鄭州市鋁塑復合管及戶外掛表的應用研究

摘 要

介紹了鄭州市鋁塑復合管及戶外掛表在燃氣工程的應用情況，對現有工程實例進行了跟蹤測試，提出了發展鋁塑復合管及戶外掛表安裝方式的建議。
摘要：介紹了鄭州市鋁塑復合管及戶外掛表在燃氣工程的應用情況，對現有工程實例進行了跟蹤測試，提出了發展鋁塑復合管及戶外掛表安裝方式的建議。
關鍵詞：戶內燃氣管道；鋁塑復合管；戶外掛表
Application Research of Polyethylene-Aluminum-Polyethylene Composite Pipe and Outdoor Gas Meter in Zhengzhou City
QIN Min，GENG Tong-min
Abstract：The application situation of polyethylene-aluminum-polyethylene composite pipe and outdoor gas meter in Zhengzhou gas projects is introduced. The tracking test for the existing project examples is performed. Some proposals about improving polyethylene-aluminum-polyethylene composite pipe and installation mode of outdoor gas meter are put forward.
Key words：indoor gas pipe；polyethylene-aluminum-polyethylene composite pipe；outdoor gas meter
1 概述
    鄭州市天然氣的發展從1985年開始。截至2007年底，已有逾70×104戶居民使用天然氣。鄭州市居民用戶燃氣表的主要安裝方式有3種：戶內掛裝普通表、戶內掛裝IC卡表、戶外掛裝普通表。其中戶外掛表是比較受歡迎的安裝方式之一。
    鋁塑復合管在鄭州市燃氣工程中的應用，是伴隨著鄭州市燃氣戶外掛表的試點開始的。2001年末，鄭州市完成了第一個鋁塑復合管及戶外掛表的試點安裝工程[1]。2002年初，我公司結合安陽市戶外掛表的安裝情況，出臺了戶外掛表及鋁塑復合管的設計、施工及驗收技術規程(企業標準)，并以此標準進行推廣，普及安裝。至2006年底，鄭州市采用這種安裝方式的居民用戶累計近20×104戶。但在GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》于2006年11月1日起正式實施以后，我公司新發展用戶禁止采用鋁塑復合管及戶外掛表安裝方式。對原來已經安裝使用的鋁塑復合管及戶外掛表的情況進行了進一步的跟蹤調查和試驗。
2 鋁塑復合管及戶外掛表安裝情況
2.1 采用戶外掛表的有關依據
   原GB 50028—93《城鎮燃氣設計規范》(1998年版)中，對于計量的要求是“民用建筑宜采用集中顯示的裝置”。此規定并非強制性規定，只是一種選擇，可選擇執行。
    建設部2001年公布的小康住宅的十條標準中，《綠色生態住宅小區建設要點與技術導則(試行)》第6條“管道集中，水、電、煤氣三表出戶，增加保安措施，配置電話、閉路電視、空調專用線路。”
    首都規劃建設委員會辦公室、北京市城鄉規劃委員會《關于印發<北京市“九五”住宅建設標準>的通知》[96]首規辦秘字第23號)的附件《北京市“九五”住宅建設標準》明確規定：“4.0.10有管道煤氣(天然氣)供應系統的住宅，每戶應設煤氣表。”“4.0.11為便于查表，每戶住宅的三表(水表、電表、煤氣表)宜設在公共部位(或采用戶外計量系統)。”
    《鄭州市燃氣管理條例》規定：新建住宅設計使用管道燃氣的，設計單位應將燃氣計量裝置的安裝位置預留在室外公用部位。現有使用管道燃氣的住宅，具備條件的，可以逐步將燃氣計量裝置改裝在室外公用部位。
2.2 鋁塑復合管的有關依據
    CJ/T 108—1999《鋁塑復合壓力管(搭接焊)》，CJ/T 159—2002《鋁塑復合壓力管(對接焊)》，GB/T 18997.1—2003《鋁塑復合壓力管 第1部分：鋁管搭接焊式鋁塑管》，GB/T 18997.2—2003《鋁塑復合壓力管 第2部分：鋁管對接焊式鋁塑管》，這些城鎮建設行業標準和國家標準相繼出臺，使鋁塑復合管逐漸成為一種可以在燃氣工程上使用的新型管材，原《城鎮燃氣設計規范》并沒有對其安裝條件作出強制性的規定。
2.3 鋁塑復合管及戶外掛表的安裝形式
中壓燃氣經調壓后進入小區樓前低壓管，再經引入管引入至室外的燃氣表箱，低壓燃氣經表箱內的燃氣表計量后送至戶內。從戶外燃氣表后到入戶部分的燃氣管道采用整根鋁塑復合管連接。所有安裝在表后的鋁塑復合管集成一束，統一安裝在PVC套管內，貼墻壁向上架設。室外外觀見圖1。表箱布置見圖2。在套管頂部末端位置安裝開口斜向下的135°彎頭作為通風透氣孔，可防止雨水灌入。鋁塑復合管在套管內不允許有接口，出表箱后穿入PVC套管內，至每層廚房外墻的適當位置引入廚房內(見圖3)。鋁塑復合管在穿過樓板、樓梯平臺、墻壁和隔墻時，均須安裝在硬制套管中[2]，入戶后轉換為鍍鋅鋼管。戶內僅有15cm長的鍍鋅鋼管和室內球閥(見圖4)。
 

    表箱：戶外掛表形式的燃氣表在戶外表箱內集中排列掛裝，一般情況下為多塊燃氣表(通常為5～7塊，每戶1塊)合用一個大表箱。表箱上部設有通風口，以避免燃氣泄漏后積聚。表箱正面正對燃氣表視窗的部分采用透明材料(如玻璃)，以便抄表員和用戶觀察燃氣表讀數(見圖2)。
    燃氣表：用于居民用戶的燃氣表為膜式燃氣表，性能指標符合GB/T 6968—1997《膜式煤氣表》。家用燃氣表通常選用J1.6型或J2.5型膜式燃氣表。
    閥門：每塊燃氣表的表前閥都安裝在表箱內，在表箱外引入管上設置總閥以控制表箱內所有的燃氣表。如此設置，是為了在意外事故發生時，能夠迅速切斷氣源。引入管總閥、表前閥和用戶室內閥門均選用密封性好、開關靈活的燃氣用銅球閥。
    管材管件：從引入管到燃氣表前部分和入戶轉換后的管材選用符合GB/T 3091—2001《低壓流體輸送用焊接鋼管》的鋼管，一般采用鍍鋅鋼管和相應鍍鋅管件。燃氣表后至入戶部分的管材采用符合GB/T 18997.1—2003《鋁塑復合壓力管 第1部分：鋁管搭接焊式鋁塑管》的鋁塑復合管，管件采用符合CJ/T 111—2000《鋁塑復合管用卡套式銅制管接頭》或CJ/T 190—2004《鋁塑復合管用卡壓式管件》的管件。
    至2006年底，鄭州市采用這種安裝方式的居民用戶累計近20×104戶，河南省14個城市中，約有逾40×104戶居民用戶采取這種安裝方式。
    2006年11月1日起，國家標準GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》開始實施。在此標準中，鋁塑復合管被明確列為室內燃氣管道的推薦管材，并在第10.2.7條中對鋁塑管的安裝作了下述明確規定：
    “鋁塑復合管安裝時必須對鋁塑復合管材進行防機械損傷、防紫外線(UV)傷害及防熱保護，并應符合下列規定：
    ① 環境溫度不應高于60℃；
    ② 工作壓力應小于10kPa；
    ③ 在戶內的計量裝置(燃氣表)后安裝。”
    該標準中的這一條款為強制性條款。
    自GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》施行后，河南省各燃氣公司新發展用戶基本上不再采用這種安裝方式。
3 在用鋁塑復合管的安全評價
   在GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》報批稿草案剛出臺時，鄭州燃氣股份有限公司聯合有關企業對鄭州市在用的戶外掛表的鋁塑復合管分別選取不同使用年限的管材進行了抽樣、測試、比較、分析。從火災發生時可能遇到的危險、極端環境溫度可能造成的危險、紫外線可能對管道性能的影響、外部機械損傷造成的影響等方面進行了鋁塑復合管在戶外使用的風險評價，完成了鄭州市《戶外掛表燃氣鋁塑管道安全評價報告》。
    2006年10月8日，在鄭州市燃氣管理處的組織下，我們邀請GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》國家標準歸口管理組、中國城市燃氣協會、河南省城市燃氣協會、中國市政工程華北設計研究院煤氣研究所、國家燃氣用具質量監督檢驗中心、河南東方能源股份有限公司等單位有關專家，在鄭州市召開了該報告的審查會。
    審查會專家組成員在實地參觀了戶外掛表燃氣鋁塑管道的應用現場并聽取了我公司的安全評價報告后，經過與會代表的充分討論，認為該評價報告根據國家標準GB/T 20000.4—2003《標準化工作指南  第4部分：標準中涉及安全的內容》的要求，對火災、紫外線老化、高溫和機械損傷等危害因素進行了風險分析和風險評定，認為是“可允許風險”，完全可以通過采取相應的安全措施，保證系統安全可靠地運行。審查會建議：
    ① 在新規范施行后，要按照GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》有關要求執行。
    ② 對在用的用戶繼續跟蹤評價，每3年對戶外掛表燃氣鋁塑管道系統進行1次測試和評定；補充在不同安裝位置、不同環境溫度下外護套管內的溫度測試。
    ③ 進一步整理并報送資料，提交GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》國家標準歸口管理組，以備《城鎮燃氣設計規范》修訂時參考。
4 在用鋁塑復合管及戶外掛表的跟蹤試驗
4.1 外護套管內的溫度測試
    為了落實審查會精神，進一步證明鋁塑復合管及戶外掛表的安全可靠性，研究鄭州地區的室外溫度環境是否能夠滿足鋁塑管材的使用環境要求，公司把“戶外掛表鋁塑復合管使用環境溫度測試”項目，列入公司2007年技術創新計劃。
目前該項目已經完成評價報告。該項目按照四季和每天的氣溫變化特點，根據鋁塑復合管戶外掛表工程中戶外PVC套管的安裝位置，選擇位于東南西北4個方向的點各4處，共16個點作為測試點。這些測試點分別分布在鄭州市東部和西部區域的4個小區。根據鄭州地區歷史最高氣溫(最近出現在1966年，最高氣溫為43℃)和最低氣溫(最近出現在1990年，最低氣溫為-17.9℃)，選擇了量程為-50～+250℃，最小分度值為0.1℃的電子溫度計。測溫工作人員分別在每天的早晨7時和下午14時，將溫度計插入測試點PVC套管上預設的小孔中測試套管內的溫度，并記錄數據。各測試點測試期內各月最高溫度統計見表1。各測試點測試期內各月最低溫度統計見表2。
經過對這16個測試點從2007年6月4日至2008年3月30日，歷經一年中最冷和最熱的季節，長達10個月的戶外PVC套管內溫度的測試，采集溫度數據，對比當日氣溫進行整理后，得出測試期內所測試的溫度范圍是-7.1～40.6℃。由于鋁塑復合管管材要求存放的環境溫度范圍是-20～40℃，GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》中規定“環境溫度不應高于60℃”，因此本次測試的溫度范圍(在允許出現極個別差異點的情況下)符合要求，滿足規范。
表1 各測試點測試期內各月最高溫度統計    ℃
月份
氣溫
測試點
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
東
西
南
北
東
西
南
北
東
西
南
北
東
西
南
北
2007年6月
38.0
36.5
37.1
40.6
36.1
35.8
36.8
35.2
35.2
37.5
38.O
37.8
37.5
38.4
38.1
37.9
37.5
2007年7月
35.0
36.9
36.8
39.3
36.9
35.3
37.6
34.7
35.2
37.8
37.5
37.8
37.7
37.6
37.9
37.5
37.8
2007年8月
35.0
38.1
38.1
39.8
38.1
35.3
36.6
35.8
35.5
37.8
37.6
37.5
37.1
37.8
37.6
37.4
37.2
2007年9月
32.0
35.2
35.3
36.8
35.2
29.8
30.6
30.2
30.6
32.5
32.2
32.6
32.0
32.7
32.5
32.7
32.4
2007年10月
27.0
25.9
25.8
26.7
25.9
24.2
24.6
24.5
23.8
26.7
26.9
26.4
26.0
26.4
26.8
26.9
26.4
2007年11月
22.0
22.4
22.5
23.2
22.4
21.0
21.2
20.4
21.2
18.7
18.8
18.6
18.7
18.5
18.5
18.7
18.9
2007年12月
13.0
9.8
9.8
10.2
9.8
14.8
14.6
15.2
14.8
13.2
13.8
13.6
13.1
13.4
13.3
13.3
13.7
2008年1月
13.0
11.6
11.8
12.3
11.8
14.1
14.0
14.5
14.0
12.4
12.1
13.8
12.2
12.7
16.5
19.7
12.5
2008年2月
19.0
18.6
18.7
19.2
18.9
16.4
16.8
17.6
16.6
17.0
16.8
17.1
16.7
17.1
16.8
17.2
16.9
2008年3月
26.0
23.2
23.3
26.6
27.1
25.2
26.8
27.6
24.6
25.6
25.7
25.6
26.0
25.1
26.6
26.4
25.3
測試期間最高溫度
38.0
38.1
38.1
40.6
38.1
35.8
37.6
35.8
35.5
37.8
38.0
37.8
37.7
38.4
38.1
37.9
37.8
表2 各測試點測試期內各月最低溫度統計    ℃
月份
氣溫
測試點
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1l
12
13
14
15
16
東
西
南
北
東
西
南
北
東
西
南
北
東
西
南
北
2007年6月
18.0
22.7
22.5
22.3
22.5
22.7
22.9
23.5
22.8
21.3
21.5
21.4
22.3
23.3
24.3
21.5
23.4
2007年7月
19.0
22.3
22.3
22.4
22.5
20.3
21.2
21.6
20.4
21.3
21.4
21.6
21.3
21.3
21.5
21.5
21.5
2007年8月
18.0
19.5
19.4
19.6
19.6
18.4
18.0
18.2
18.8
18.5
18.7
18.4
18.2
18.6
18.8
18.5
18.2
2007年9月
13.0
18.9
18.5
19.5
20.4
13.2
13.4
13.6
13.0
15.0
15.5
15.3
15.1
15.1
15.1
15.2
15.4
2007年10月
5.0
7.6
6.7
6.9
6.7
12.6
12.2
12.2
12.1
7.4
7.3
7.4
7.2
7.3
7.3
7.7
7.4
2007年11月
0.0
2.8
2.5
2.5
2.6
6.6
7.0
7.2
6.6
1.8
1.7
1.5
1.0
1.2
1.9
1.0
1.6
2007年12月
-4.0
0.4
0.8
0.6
0.9
1.1
1.8
1.6
1.2
-4.2
-4.9
-4.4
-4.1
-4.1
-4.8
-4.4
-4.7
2008年1月
-7.0
-7.1
-2.6
-2.7
-2.7
-1.8
-1.6
-1.8
-1.6
-3.0
-3.4
-3.1
-3.2
-4.0
-3.2
-3.6
-3.8
2008年2月
-6.0
-2.3
-2.1
-1.9
-1.8
0.4
0.3
0.8
0.2
-2.2
-2.0
-1.9
-2.8
-2.8
-2.6
-2.0
-3.5
2008年3月
1.0
6.3
5.4
5.4
5.5
9.2
9.2
9.6
8.3
1.7
2.0
1.8
1.9
2.2
2.0
2.6
2.4
測試期間最低溫度
-7.0
-7.1
-2.6
-2.7
-2.7
-1.8
-1.6
-1.8
-1.6
-4.2
-4.9
-4.4
-4.1
-4.1
-4.8
-4.4
-4.7
    以上數據表明，在鄭州地區，將鋁塑復合管安裝在室外實施戶外掛表，由于在PVC套管的保護下，可以防紫外線照射，防外部機械損傷，能夠在該管材的適用環境溫度范圍內使用，滿足規范要求的使用條件。
4.2 不同環境溫度下燃氣表計量誤差測試
    由于燃氣表對使用環境溫度有一定的要求，當把燃氣表安裝在戶外，室外的環境溫度對燃氣表的計量造成誤差，需要我們進一步研究。據此，我們確定并完成了“膜式燃氣表溫度影響及可靠性試驗研究”和“區域計量和供銷差控制研究”項目。
    膜式燃氣表溫度影響及可靠性試驗研究項目通過對目前國內使用較為普遍的家用膜式燃氣表(J2.5普通表)進行溫度影響和可靠性試驗，研究環境溫度對戶外掛表可能造成的影響，對各種燃氣表的質量性能進行篩選和評比，為公司未來的儀表選型提供幫助，有效控制降低下游供銷差。
    試驗結果：在-20～+40℃范圍內，環境溫度變化對燃氣表的計量準確性影響比較大。在未作溫度修正的情況下，在低溫-10℃時，相對誤差達到-12%～-14%；在低溫-20℃時，相對誤差達到-14%～-17%；在高溫40℃時，燃氣表的相對誤差并不高，為3%左右。在作出溫度修正后，在低溫0℃以下時，相對誤差為-1%～-3%；在高溫30℃以上時，相對誤差為0～1%。燃氣表的相對誤差受溫度變化影響比較大，在作出溫度修正后，可以有效減小誤差范圍。
    在試驗期間，我們也看到，一部分廠家的產品存在一些問題或缺陷，導致在試驗過程中儀表出現故障或停止計數，說明此類儀表對溫度變化更加敏感，不適合低溫狀態使用。
    區域計量和供銷差控制研究項目通過選擇有代表性的試驗小區，在小區燃氣管道進口處合適位置安裝帶溫度和壓力補償的流量計進行區域集中計量，并對比分戶燃氣表計量值之和，分別研究IC卡表用戶小區和戶外掛表用戶小區的不同時期用氣情況，尋找在該區域內供銷差形成的規律，探索燃氣計量儀表合理的安裝方式。
    試驗結果：通過1個年度的數據統計和對比發現，環境溫度對戶外掛表影響較大，供銷差變化范圍是-19.07%～4.81%，尤其是冬季的影響較大，最終造成了年度-7.89%的總供銷差。應適當采取溫度機械補償型燃氣表、耐低溫燃氣表或表體使用隔熱材料等方式，來減小戶外掛表造成的供銷差。
4.3 利弊分析
    2006年在召開安全評價報告審查會之前，我們已經做了一次安全測試和評價。按照審查會提出的3年1個周期進行測試和評價的要求，我公司將對戶外掛表及鋁塑復合管系統進行一次全面的測試和評價。目前已初步分析了鋁塑復合管及戶外掛表安裝方式的利弊，下一步將進一步量化并完成評價報告。
4.3.1優點
    ① 免除了入戶抄表給用戶帶來的麻煩，提高了抄表的工作效率，節省了大量人力，管理更經濟。
    ② 戶內燃氣設施減少，連接接頭減少，可能發生的漏氣點減少，減少了安全隱患，降低了對室內美觀的影響。
    ③ 降低了用戶私自改裝管道和破壞燃氣表偷盜氣的可能性，增強了防盜性和用氣安全性。
    ④ 能夠實現對違章、欠費和故障用戶的分戶獨立控制，便于對用戶違章、欠費和故障的處理，且不影響其他用戶正常用氣。
    ⑤ 維修人員可定期對接頭等易漏部位進行檢測，也可隨時對燃氣表進行校驗，及時維修和更換，保證了安全和計量準確性。
    ⑥ 采用鋁塑復合管戶外掛表，減少施工擾民，施工工期短，施工效率高，成本相對較低。
    ⑦ 鋁塑復合管使用壽命長達50年，在PVC套管的保護下，不易老化，不需維護，且無接頭，增強了安全性和經濟性[3]。
4.3.2問題與措施
    ① 施工和維修涉及到高空作業，安全施工責任重大。
    可采取的措施：加強施工安全管理，加強施工及管理人員的安全教育和培訓，配置安全繩、安全帶等安全防護用品。
    ② 鋁塑復合管外部的PVC套管會出現老化、破損、脫落，需要更換時比較困難，難以實施。
    可采取的措施：我們最早的用戶已使用7年，經過調查，此現象不普遍。可選取管壁較厚、抗紫外線、耐老化性能好的PVC套管，或者考慮采用其他耐老化的材料，或者采取易更換的活動扣板等安裝方式。
    ③ 燃氣表室外安裝，對環境溫度有一定的要求。超過溫度范圍會產生較大的計量誤差，因此不適用于較寒冷的北方地區。
    可采取的措施：可選用在低溫下運行可靠性更高的表型或具有溫度補償功能的表型，也可對表箱和表具采取適當的隔熱保溫措施來控制燃氣表運行的環境溫度在一定范圍內。
    ④ 一旦整個立管安裝完成，如果未能給當時暫不安裝的中間樓層用戶預先穿好鋁塑復合管進行預留，那么等再次去安裝時，要在已建的PVC套管內再穿一根鋁塑復合管將非常困難，難以實施。如果事先預留，則占用材料，造成材料成本增加。
    可采取的措施：盡量預留鋁塑復合管，并完成戶內部分的安裝，只是表箱中暫不掛表，做好表前閥的封堵。雖然占用了部分材料，但是方便了后期安裝。
    ⑤ 鋁塑復合管進廚房的位置在統一安裝時無法滿足所有用戶的要求。一旦安裝完成，如果用戶要求移位改動鋁塑復合管穿墻位置，則難以實施。
    可采取的措施：各種安裝方式戶內部分都難以滿足所有用戶的要求，鋁塑復合管戶外掛表的戶內安裝相對比較人性化，在確需移位改動時，只能通過加長戶內鋼管的辦法進行。
    ⑥ 因戶內鋼管較短，在室內閥門經常啟閉操作的拉動下，鋁塑復合管轉換鋼管的接頭處較易發生漏氣，當維修或更換接頭時因鋁塑復合管長度的限制，不易實施。
    可采取的措施：可以改變戶內安裝形式，在戶內增加一個彎頭并加強對管道的固定，減少局部受力，降低漏氣可能性。此外，對于轉換接頭處，在施工時盡量將鋁塑復合管留得稍長一些，以便需要維修時能將鋁塑復合管拉出進行接頭更換。
5 結語與建議
    ① 鋁塑復合管及戶外掛表的安裝方式在鄭州市燃氣工程中受到用戶、開發商、物業公司和燃氣經營管理者等多方的認可。
   ② 從鄭州市的使用實踐情況來看，鋁塑復合管伴隨著戶外掛表安裝在戶外PVC套管內，符合GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》第10.2.7條中規定的“鋁塑復合管安裝時必須對鋁塑復合管材進行防機械損傷、防紫外線(UV)傷害及防熱保護，環境溫度不應高于60℃，工作壓力應小于10kPa”的條件，但不符合“在戶內的計量裝置(燃氣表)后安裝”的要求。
   ③ GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》施行后，河南省鋁塑復合管及戶外掛表這種安裝方式已停止。
    ④ 鄭州市應用鋁塑復合管及戶外掛表安裝方式已取得了不少經驗，并且對這種安裝方式做了一些針對性的測試試驗和研究，積累了一些試驗數據。
   ⑤ 建議在《城鎮燃氣設計規范》修訂時，充分考慮各地環境溫度(日溫差以及季節溫度變化范圍)、燃氣工程材料、表具的選用、施工安裝的實際情況，研究鋁塑復合管及戶外掛表安裝方式的可行性。
參考文獻：
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[2] 王偉，曲艷輝，韓露.鋁塑復合管在室內燃氣管道中的應用[J].煤氣與熱力，2003，23(11)：685-686.
[3] 何選明，安瑋，韓朝暉.鋁塑復合管在燃氣工程中的應用[J].煤氣與熱力，2006，26(5)：33-35.
 
(本文作者：秦敏 耿同敏 鄭州燃氣股份有限公司 河南鄭州 450006)