第一章 水暖管道施工基础知识

1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）DN6DN40DN200DN600DN1400DN2600DN4000DN8DN50DN250DN700DN1500DN2800DN10DN65DN300DN800DN1600DN3000DN15DN80DN350DN900DN1800DN3200DN20DN100DN400DN1000DN2000DN3400DN25DN125DN450DN1100DN2200DN3600DN32DN150DN500DN1200DN2400DN3800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PNPN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PN2.5PN6PN10PN16PN25PN40PN63PN100ANSI系列PN20PN50PN110PN150PN260PN420——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：○1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。○2除与相关的管道元件标准有关联外，术语PN不具有意义。○3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。○4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2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PN2.5610162025405063100110150260420PmaxMPa0.250.611.622.5456.31011152642bar2.5610162025405063100110150260420第二节热塑性塑料管材公称外径、公称压力、通用壁厚3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de1）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LCL置信下限LCL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LCL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LCL的值小于10MPa时，按R10系列圆整，当LCL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。4（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）2.5104012525050010003125014028056012004166316031563014005207518035571016006259020040080018008321102254509002000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）PN12.53.24566.381012.51620PPMSMPa0.10.250.320.40.50.60.630.81.01.251.62.0bar12.53.24566.381012.51620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）12.56.312.52031.51.253.1581422.435.51.54101625402511.21828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s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。CMRSs（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。12PMSPCMRSSDR(1-2)或12PMSsPSDR(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；5s——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。12SDRCMRSPPMS(1-4)或12SDRPsPMS(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：nnneedSDRS221（1-6）对于压力管管系列S可表达为：PS（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：eedPe2（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：PPdenn2（1-9）12Sdenn（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s间的关系。6PdPesnPMSn2（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1604980195100供热水(60℃)2704980195100供热水(70℃)3b30402025504.565100地板下的低温供热440602025702.5100100地板下供热和低温暖气5c60802510901100100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7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