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城镇燃气管道材料比较与应用探讨

日期:2020-10-13 21:10 作者:上海论文网 编辑:若诗 点击次数:129
销售价格:150 论文编号:el2020100701144520929 论文字数:4042 所属栏目:土木工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是土木工程论文,经过前边几个章节的实验研究,在材质及焊接接头两方面,20钢的强度最低,Q345D的强度居中,L290M的强度最高。结合管廊的施工环境,管廊内管道的失效主要是应力集中。

在管廊工程迅速发展的背景下,对于管廊内的天然气管道用材,现阶段为无缝钢管。随着管道强度的增加,管道的失效概率也会降低。理论证明,用L290M焊接钢管替代20钢无缝钢管是可行的。各种新式材料要想真正用于实际工程,还需要进行大量、长期的实验进行反复验证。PE管道虽然发展迅速,但其检验方法还需要进一步进行相关研究,尤其对于PE管道焊口质量的把控,相关标准需要进行统一。球墨铸铁钢管在其他地区已经应用于实际工程,在北京地区是否可用,还有待商榷。在日后的天然气管网发展过程中,可以考虑引进新的材料,提高施工速度,降低施工成本及人员的操作难度,有利于燃气管网完整性及管线维护、抢修作业。同时也要根据工程的实际情况进性材料的替代。这样也符合“创新、绿色”发展的理念。

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第1章绪论

 

本课题主要研究埋地天然气管道涉及的各类管材。通过对实际工程中的调查发现,一直以来燃气管道存在的问题包括金属管道容易产生气孔、裂纹等缺陷,PE管道长期服役后老化硬脆、破碎。在设计施工中,管线间距过小,一些管线存在于建筑红线;目前应用的检漏方法较为局限性大;加之监督管理片面依靠于责任心和事后处罚等问题。针对各类管材的材料存在的问题,对不同金属材料进行了金相组织分析、拉伸实验强度实验、冲击实验和化学元素分析,通过实验得到不同金属材料在强度和可焊性之间的对比,为后续管廊内管材的替代提出了研究方向。同时对钢制燃气管道的防腐和PE管道性能做了比较,探讨了检验的方法。分析了PE管与钢材之间的差异和相互可替代性,并结合具体工程案例对PE管与钢管进行了经济性能的比较。在考虑施工成本及管线维护的情况下,给出管材使用建议;在管廊环境条件下,通过分析不同材质的综合性能和管道失效的原因后,提出推荐意见。通过金相分析实验,对几种金属管材的焊接接头不同区域进行内部组织观察,找出影响材料硬度、塑性的原因;通过拉伸等力学进一步证实材质之间的差异。对PE管道进行扫描电镜实验,观察合格管道与脆断管道的组织差异,通过热重分析曲线实验得出PE管道试样的分解温度,用以控制施工过程中的最高熔化温度,人工老化实验则可以观察PE管道在人工老化环境下的老化时间,对PE管老化性能进行预测。

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第2章户外燃气管道材料的研究及应用情况

 

2.1户外燃气管道材料的种类及特点
在燃气工程中,适用于设计压力为中压A及以下的燃气管网。离心球墨铸铁管道具有破损率低,运行可靠,施工方便、维修快捷,防腐性能好等优点。"岩盾"管道为新开发的系列,由于其硬度高,适用于非开挖施工,因此广泛应用在穿跨道路、暗度过河、穿越建筑的管道施工中。"赛锌"系列管道也是为土壤腐蚀严重地区研究的系列,其原理是通过外喷涂工艺将特殊锌铝合金均匀覆盖至管道表面,在形成保护膜后,管道的耐腐蚀性能可以提高数倍,因此可广泛用于土壤腐蚀性较强的地区。在对球墨铸铁管与PE管道应用对比研究中,相关学者也得出了一些结论。离心球墨铸铁管比PE管道硬度大,但二者的造价差不别不大,同时离心球墨铸铁管的防腐性能优于钢制管道。[5-6]

 

2.2户外燃气管道材料的应用
本章主要简述了几种不同材质的户外燃气管道的特点,以及不同材质管道在国内外的发展及应用,同时在管道完整性管理及检测方面的发展进行了相应研究。通过本章的叙述,可以了解到,随着科技的进步,不同材质的管道,在承受最大压力、抗腐蚀能力、机械强度等方面均在提升。这些管道材质性能的差异,在实际工程中的应用,在选材方面,能够提供更多的选择。从而在燃气管网的完整性管理及安全运行方面,提供更多保障。在管道检测方面,金属管道的漏磁检测及声发射检测发展比国内要快,工业发达国家与管道完整性的标准一样,相对于我国的漏磁检测的标准,国外标准更为全面。从1965年美国公司首次采用漏磁检测器对管道实施内检测以来,管道智能检测器发展至今已经3代。第一代为普通检测器,第二代为高精度检测器,第三代为超高精度检测器。目前国外的漏磁检测器可检测出直径为3.2mm的缺陷。[19]

 

第3章不同埋地燃气管材泄漏原因及失效机理分析....................................13
3.1燃气管网泄漏原因.....................................................................................................13
3.2室外燃气事故数据统计.............................................................................................14
3.3不同燃气管材典型事故分析.....................................................................................22
3.4埋地燃气管网失效机理分析.....................................................................................24
第4章城镇燃气埋地管道焊接特性分析及性能比较....................................28
4.1金相组织分析.............................................................................................................28
4.2拉伸实验.....................................................................................................................36
第5章钢制燃气管道防腐与PE管性能检测比较..........................................48
5.1钢制燃气管道腐蚀的原因.........................................................................................48
5.2燃气管道的防腐方法.................................................................................................48

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第6章燃气工程中不同材质管道的综合对比分析

 

6.1球墨铸铁管、钢管、PE管的综合性能对比
球墨铸铁管道与钢制管道都属于金属管道,二者之间的性能差异主要表现为力学性能及防腐性能的差异。球墨铸铁通过增加球化剂,得到球状石墨,提升铸铁的性能,其特性表现为母材及焊接热影响区的硬度高,因此可以承受更高的外力破坏。在防腐方面,铸铁管道的防腐性能优越,不需要采取额外的保护方法,而钢制管道的防腐性能主要依靠于管道外的防腐层及管道敷设后的牺牲阳极保护。PE管道由于高密度聚乙烯材料的特性,抗外力破坏能力较差,施工速度快,但在施工及管材保存方面需要特别注意紫外线对管线老化的影响。
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6.2综合管廊工程综合对比
随着时间的推移,为了解决由于管道敷设造成的马路反复铺设,国务院进一步要求各类新建道路要根据功能需求,在铺设马路的同时建设地下综合管廊;针对老旧城区,结合地下管网的逐步更新,在适当时候增加地下综合管廊建设。在城市扩张的同时,针对高密度人口聚集区、交通流量较大、地下管线密集的道路及地区,要注重地下空间的应用,建设综合管廊。同时在指导意见中明确要求推进天然气管线入廊。2018年3月,在第二届管廊大会的会议中,总结了“十二五”期间,地下管廊建设所取得的经验与成就,并提出了“十三五”期间地下管廊建设发展的方向。尽管综合管廊在初期的管廊建设工程中,投入人力、物力及其他资源较大,但在后期管线运行维护中则表现优越。不仅增加了日常巡检的精准度,更是在管线抢修作业中提供了极大便利,不需要对路面进行破坏,施工作业时间也不受交通情况的限制。[53-64]在GB50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》中对入廊的天燃气管道材质及连接方式进行了规定,应采用无缝钢管及焊接连接。而在管廊环境中,常见的几种埋地管线腐蚀因素大量减少。在这种情况下,在可以保障安全的前提下,比照着工程的经济性,是否可以考虑用高一等级材质的Q345D、L290M的直缝钢管来替代20钢无缝钢管。
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第7章结论与展望
在本人的实际工作中,大家对于管材的应用范围,更多依靠经验的传承,而这几种常见材质的管道特性,则很少有人关注。多数时候为了保证安全性,而忽视了工程的经济性,导致工程具有较低的经济性,这对于工程建设也是一种材料上的浪费。在经过对几种户外管线材质的性能实验分析和对比,得出以下材质推荐的结论:1、在中低压管线的选材上,钢管、离心球墨铸铁管、PE管三者之间具有可替代性,离心球墨铸铁管虽然在北京地区尚未应用,但在物力性能、防腐性能及经济性能方面均可替代钢管,且其施工速度快,不需要大量焊接,可以考虑在实际工程中,进行应用。PE管以其工程造价低,焊接速度快,抗腐蚀性能好,在北京地区大量推广应用,但其容易受到外力破坏,因此应用范围应在受扰动较少的地区。钢管虽然造价相比PE管、球墨铸铁管高,对焊接人员的技术要求也高,但其仍然是城镇天然气管网的主力军。2、在中低压管线中,DN200以下的管道适合使用PE管道,DN200-DN400的管道适合使用离心球墨铸铁管,DN400以上的管道适合使用3PE防腐钢管。
参考文献(略)
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