壓縮空氣是最為常見的動(dòng)力氣體，是僅次于電力的第二大動(dòng)力能源,普遍存在于工礦企業(yè)、醫(yī)院、國(guó)防和科研機(jī)構(gòu)等場(chǎng)所。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，壓縮空氣管道材質(zhì)逐步更新?lián)Q代，可供選用的管材逐漸增多，經(jīng)濟(jì)性在管材選用考慮因素中的權(quán)重與過(guò)去相比有所降低，越來(lái)越多的業(yè)主已經(jīng)更愿意將重點(diǎn)放在追求質(zhì)量上。本文將綜合對(duì)比各類壓縮空氣管道材質(zhì)的性能特點(diǎn)，并重點(diǎn)對(duì)薄壁不銹鋼管道、聚乙烯 (PE)管道在壓縮空氣供氣領(lǐng)域的應(yīng)用作分析探討，作為從業(yè)人員設(shè)計(jì)選材的參考依據(jù)。鑒于潔凈廠房壓縮空氣供氣品質(zhì)要求較高，需要依據(jù)相應(yīng)的專業(yè)規(guī)范進(jìn)行選用，故文章對(duì)其不作討論。

1、影響管材選取的因素

1.1 抗腐蝕性能

管道的腐蝕，是由于管道內(nèi)壁本身或管道與壓縮空氣內(nèi)容物結(jié)合而產(chǎn)生的現(xiàn)象。管道的抗腐蝕性是影響壓縮空氣管材選用的重要指標(biāo)。大氣中相對(duì)濕度一般高達(dá)65%以上，空氣經(jīng)設(shè)備壓縮冷卻后，即成為濕飽和空氣。經(jīng)過(guò)冷卻干燥處理后的飽和壓縮空氣壓力露點(diǎn)溫度范圍一般為-70 ℃~10 ℃，空氣中含水量越多，則露點(diǎn)溫度越高。當(dāng)環(huán)境溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，濕空氣中的水分就會(huì)析出液態(tài)水。未經(jīng)冷卻分離和因溫度降低而產(chǎn)生的液態(tài)水，在管道系統(tǒng)中被壓縮空氣夾帶輸送，成為設(shè)備、管道和閥門銹蝕的最主要原因 !

鑄鐵、碳鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼是主要的幾種容易被腐蝕的管材，其中鑄鐵管道已經(jīng)幾乎不會(huì)被采用，而后兩者則是很常見的。長(zhǎng)期被腐蝕的碳鋼管道內(nèi)壁生銹嚴(yán)重，被空氣流動(dòng)沖刷的銹渣會(huì)降低供氣品質(zhì)、增大管路阻力，從而影響生產(chǎn)質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，選用抗腐蝕性強(qiáng)的管道材質(zhì)，不僅能保證供氣品質(zhì)穩(wěn)定，也能提高管道系統(tǒng)使用壽命。對(duì)于抗腐蝕性能較好的管道材質(zhì)，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50029-2014《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》作出了具體規(guī)定!21，明確管道材質(zhì)與輸送的壓縮空氣品質(zhì)有關(guān)，如表 1所示

該規(guī)范規(guī)定了各種品質(zhì)等級(jí)的壓縮空氣所適用的管道材質(zhì)，其選用原則是技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，目的是保證供氣品質(zhì)穩(wěn)定不受輸送管道污染。從條文用詞“可”字可見,規(guī)范對(duì)管材選用的規(guī)定是推薦性質(zhì)規(guī)范編制組對(duì)新型管道材料是持以開放態(tài)度的[41因此我們?cè)谝?guī)范選用原則基礎(chǔ)上，探索應(yīng)用更多種類的管材是有意義的。

1.2 價(jià)格

在運(yùn)行壓力 0.8 MPa工況下，筆者調(diào)查了相對(duì)適合于壓縮空氣輸送的9種管道，結(jié)合筆者參與的總承包工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)組成管道系統(tǒng)造價(jià)的因素作了權(quán)重占比分類，見表2。

1.3 施工便利性

金屬管道的連接一般采用焊接、螺紋連接或卡箍連接，非金屬管道一般采用熱熔或電熔連接[1焊接連接的施工速度要慢于螺紋、卡箍或熱熔連接，但就密封穩(wěn)定性而言，焊接連接最可靠，接口不容易泄漏。卡箍連接的優(yōu)點(diǎn)在于安裝、拆卸方便施工快速，施工工作量?jī)H為焊接的三分之一，且適合不允許現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)火的情況。

1.4 其他因素

影響管材選用的還有供貨周期、維護(hù)周期、管道安裝支吊條件、管道工作環(huán)境、美觀性等方面的因素。其中，管道維護(hù)是指管道外防腐加強(qiáng)、管接頭易損件更換等事項(xiàng)。這需要設(shè)計(jì)人員在方案設(shè)計(jì)階段，對(duì)建設(shè)方的需求和工程建設(shè)特點(diǎn)作充分的了解，才能確定最符合工程實(shí)際的管材。

2、常見管材綜合比較

對(duì)9種規(guī)格范圍在 DN25~DN250之間的管道作綜合對(duì)比分析，見表3

3、新型管材的應(yīng)用

以上9種常見管材中，第1~4項(xiàng)被較為普遍的采用。第 5~9 項(xiàng)管道承壓能力在 1.6 MPa 以下其中鋁合金無(wú)縫管道憑借其不易腐蝕、安裝速度快的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到推廣應(yīng)用。第6~9項(xiàng)管材較少用于壓縮空氣管道輸送，但其在性能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，故將其納入討論之列，作適用性分析比較。

3.1 襯塑復(fù)合管

不銹鋼和鋁合金這兩種襯塑復(fù)合管，均適合室內(nèi)架空敷設(shè)，有抗腐蝕、阻氧、抗紫外線照射、美觀等優(yōu)點(diǎn)，但相比鋁公金無(wú)縫管道來(lái)說(shuō)，同樣抗腐蝕卻價(jià)格更高，用于輸送壓縮空氣無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。僅在某些小規(guī)模供氣系統(tǒng)，可用于替代普通鋼管和鋁合金管道。

3.2 薄壁不銹鋼管道

3.2.1 性能特點(diǎn)

薄壁不銹鋼管道材質(zhì)與普通無(wú)縫不銹鋼管道一致,其壁厚約為后者的一半,所以價(jià)格也少一半。薄壁不銹鋼管道壁厚規(guī)格見表 46]。由于管道厚度變薄，造成管道強(qiáng)度性能下降，薄壁不銹鋼管道架空敷設(shè)時(shí)，支品架間距比普通不銹鋼管道更小，因此對(duì)管道安裝要求更高。薄壁不銹鋼管道的連接方式多樣，一般對(duì)管徑≤DN80時(shí)采用卡壓連接，管徑 >DN80 時(shí)采用焊接連接。

3.2.2 應(yīng)用分析

對(duì)于非潔凈供氣品質(zhì)，在室內(nèi)架空敷設(shè)且有條件設(shè)置更密集管道支吊架的情況下，薄壁不銹鋼管道可取代無(wú)縫不銹鋼管道。與無(wú)縫鋁合金管道比較，薄壁不銹鋼管道總體造價(jià)更低，拆裝便利性不如鋁合金管道，但是密封性卻更加穩(wěn)定，因此也有一定優(yōu)勢(shì)。當(dāng)設(shè)計(jì)要求選用不銹鋼材質(zhì)管道時(shí)，采用薄壁不銹鋼管道，能有效的降低造價(jià)，并能減輕管道重量、增強(qiáng)美觀性!7.

3.3 聚乙烯 PE 管

3.3.1性能特點(diǎn)

SDR11系列的燃?xì)庥镁垡蚁?span lang="EN-US">PE100管道穩(wěn)定承壓在 0.8 MPa，在天然氣輸送系統(tǒng)上已成熟應(yīng)用具有耐腐蝕、耐低溫、韌性好、管道連接方便、接頭穩(wěn)定、價(jià)格低、埋地使用壽命長(zhǎng)(可達(dá) 50年以上 )等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，聚乙烯管道市場(chǎng)普及度高，貨源充足，具備大量成功的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和完善的施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)體系 [81

3.3.2 應(yīng)用分析

對(duì)工作壓力不大于 0.8 MPa的室外埋地壓縮空氣管道來(lái)說(shuō)，采用聚乙烯PE管道比傳統(tǒng)金屬管道具有顯著優(yōu)勢(shì)。一方面，它解決了以往埋地金屬壓縮空氣管道易腐蝕、壽命短的問(wèn)題，另一方面良好的韌性使其抗震性能優(yōu)良，在受地基沉降影響時(shí)允許管道有一定的延展變形!，不至于很快被拉斷而造成管路系統(tǒng)破壞0]。因此，直接埋地敷設(shè)的聚乙烯 PE 管道性能優(yōu)于金屬管道,

目前，承壓供氣用途的聚乙烯管道，僅在燃?xì)忸I(lǐng)域有成熟的檢驗(yàn)、施工和驗(yàn)收國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而用于壓縮空氣供氣并沒有直接的規(guī)范依據(jù)，這也是它少見于應(yīng)用在壓縮空氣供氣領(lǐng)域的原因之一。理論上說(shuō)，壓縮空氣非易燃易爆氣體，實(shí)際工況下管道中的流速 10~20 m/s，比天然氣管道更安全。綜上分析，設(shè)計(jì)人員綜合考慮各方面因素，參考現(xiàn)行的 PE燃?xì)夤艿老嚓P(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用聚乙烯 PE 管道替代傳統(tǒng)金屬管道是可行的。

4、結(jié)語(yǔ)

壓縮空氣管道管材的選取，主要從抗腐蝕性能造價(jià)、施工安裝和維護(hù)便利性等幾個(gè)方面綜合考慮。隨著市場(chǎng)上各種管材性價(jià)比的不斷提升，越來(lái)越多的管材可供選擇。我們可以突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)選材思路，更多的嘗試采用一些新型管材，積累成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),為下一步形成相關(guān)的管道規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)打好基礎(chǔ),最終達(dá)到讓用戶使用到性能更優(yōu)良管材的目的。