第一章水暖管道施工基础知识.docx
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第一章水暖管道施工基础知识
第一章水暖管道施工基础知识
第一节管道系统元件DN及PN
一、公称直径DN
管道工程中，管子种类繁多，管子的大小通常用管外径D和管内径d表示，量度使用过程中，由于用途不一，需要多种直径相应的管路附件（包括管件、阀门、法兰等），这样，管材和附件的直径尺寸就相当多，给制造、设计和施工造成了不便，为了能批量生产、降低成本，提高效益，使管道系统元件具有通用性和互换性，必须对管子和管路附件实行标准化，而公称直径又是管道工程标准化的重要内容。
所谓公称直径就是各种管道元件的通用口径，又称公称尺寸（现在国际上普遍使用公称尺寸这一称谓）、公称通径、公称口径，用符号DN表示，DN是用于管道系统元件的字母和数字组合的尺寸标识。
它由字母DN和后跟无因次的整数数字组成。
这个数字与端部连接件的孔径或外径（用mm表示）等特征尺寸直接相关。
现行管道元件的公称直径按GB/T1047-2005之规定，列表1-1。
表1-1管道元件的DN（公称直径）（GB/T1047—2005）
DN6
DN40
DN200
DN600
DN1400
DN2600
DN4000
DN8
DN50
DN250
DN700
DN1500
DN2800
DN10
DN65
DN300
DN800
DN1600
DN3000
DN15
DN80
DN350
DN900
DN1800
DN3200
DN20
DN100
DN400
DN1000
DN2000
DN3400
DN25
DN125
DN450
DN1100
DN2200
DN3600
DN32
DN150
DN500
DN1200
DN2400
DN3800
注：
1．除在相关标准中另有规定，字母DN后面的数字不代表测量值，也不能用于计算目的。
2．采用DN标识系统的那些标准，应给出DN与管道元件的尺寸的关系，例如DN/OD或DN/ID。
二、管道元件公称压力PN
PN是与管道系统元件的力学性能和尺寸特性相关、用于参考的字母和数字组合的标识。
它由字母PN和后跟无因次的数字组成。
管道的公称压力列于表1-2。
表1-2管道元件的PN（公称压力）（GB/T1048—2005）
DIN系列
PN2.5
PN6
PN10
PN16
PN25
PN40
PN63
PN100
ANSI系列
PN20
PN50
PN110
PN150
PN260
PN420
—
—
注：
必要时允许选用其他PN值
关于公称压力PN需做如下解释：
字母PN后面的数字不代表测量值，不应用于计算目的，除非在有关标准中另有规定。
除与相关的管道元件标准有关联外，术语PN不具有意义。
管道元件许用压力取决于元件PN的数值，材料和设计以及允许工作温度等，许用压力在相应标准的压力-温度等级表中给出。
具有同样PN和DN数值的所有管道元件同与其相配的法兰应具有相同的配合尺寸。
以上是GB/T1048—2005关于公称压力PN的定义和注释。
这样的解释令一般读者有点费解。
特别是初级读者和已经习惯了GB1048—70和GB1048—90对公称压力定义的读者。
为了把公称压力PN说得更清楚一些，我们有必要回顾一下GB1048—70和GB1048—90对公称压力PN的解释。
（1）GB1048—70对公称压力的解释
公称压力是为了设计、制造和使用方便而规定的一种标准压力，用Pg表示，其后附加压力数值。
公称压力数值上正好等于第一级工作温度下最大工作压力。
（2）GB1048—90对公称压力的解释
公称压力是指与管道元件的机械强度有关的设计给定压力，用PN表示，其后附加压力数值，单位是MPa。
如公称压力4.0MPa，记为PN4.0MPa。
通过以上比较，毫无疑问GB/T1048—2005关于公称压力PN的定义和注释是严谨而抽象的。
我们可以这样理解：
PN是与管道系统元件的力学性能和尺寸特性相关、用于参考的字母和数字组合的标识，数值上等于基准温度下最大允许工作压力。
不同材料的制品，其基准温度不同。
塑料制品的基准温度为20℃，碳钢制品的基准温度是200℃，合金钢制品的基准温度是250℃，铜制品的基准温度是120℃，铸铁制品的基准温度是120℃。
公称压力PN对应于准温度下的最大允许的工作压力见表1-3。
表1-3公称压力PN对应于基准温度下的最大允许工作压力
PN
2.5
6
10
16
20
25
40
50
63
100
110
150
260
420
Pmax
MPa
0.25
0.6
1
1.6
2
2.5
4
5
6.3
10
11
15
26
42
bar
2.5
6
10
16
20
25
40
50
63
100
110
150
260
420
第二节热塑性塑料管材公称外径、公称压力、通用壁厚
塑料加热后软化具有可塑性，可制成多种形状的制品，冷却后又结硬，可多次加热，反复成型，这类塑料是热塑性塑料。
常用的热塑性塑料有聚氯乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、有机玻璃等。
用热塑性塑料制成的管子是热塑性塑料管。
常用的热塑性塑料管有：
硬聚氯乙烯塑料管、聚乙烯管、聚丙烯管、聚丁烯管、丙烯腈——丁二烯——苯乙烯（ABS）塑料管等。
一、流体输送用热塑性塑料管材公称外径、公称压力
1．术语
（1）公称外径dn
管材或管件插口外径的规定数值，单位为mm。
在热塑性塑料管材系统中，它适用于除法兰和用螺纹尺寸表示的部件外的所有热塑性塑料管道系统部件。
为便于参考采用整数值。
公称外径是管材产品标准中规定的最小平均外径dem，min。
（2）外径de
1）平均外径dem。
管材或管件插口端任意横断面的外圆周长除以π，并向大圆整到0.1mm得到的数值。
2）最小平均外径dem，min。
在管材产品标准中规定的平均外径的最小允许值，数值上等于公称外径dn。
（3）压力
1）公称压力PN。
公称压力PN是与管道系统部件的力学性能相关用于参考的标识。
是指管材在温度为20℃时，最大的允许工作压力。
2）最大允许工作压力PPMS。
考虑总体使用（设计）系数C后确定的管材允许压力，单位为MPa。
3）工作压力。
系统设计输送介质的压力。
（4）置信下限
置信下限
是一个用于评价材料性能的应力值，指该材料制造的管材在20℃、50年的内水压下，置信度为97.5%时，预测的长期强度的置信下限，单位为MPa。
（5）最小要求强度MRS
最小要求强度MRS是将20℃、50年置信下限
的值按GB/T321的R10或R20系列向下圆整到最接近的一个优先数得到的应力值，单位为MPa。
当置信下限
的值小于10MPa时，按R10系列圆整，当
大于等于10MPa时，按R20系列圆整。
MRS是单位为MPa的环应力值。
（6）总体使用（设计）系数C
总体使用（设计）系数C是一个大于1的数值，它的大小考虑了使用条件和管路其他附件的特性对管系的影响，是在置信下限所包含因素之外考虑的管系的安全裕度。
（7）温度
1）设计温度TD。
水输送系统温度的设计值，单位为℃。
2）最高设计温度Tmax。
仅在短期内出现的设计温度TD的最高值。
3）故障温度Tmal。
当控制系统出现异常时，可能出现的超过控制极限的最高温度。
2．公称外径dn、公称压力PN、最小要求强度MRS的选定
（1）公称外径dn
公称外径dn应从表1-4中选定。
（2）公称压力PN
公称压力PN应从表1-5中选定。
（3）最小要求强度MRS
最小要求强度MRS应从表1-6中选定。
表1-4公称外径dn的允许值mm（摘自GB/T4217-2008）
2.5
10
40
125
250
500
1000
3
12
50
140
280
560
1200
4
16
63
160
315
630
1400
5
20
75
180
355
710
1600
6
25
90
200
400
800
1800
8
32
110
225
450
900
2000
表1-5公称压力级别PN（对应最大允许工作压力PPMS）（摘自GB/T4217-2008）
PN
1
2.5
3.2
4
5
6
6.3
8
10
12.5
16
20
PPMS
MPa
0.1
0.25
0.32
0.4
0.5
0.6
0.63
0.8
1.0
1.25
1.6
2.0
bar
1
2.5
3.2
4
5
6
6.3
8
10
12.5
16
20
如要求更高的公称压力，应从GB/T321中的R5系列或R10系列选取
表1-6最小要求强度允许值MRSMPa（摘自GB/T4217-2008）
1
2.5
6.3
12.5
20
31.5
1.25
3.15
8
14
22.4
35.5
1.5
4
10
16
25
40
2
5
11.2
18
28
注：
从1到10的各个值选自GB/T321中的R10系列（增量25%），大于10的值选自GB/T321中的R20系列（增量12%）
二、热塑性塑料管材通用壁厚
1．术语
（1）壁厚
1）公称壁厚en。
用于表示管材壁厚的一个数值，单位为mm。
它等于任一点最小允许壁厚ey，min经圆整后的数值。
2）任意一点壁厚ey。
管材或管件上任意一点测得的壁厚。
3）最小壁厚emin。
管材或管件圆周上任意一点壁厚的规定最小值。
4）最大壁厚emax。
管材或管件圆周上任意一点壁厚的规定最大值。
（2）设计应力
在规定条件下的允许应力，等于最小要求强度（单位为MPa）除以总体使用系数C。
（1-1）
（3）标准尺寸比SDR
管材的公称外径与公称壁厚的比值，按公式SDR=dn/en计算并按一定规则圆整。
SDR由公式（1-2）、（1-3）之一计算。
（1-2）
或
（1-3）
式中dn——管材公称外径，mm；
en——管材公称壁厚，mm；
MRS——最小要求强度，MPa；
PPMS——最大允许工作压力，MPa；
C——总体使用（设计）系数；
——设计应力，MPa。
给定SDR的值，用产品标准中规定的MRS和C可以按（1-4）、（1-5）计算出最大允许工作压力PPMS。
（1-4）
或
（1-5）
（4）管材系列S
管材系列简称管系列，用S表示，是一个与公称外径和公称壁厚有关的无量纲数值，按下式计算：
（1-6）
对于压力管管系列S可表达为：
（1-7）
式中
——诱导应力，MPa；
P——内压，MPa。
（5）静液压应力
管材充满有压液体时，管壁所受到的应力，单位为MPa，它与压力、壁厚和外径的关系：
（1-8）
式中P——管道静液压力，MPa；
de——管材的外径，mm；
e——管材的壁厚，mm。
2．壁厚值的计算
热塑性塑料压力管由下面二个公式之一计算：
（1-9）
（1-10）
式中en——公称壁厚，mm；
dn——公称外径，mm；
——诱导应力，MPa；
P——设计工作压力，MPa；
S——管材系列数。
式（1-9）、（1-10）也适用于表达最大允许压力PPMS以及设计应力
间的关系。
（1-11）
三、热塑性塑料管材及管件的使用级别
热塑性塑料管材及管件的使用条件分为5个级别，见表1-7，每一个级别均对应一个50年的设计寿命下的使用条件。
在一些地区因特殊的气候条件，也可以使用其他分级。
表1-7使用条件级别（GB/T18991-2003）
使用条
件级别
工作温度
To/℃
在To下的使
用时间a/年
最高设计温
度Tmax/℃
在Tmax下使
用的时间/年
故障温度
Tmal/℃
在Tmal下的使用时间/h
应用举例
1
60
49
80
1
95
100
供热水（60℃）
2
70
49
80
1
95
100
供热水（70℃）
3b
30
40
20
25
50
4.5
65
100
地板下的低温供热
4
40
60
20
25
70
2.5
100
100
地板下供热和低
温暖气
5c
60
80
25
10
90
1
100
100
较高温暖气
注：
a当时间和相关温度不止一个时，应当叠加处理。
由于系统在设计时间内不总是连续运行，所以对于50年的使用寿命来讲，实际操作时间并未累计到达50年，其他时间按20℃考虑。
b仅在故障温度不超过65℃适用。
c本标准仅适用于To、Tmax、和Tmal的值都不超过表1-7中第5级的闭式系统。
第三节塑料管道施工术语与代号
一、术语
1．给水塑料管道
（1）给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管
以聚氯乙烯（PVC）树脂为主要原料，加入了符合国家标准的管材所必需的添加剂组成的混合料（混合料中不允许加入增塑剂），经挤出成型的管材，记为PVC-U管
（2）氯化聚氯乙烯（PVC-C）管
以氯化聚氯乙烯树脂（PVC-C）为主要原料，加入了为提高其加工性能而又符合国家标准所必需的添加剂经挤出成型的冷热水用管材，记为PVC-C管。
（3）给水用聚乙烯（PE）管
1）聚乙烯混配料。
以聚乙烯基础树脂，加入必要的抗氧化剂、紫外线稳定剂和颜料制造而成的粒料。
2）给水用聚乙烯（PE）管。
给水用聚乙烯（PE）管是以聚乙烯混配料为主要原料，经挤出成型的管材，记为PE给水管。
（4）交联聚乙烯（PE-X）管
以密度大于等于0.94g/cm3的聚乙烯或乙烯共聚物，添加适量助剂，通过化学的或物理的方法，使其线型的大分子交联成三维网状的大分子结构管。
通常记为PE-X管。
（5）耐热聚乙烯（PE-RT）管
以乙烯和辛烯共聚制成的特殊的线型中密度乙烯共聚物，添加适量助剂，经挤出成形的热塑性管，记为PE-RT管。
（6）给水用钢骨架聚乙烯复合管
给水用钢骨架聚乙烯复合管是以连续缠绕焊接成型的网状钢丝骨架与聚乙烯（中密度或高密度）热塑性树脂，以挤出方式复合成型的聚乙烯塑料复合管。
（7）钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管
钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管是以缠绕钢丝网为中间层，内外层为塑料，采用专用热熔胶，通过挤出成型方法复合成一体的管材。
（8）无规共聚聚丙烯（PP-R）
丙烯和另一种烯烃单体（或其他多种烯烃单体）共聚而成的无规共聚物，烯烃单体中无烯烃外的其他官能团。
（9）耐冲击共聚聚丙烯（PP-B）
也称为嵌段共聚聚丙烯，由均聚聚丙烯（PP-H）和无规共聚聚丙烯PP-R与橡胶形成的两种或多相丙烯共聚物。
橡胶相是由丙烯和另一种烯烃单体（或多种烯烃单体）的共聚物组成。
该烯烃单体中无烯烃外的其他官能团。
（10）无规共聚聚丙烯管
以丙烯和适量乙烯的无规共聚物，添加适量助剂，经挤出成型的热塑性管，记为PP-R管。
（11）耐冲击共聚聚丙烯管
耐冲击共聚聚丙烯管也称为嵌段共聚聚丙烯管，以丙烯和乙烯嵌段共聚物，添加适量助剂，经挤出成形的热塑性管，记为PP-B管。
（12）聚丁烯（PB）管
聚丁烯（PB）管材是用聚丁烯（PB）管用料为原料，经挤出成型的管材。
（13）铝塑复合管
内层和外层为交联聚乙烯或耐高温聚乙烯、中间层为增强铝管、层间采用专用热熔胶，通过挤出成型方法复合而成的管材。
（14）热熔连接
由相同牌号热塑性塑料制作的管材、管件相互连接时，采用专用加热工具将连接部位加热使其熔融，再施压连接成一体的连接方式。
（15）电熔连接
相同牌号的热塑性塑料管材连接时，套上特制的电熔管件，由电熔连接机具对电熔管件进行通电，依靠电熔管件内部预先埋设的电阻丝产生所需要的热量进行熔接，冷却后管材与电熔管件连接成为一个整体的连接方式。
（16）法兰连接
由热塑性塑料法兰连接件及套入的金属法兰盘组成活套法兰的连接方式。
法兰连接件与管材可采用热熔连接或粘接。
（17）机械式连接
由金属材料或高强度塑料制作的管件，用专用工具通过机械紧固和密封，使管材与管件紧密连接的连接方式。
（18）卡套连接
由带锁紧螺帽和丝扣管件组成的专用接头而进行管道连接的一种连接形式。
（19）设计压力PD
在设计选定的工作水温、预期寿命的条件下，管道系统设计的最高工作压力。
（20）最小通径
表示管件通水截面的最小直径。
（21）最大不圆度
管材或管件插口端同一截面测量最大外径与最小外径的差值，或者承口端横截面测量最大内径与最小内径的差值。
（22）自然补偿
利用管道敷设过程中的自然弯曲（如L形、Z形等）吸收管道因温度变化产生的伸缩变形，称为自然补偿。
（23）自由臂
自然补偿时，利用转弯管段的悬臂位移，吸收管道自固定点起到转弯处的伸缩变形，该对应的转弯管段称为自由臂。
（24）偏置
在管路中采用一组弯头配件，使管线偏离但又平行于原来的管轴线。
（25）固定支架
使管道在X、Y、Z三维空间均不产生位移的支架。
（26）滑动支架
允许管道沿轴向产生位移的支架。
（27）分水器
具有多个配水管接头的配水连接件。
（28）管道配件
管道与管道或管道与设备连接用的各种零、配件的统称。
2．排水塑料管道
（1）伸缩节
用于补偿系统使用时的温度与安装时环境温度不同导致管道产生纵向伸缩的管道元件。
（2）防火套管
由耐火材料和阻燃剂制成的，套在塑料排水管外壁可阻止火势沿管道贯穿部位蔓延的短管。
（3）阻火圈
由阻燃膨胀剂制成的，套在硬塑料排水管外壁可在发生火灾时将管道封堵，防止火势蔓延的套圈。
（4）H管
用于通气立管与排水立管连接起结合通气管的管件。
（5）补气阀
能自动补入空气，平衡排水管道内压力的单向空气阀。
（6）公称环刚度SN
经过圆整的管材、管件的环刚度数值，表明管材环刚度或管件环刚度要求的最小值。
3．地面辐射供暖
（1）低温热水地面辐射供暖
以温度不高于60℃的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。
（2）分水器
水系统中，用于连接各路加热管供水管的配水装置。
（3）集水器
水系统中，用于连接各路加热管回水管的汇水装置。
（4）面层
建筑地面直接承受各种物理和化学作用的表面层。
（5）找平层
在垫层或楼板面上进行找平找坡的构造层。
（6）隔离层
防止建筑地面上各种液体或地下水、潮气透过地面的构造层。
（7）填充层
在绝热层或楼板基面上设置加热管或发热电缆用的构造层，用以保护加热设备并使地面温度均匀。
（8）绝热层
用以阻挡热量传递，减少无效热耗的构造层。
（9）伸缩缝
补偿混凝土填充层、上部构造层和面层等膨胀或收缩用的构造缝。
4．聚乙烯燃气管道
（1）燃气用聚乙烯（PE）管
燃气用聚乙烯（PE）管是以聚乙烯混配料为主要原料，经挤出成型的管材，记为PE燃气管。
（2）燃气用聚乙烯管件
用聚乙烯混配料通过注塑成型等工艺生产的管件。
（3）聚乙烯燃气管道
由燃气用聚乙烯管材、管件、阀门及附件组成的管道系统。
（4）钢骨架聚乙烯复合管道
钢骨架聚乙烯复合管道由钢骨架聚乙烯复合管和管件组成。
钢骨架聚乙烯复合管包括：
钢丝网（焊接）骨架聚乙烯复合管、钢丝网（缠绕）骨架聚乙烯复合管、孔网钢带聚乙烯复合管。
1）钢丝网（焊接）骨架聚乙烯复合管。
是以聚乙烯混配料为主要原料，经、纬钢丝以一定螺旋角焊接成管状的钢丝网为增强骨架，经挤出复合成型工艺生产的管材。
2）钢丝网（缠绕）骨架聚乙烯复合管。
是以聚乙烯混配料为主要原料，斜向交叉螺旋式缠绕钢丝为增强层，经挤出复合成型工艺生产的管材。
3）孔网钢带聚乙烯复合管。
是以聚乙烯混配料为主要原料，焊接成管状的孔网钢带为增强骨架，经挤出复合成型工艺生产的管材。
（8）温度对工作压力的折减系数。
管道在20℃以上温度连续使用时，工作压力比在20℃时减少的系数。
（5）聚乙烯焊制管件
从聚乙烯管材上切割的管段，采用角焊机热熔对接焊制的管件。
（6）钢塑过渡接头
由工厂预制的用于聚乙烯管道与钢管连接的专用管件。
（7）示踪线
燃气管道施工时，随管走向敷设的、通过专用设备能探测到管道位置的金属导线。
（8）警示带
提示地下有城镇燃气管道的标识带。
（9）拖管法敷设
沿沟槽拖拉管道入位的敷设方法。
（10）喂管法敷设
在机械开槽的同时将聚乙烯管道埋入沟槽的敷设方法。
（11）非开挖施工
不开挖或极少开挖路面的管道敷设方法。
（12）水平定向钻进法敷设
采用水平定向钻进技术开钻先导孔，回拉扩孔，同时敷设聚乙烯管道的方法。
（13）导向钻进法敷设
采用导向钻进技术开钻先导孔，回拉扩孔，同时敷设聚乙烯管道的方法。
（14）插入法敷设
在旧管道内插入PE管道，以达到更新旧管目的的敷设方法。
二、代号
（1）PVC-U管——硬聚氯乙烯管。
（2）PVC-C管——氯化聚氯乙烯管。
（3）PE管——聚乙烯管。
（4）PE-X管——交联聚乙烯管。
（5）PE-RT管——耐热聚乙烯管。
（6）PP-R管——无规共聚聚丙烯管。
（7）PP-B管——耐冲击共聚聚丙烯管。
（8）PB管——聚丁烯管。
（9）PAP管——铝塑复合（聚乙烯/铝合金/聚乙烯）管。
（10）XPAP管——铝塑复合（交联聚乙烯/铝合金/交联聚乙烯）管。
（11）ABS管——丙烯腈-丁二烯-苯乙烯管。
（12）dn——公称外径。
（13）DN——公称直径。
（14）de——管外径。
（15）dem——平均外径。
（16）dem，min——最小平均外径。
（17）dem，max——最大平均外径。
（18）dsm——承口平均内径。
（19）ey——任一点壁厚，有时也用e表示任一点壁厚。
（20）en——公称壁厚。
（21）emin——最小壁厚。
（22）emax——最大壁厚。
（23）SDR——标准尺寸比。
（24）SDR17.6——标准尺寸比为17.6的管道系列。
（25）S——管材系列数。
（26）S6.3——管系列为6.3。
（27）MRS——最小要求强度（环向应力）。
（28）PE80——指MRS为8.0MPa的聚乙烯材料。
（29）PE100——指MRS为10.0MPa的聚乙烯材料。
（30）PN——公称压力。
（31）PN16——公称压力为16，对应最大允许工作压力PPMS16
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