流速应予特别注意。

一般，海水在管内的流速应控制在1m/s—3m/s之间。

2.1.2舱底水管及压载水管

通常舱底水吸入管（总管、支管）及压载水管（总管、支管）以不小于2m/s的流速进行设计。

而其泵的排出管以不大于3m/s的流速进行设计。

对采用GRP的专用压在管客可取2m/s-4m/s。

常用船用碳钢无缝钢管规格见表3.1

表3.1船用碳钢无缝钢管标准（GB5312—85）

公称直径径D

/mm

外径D

/mm

壁厚t/mm

50

60

3.0,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,8.0,9.0

65

76

3.0,4.0,4.5,5.0,6.0,7.0,8.0

80

89

3.5,4.0,4.5,5.5,7.0,7.5,8.0,9.5,11

100

114

4.0,4.5,6.0,7.0,9.0,11,13,14

125

140

4.5,5.0,6.0,7.0,8.0,9.5,10,11,16

150

168

5.0,5.5,7.0,9.0,11,18

200

219

6.5,8.0,8.5,10,12

250

273

7.0,9.0,9.5,10,12,14

300

325

8.0,10,11,14,16

2.2管径确定

170箱集装箱船有关参数

总长86.7m

垂线间长81m

型宽15.8m

型深7.4m

设计吃水5.4m

船员27人

满载航速10.7kn

续航力5000海里

各国船级社的规定基本相同，下面的叙述是按CCS的规定。

2.2.1舱底水总管内径

舱底水总管的内径，必须大于或等于下式的计算值：

=25+1.68

（3-1）

式中d1----------舱底水总管的计算内径（mm）;

Lpp---------船垂线间长（m）;

B------------船宽（m）;

D------------至舱壁甲板的型深（m）;

带入集装箱船数据d1不小于d1=25+1.68

=79mm。

根据无缝钢管规格表选外径89mm，壁厚4.5mm。

2.2.2机器处所的舱底水支管内径

机器处所的舱底水支管内径，必须大于或等于下式的计算值：

d2=25+

（3-2）

式中d2---------舱底水支管的计算内径（mm）；

l---------舱室长度（m）；

B------------船宽（m）

D------------至舱壁甲板的型深（m）;

带入集装箱船机舱长度数据d2不小于d2=25+

=48mm。

根据船用碳钢无缝钢管规格表选外径60mm，壁厚4.5mm。

带入集装箱船货舱长度数据d2不小于d2=25+

=65mm。

根据船用碳钢无缝钢管规格表选外径76mm，壁厚4.5mm。

1．直通舱底泵的舱底水管内径等于舱底水的总管的内径。

2．舱底水支管的内径一般不应小于50mm，对于小容积分舱来说，管内径可减少至40mm,轴隧舱底水管的内径一般不应小于65mm。

3．舱底水总管与分配阀箱的连接管的截面积，不得小于连接于该阀箱的两根最大舱底水支管的规定截面积的总合，但不必大于所规定的舱底水总管的截面积。

4．敷设在双层底舱以上的舱底水管，管子的最小壁厚见表3.2。

一般，舱底水管应尽量避免通过压载舱及燃油舱，尤其是燃油舱。

如不能避免时，则该段舱底水管的最小壁厚应加厚。

5．舱底水管应采用镀锌钢管（无缝或有缝）。

当穿过燃油舱时，管子外表面不应镀锌。

选用无缝钢管，可参照CB3075-87船用无缝钢管简选系列，也可按照船厂推荐的或库存的管子规格予以选用，但壁厚应符合规范要求。

按表3.1.2选取。

上述舱底水管管径的确定是依据1996年的CCS《钢质还传入级与建造规范》。

世界其他船级社的规范，管径的计算方法大致相同，具体细节稍有差异。

表3.2舱底水管的壁厚要求

管子外径

舱底水管的最小壁厚

通过压载舱燃油舱的舱底水管最小壁厚

21.3-33.7

3.2

--

38-48.3

3.6

6.3

51-70

4.0

6.3

76.1-82.5

4.5

6.3

88.9-108

4.5

7.1

114.3-139.7

4.5

8.0

152.4-168.3

4.5

8.8

177.8

5.0

8.8

193.7

5.4

8.8

219.1

5.9

8.8

244.5-457

6.3

8.8

根据以上对舱底水管系的规定，170箱集装箱船管路总管选用船用碳钢无缝镀锌钢管外径89mm壁厚4.5mm。

机舱支管选用外径60mm壁厚4.5mm。

货舱支管选用外径76mm壁厚4.5mm。

第三章舱底泵的确定

3.1舱底泵要求

1．应具备有效的舱底泵站，使船舶在所有实际情况下，无论处于正浮或是横倾位置，均能从任何既非永久油舱又非永久水舱的水密舱内有效排水。

为此，必要时应设置舷边吸口。

舱底水管的布置应使舱底水易于流至吸口。

经主管机关同意，对无损于船舶安全的个别舱室可免设舱底水系统。

2．应至少装有两台由独立动力驱动的舱底泵，其中之一可由主机驱动。

具有足够排量的压载水泵或其它总用泵可用作动力驱动的舱底泵。

3．动力舱底泵应能使通过主舱底水管的水流流速不小于2m/s。

4．除非其布置能使所连接的任意泵的工作，不受同时工作的其它泵的影响，否则，窜波推进泵或其他各主要用途的泵不得接到一个公共吸入或排出阀箱或排出管上。

3.2舱底水泵参数的确定

由于舱底水泵要抽除舱底水，有时需排水的舱室离泵又较远，因此所有的动力舱底泵必须为自吸式或带有可靠的自吸装置。

常用的自吸装置为压缩空气喷射器、叶片式真空泵等，且都配备自动控制装置，在舱底水泵启动时自吸装置动作，使吸入管路形成负压，而一旦引水成功自吸装置即自动停止工作。

每艘船舶的动力舱底泵数量，按照表4.1选取。

表4.1船舶的动力舱底泵数量

船舶种类

独立动力泵/台

主机驱动或独立动力泵/台

客船

业务衡准数≥30

3

1

业务衡准数<30

2

1

除客船外的船舶

船长>91.5m

2

-

船长≤91.5m

1

1

3.2.1舱底泵的排量

为使舱底水总管内的水流速不低于2m/s，可由前述求得舱底水总管内径计算出舱底泵的排量。

每一舱底泵的排量不小于下式的计算值：

Q=5.66d

10

=60m3/h；（4-1）

式中Q------每一舱底泵计算排量（m3/h）;

d1-----舱底水总管的计算内径（mm）。

3.2.2排出压力

排出压力与船的大小有一定的关系，一般在0.2MPa~0.25mMPa之间，本船属中小型船舶，初选排出压力0.2MPa。

　　即

（4-2）

式中　P—泵的排出压力（Pa）；

—密度（kg/m3）；

　　　g—重力加速度（m/s2）；

　　　H—扬程（m）。

（4-3）

根据舱底泵的计算参数进行选型见表4.2。

表4.2舱底泵选型

型号

流量

扬程

效率

转速

电机

功率

允许吸上真空度

吸入口直径

排出口直径

叶轮直径

Q

H

n

m3/h

m

%

r/min

kw

m

m

m

m

3BA-6A

60

30

59

2900

5.3

6.4

80

50

192

根据上述为保证安全使舱底水机舱内选用2台3BA-6A型单级单吸悬臂卧式泵，流量60m3/h，扬程30m，转速2900r/min,允许吸上真空度6.4m,进口直径80mm

。

每一台独立动力舱底泵，可以由几台泵组成的舱底泵组替代，但每一泵组的总排量应不低于上述的每一舱底泵计算排量。

除客船外的其他船舶，可以允许其中一台舱底泵的排量小于按公式计算排量，但不能低于计算排量70％。

而排量的不足部分应由其他舱底泵予以补足。

另外，除客船外的船舶，只要有足够排量的舱底水喷射器完全可以取代独立动力舱底泵。

3.3舱室舱底水的排除

3.3.1机器处所得排水

机器处所内舱底水吸口和直通舱底泵吸口的布置和数量，各国规范都有明确的规定，虽大同小异，但毕竟有所差异，在设计时应查阅并遵循相应的规范，以免在图纸退审时才发现错误。

按1996年的CCS规范，吸口的位置和数量见表4.3。

表4.3吸口的位置和数量表

机器处所情况

舱底水吸口

直通舱底泵吸口

位置

数量

位置

数量

单层底机舱

舱底向两舷升高≥5°

中纵剖面处

1

中纵剖面处

1

舱底向两舷升高＜5°及所有客舱

中纵剖面处

各1

中纵剖面处、左右舷

各1

双层底机舱

内底板扩展至机舱全长并在两舷形成污水沟

左右舷

各1

左右舷

各1

内底板扩展至机舱全长和全宽

左右舷各设1只污水井

每个井内1

左右舷各设1只污水井

每个井内1

尾机型船的机舱

机舱前端左右舷、机舱后端

各1

机舱前端的一舷、机舱后端

各1

用水密舱室与机舱隔开的锅炉舱或辅机舱;电力推进船舶的独立电动机机舱

按货船要求

每一水密分舱至少设1

除客船外的船舶机器处所内舱底水排除装置的布置，应在船舶正浮或横倾不大于5°时能正常地排除积水。

对于客船要求较高，无论船舶正浮还是在事故发生后，在实际可能产生倾斜的情况下，机器处所内的积水仍能排除。

对于客船每台独立舱底泵所在的处所均应设有直通舱底泵吸口，但任何一个处所内直通舱底泵的吸口不必超过2只，当有2只吸口时应两船舷各布置1只。

在每台主机机器处所内必须设置一个应急舱底水吸口，该吸口通常与一台主冷却水泵连接，中间设置截至止回阀，不必配置泥箱，阀杆应适当延伸以使手轮栽花钢板以上的高度至少为460mm，并设醒目的标示牌。

若主冷却水泵不适合应予抽除舱底水时，则应急舱底水吸口可接至除舱底泵外的最大排量的一台动力泵，但其排量不得小于所要求的舱堵泵计算排量。

应急吸口的尺寸至少须与泵的进口尺寸相同，对于蒸汽主机的船舶，其尺寸至少为循环泵进口直径的2/3。

（图4-1）

图4-1典型的舱底水原理图

3.3.2其他处所的排水

1.作为干舱的首、尾尖舱以及锚链舱应装设舱底水支管及吸口，可采用手动泵或喷射泵排水。

手动泵或喷射器的布置位置，应考虑吸口管路、排除管路的水阻力损失，手动泵吸口泵高度按规定应低于7m，喷射泵距吸口的高度建议低于2m。

喷射器排出管的弯头希望尽可能的少，在喷射器出口处应有不小于0.6m的直管，以避免由于阻力增加而不能排水。

锚链舱以及首尖舱以上的水密封舱室也可采用动力舱底泵排水。

2.尾尖舱以上的小围蔽舱室和舵机舱可设手动泵或动力舱底泵进行排水，也可用内径大于38mm的疏水管将水排至轴隧或尾机型船舶的机舱内，但必须在管路上设置自闭式阀。

根据上述选用CS-32型手摇泵主要用于抽吸油、水及铁和铜等无腐蚀性的液体，不适合用于含有纤维或其他固体颗粒的液体。

温度在60℃以下。

流量15～23L/min，最大扬程30m，允许吸上真空高度4.5MH2O,重量19KG。

3.当管隧或轴隧长度小于35m时，在后端设1只舱底水支管吸口。

当长度大于或小于35m时，在前后端各设1只吸口。

当船长超过60m建议管隧或轴隧的舱底水吸入管径内径大于65mm。

4.隔离空舱一般设置内径50mm舱底水吸入支管。

综上所述，管路吸口布置严格按照规范要求布置。

3.4舱底水管路及附件

为防止发生沟通，舱底水阀箱应为截止止回阀。

在舱底水吸水管、直通舱底泵吸入管、舱底泵与总管的连接管上应装设计截止止回阀。

所有舱底水吸入管路，在与舱底泵吸入阀箱连接之前，不应与其他管路有任何连接。

3.4.1通用阀门材料选用

1．灰铸铁阀门材料选用

用于公称压力PN≤1.0MPa，温度为-10～20