塑料类管材及其在暖通工程中的正确应用分解.doc

刊于《暖通空调》2007年7期 塑料类管材及其在暖通工程中的正确应用 北京市建筑设计研究院 张锡虎 孙江红 摘要 塑料类管材在暖通工程中得到越来越广泛的应用。其中, 仅有一部分管材 适用于输送热介质。塑料类管材同钢管等金属管道的力学特性有较大区别。本文简要阐明其物理力学特性, 并提出选择应用中应注意的一些主要问题。 关键词 塑料类管材 暖通工程 正确应用 1 塑料类管材的应用和输送热介质的塑料管种类 早于1999年12月, 建设部、国家经贸委、质量技监局和建材局, 就联合下达了《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》, 其中提到:“自2000年6月1日起, 在城镇新建住宅建设中, 禁止使用冷镀锌钢管用于室内给水管道, 并根据当地实际情况逐步限时禁止使用热镀锌钢管, 推广应用铝塑复合管、交联聚乙烯(PE-X)管、三型无规共聚聚丙烯(PP-R)管等新型管材, 有条件的地方也可推广应用铜管。”上述《通知》所禁止使用、逐步限时禁止使用和推广应用的主要对象, 似局限于“城镇新建住宅”和“室内给水管道”。 塑料类管材可用以输送多种介质, 因其生产过程的低能耗和低污染、较小的水阻力、便于施工安装、价格有较大下降空间, 以及在质量能确保和应用得当的条件下有较长使用寿命等优点, 在各类建筑中得到越来越广泛的应用。硬质聚氯乙烯(PVC-U)管已逐步替代铸铁管广泛应用于排水管道。室外地下埋设的燃气管已开始采用高密度聚乙烯(HDPE)管。室内的冷水给水管、中水管，可以使用价位较低的承压硬质聚氯乙烯管（UPVC）、中密度聚乙烯管（MDPE）、均聚聚丙烯管（PP-H）、嵌段共聚聚丙烯管（PP-B）等管材。 塑料类管材近年来在暖通空调工程中得到日益广泛的应用，主要是由于热水地面辐射供暖系统、顶棚或地面冷暖辐射系统、集中供暖计量供热或分户独立热源的住宅户内供暖系统等的需要。 暖通空调工程中应用的管材，应适应输送不同温度热介质的需要。在众多建筑用塑料管中，仅有一部分管材适用于输送热介质，目前主要有： 聚氯乙烯耐热管（PVC--C）； 交联聚乙烯管（PE-X）； 非交联耐热聚乙烯管（PERT）； 无规共聚聚丙烯管（PP-R）； 聚丁烯管（PB）； 铝塑复合管中的部分产品（PAP、XPAP或RPAP）。 2 采用塑料类管材应进行强度验算 任何管道（无论是金属管材还是塑料类管材）在内压（正压或负压）作用下, 管壁任意一点会产生三个方向的应力, 即: 轴向（沿长度方向正压时拉伸或负压时压缩）、径向（负压时收缩）和环向（正压时扩大）, 在三个方向的应力中，以环向应力为最大。根据工程计算根据最不利条件的原则，应按照环向应力进行耐压强度分析。环向应力的计算式如式（1）。 （1） 上式中： σ 环向应力(MPa) D 管径 (mm) P 管内压力(MPa) E 管壁厚(mm) 显然，管材的许用设计应力σD应该不小于管道所承受的环向应力。即: σD ≥ σ。 将式（1）变换为可以用以确定管壁厚度的形式, 可得式（2）。 （2） 从式（2）可知：管壁厚度与管材的许用设计应力的一次方成反比，与管材的工作压力和管径的一次方成正比。 长期以来，暖通空调工程中习惯使用钢管等金属管道。使用温度对钢管的许用设计应力影响不大。例如：10号钢的钢管许用设计应力, 在较大的温度幅度范围内变化不大，温度≤100℃为110.85MPa，温度＝150℃为109.87MPa，温度＝200℃为 103.99MPa。 如近似取许用设计应力σD≌100MPa计算，直径200mm的钢管，在工作压力1.0MPa时，理论计算管壁厚度仅需1mm。钢管的使用寿命主要取决于腐蚀速度，因此要考虑焊缝因素和腐蚀裕量, 管壁厚度计算应按照式（3）。 (3) 上式中： Φ 焊缝系数，≤1 C 腐蚀裕量，应为年腐蚀量与预期使用年限的乘积 暖通空调系统的工作压力一般很少超过1.0MPa，可见焊接钢管的管壁厚度，主要不是满足承受应力、而是满足腐蚀因素的需要。因此，在一般情况下，使用钢管无需进行许用设计应力的强度验算。 塑料类管道不需考虑焊缝因素和腐蚀裕量, 故仍可按照式(2)计算管壁厚度。但是，式（1）、(2)、（3）中的管径D，对于钢管是指内径，而对于塑料管是指外径减去一个壁厚的中径，式（2）应改变为式（4）的形式。 （4） 塑料类管材同钢管等金属管道力学特性的主要区别，是使用温度对许用设计应力的影响极大, 冷态下的承压能力不能用以判断在长期使用条件下的耐久性。其使用寿命主要取决于不同使用温度对管材的累积破坏作用, 概略地说, 温度每提高10℃, 使用寿命约缩短2.