CN106382422B - 一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管及其制备方法，所述金属软管包括网体部分及其两端的连接接头，所述网体包括金属波纹管、接管、环、钢丝网套；其中金属波纹管由以下组分按重量份数配比制成：铁18～38份、锰13～28份、铬11～23份、铜8～15份、锆7～16份、石墨烯3～7份、碳化硅2～5份、硫酸钙1～3份。(1)本发明所述金属软管能够有效抵抗地质沉降带来的土质形变；(2)本发明所述金属软管能够克服安装应力及自身产生的形变。

Description

一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种金属管道，尤其涉及一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管及其制备方法。
背景技术
踏入21世纪，随着中国燃气事业的蓬勃发展，三水区燃气管道迅速通往千家万户，然而该区民用建筑地基沉降现象十分普遍，造成庭院管、楼栋管及其燃气设施附加应力增大，在引出管附近处容易因为不均匀沉降导致燃气泄漏事故的发生。由于三水位于三江汇流之处，是珠江三角洲冲积平原的重要组成部分，其地质构造复杂多变，局部区域的沉降具有幅度大、周期长的明显特性，常规应对管道沉降的措施难以凑效。
广东各大小河流沿岸均有冲积平原断续分布，在粤中地区的东、北、西江下游是宽广的珠江三角洲平原，平原地质多属于淤泥质软土地区，主要含饱和淤泥和可液化砂层，软土地质是造成建筑物地基沉降的根本性原因。
燃气管道设施的沉降来源于城市地下基础的相对沉降错位，排除地震等不可控制因素，地基沉降主要是建筑建造的原因。主体建筑基础一般采用管桩，将其打进硬持力层，建筑物即时因为施工有偏差导致轻微的均匀沉降，也不影响承重载荷，属于允许范围；非承重结构范围的小区绿化、道路或景观地下基础采用回填土，回填层沉降形成面沉降，该类沉降是燃气管道设施沉降的主要原因。
非承重结构范围的地下基础沉降成因：(1)自然沉降。土质松软总体特性下，土层自身重力作用导致缓慢沉降。三水地质属于软土地质，软土的特性主要表现为天然含水率高，一般水量在30％～70％之间，孔隙比大，孔隙比在1.0～1.9之间。(2)车辆或其它大型重物挤压沉降。近年车辆发展迅猛，非机动车道成为车辆停放点，加重了沉降程度。(3)周边市政或楼盘施工的影响。其它楼盘打锚等横向拉力、地下水抽失严重，改变区域土层的受力情况，也会间接影响地面下沉。
综合上述分析，安装于主体建筑上的楼栋管本身基本不下沉，埋于非承重结构范围的小区绿化或道路地下的管线容易随着地基下沉而下沉，两者之间的相对错位产生大量应力。对于燃气管线设施的下沉，行业相关学者提出了一些治理措施，主要有以下几种：(1)软土地基治理；根据工程实际选择具体治理方法，如材料置换法、排水固结法、换填垫层法、化学加固法、深层密实法、桩基沉井、侧向约束法、反压护道法等，该法涉及面广，成本大，操作难度大，燃气公司基本不予采用。(2)拆除引出管的固定码或采用套管式固定支架，出地引出管穿过混凝土地面时设置出地套管，防止混凝土与管道固结，阻碍管线位移；但该法仅仅是转移应力集中位置，并非治本之策。(3)靠近建筑物的水平管线实施分级抬高的阶梯式安装；该法有利于提高管道挠性,吸收地基的沉降位移,但补偿量有限，仅适用于沉降不大的场合。(4)使用扰性较好的PE管取代钢管；PE管在弯曲性能方面具有无可比拟的优势，但钢塑转换接头成为新的薄弱环节，PE管抗外力破坏能力大大降低。(5)在应力集中处切割焊接新管，彻底释放下沉应力；该法同样非治本之策，随着时间推移会重新积聚应力。
不锈钢金属软管应用工艺已经采用半年多，在新楼盘引出管安装、旧楼盘引出管下沉改造中均得到了应用。根据观测不锈钢金属软管应用情况，可以人工对法兰连接部位进行查漏，对钢丝网连接部位和软管整体挠度变化情况进行检查，未见有新问题出现，总体运行情况良好。但是采用传统的金属软管具有以下不足，主要体现在以下三个方面：(1)预压缩量为可沉降量，预压缩量大时容易破坏不锈钢金属软管，预压缩量小时沉降余量不足。(2)预压缩对引出管和立管均有作用力，产生安装应力。
发明内容
本发明解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，获得一种能够有效抵抗地质沉降，缓解安装应力的金属软管，本发明提供了一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管及其制备方法。
技术方案：一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管，所述金属软管包括网体部分及其两端的连接接头，所述网体包括金属波纹管、接管、环、钢丝网套；其中金属波纹管由以下组分按重量份数配比制成：铁18～38份、锰13～28份、铬11～23份、铜8～15份、锆7～16份、石墨烯3～7份、碳化硅2～5份、硫酸钙1～3份。
优选的，所述金属软管包括网体部分及其两端的连接接头，所述网体包括金属波纹管、接管、环、钢丝网套；其中金属波纹管由以下组分按重量份数配比制成：铁31份、锰22份、铬16份、铜11份、锆13份、石墨烯5份、碳化硅3份、硫酸钙2份。
一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，金属软管由网体部分和两端连接接头焊接而成，网体由金属波纹管、接管、环、钢丝网套焊接而成；所述金属波纹管的制备过程如下：
(1)基体制备：将铁、锰和铬投入金属熔炉中，在温度为1980～2450℃条件下熔融，然后向其中投入铜，至完全熔融混匀后，将温度降至1860℃，保温1～5小时，获得基体；
(2)外加剂制备：将石墨烯、碳化硅和硫酸钙混合后研磨成粉末，粉磨粒径为50～120目，将锆在1890～2050℃条件下熔融，完全熔融后向其中加入混合粉末，至完全混匀后降温至1860～1880℃，制备获得外加剂；
(3)粗坯制备：将步骤(2)获得的外加剂投入步骤(1)所述的金属熔炉中，并将炉内温度升至2250～2560℃，保温5～15分钟；经模具加工成规格为19.8×0.8mm的直管，沿直管外壁旋压4条全螺旋波纹，螺旋槽深1.6～2.5mm，螺旋槽间距6.4～7.5mm，螺旋角20～35°，再将直管缩径段旋压一个过渡圆弧7～11mm，过渡圆弧至管端直径14.6～14.78mm，制得粗坯金属波纹管；
(4)机械打磨：将步骤(3)获得的粗坯金属波纹管采用机械磨砂处理毛刺，至表面平滑；
(5)机械性能定型：向经步骤(4)处理后的金属波纹管内灌入工业润滑剂，并置于－10～－20℃下进行冷冻处理1～3小时；
(6)清洗：取出步骤(5)冷冻处理后的金属波纹管，收集管内的工业润滑剂循环使用，用质量浓度为1～5％的硫酸钠水溶液清洗金属波纹管，干燥后即可制得。
优选的，步骤(1)基体制备：将铁、锰和铬投入金属熔炉中，在温度为2250℃条件下熔融，然后向其中投入铜，至完全熔融混匀后，将温度降至1860℃，保温4小时，获得基体。
优选的，步骤(2)外加剂制备：将石墨烯、碳化硅和硫酸钙混合后研磨成粉末，粉磨粒径为100目，将锆在1980℃条件下熔融，完全熔融后向其中加入混合粉末，至完全混匀后降温至1870℃，制备获得外加剂。
优选的，步骤(3)粗坯制备：将步骤(2)获得的外加剂投入步骤(1)所述的金属熔炉中，并将炉内温度升至2380℃，保温10分钟；经模具加工成规格为19.8×0.8mm的直管，沿直管外壁旋压4条全螺旋波纹，螺旋槽深1.9mm，螺旋槽间距7.2mm，螺旋角30°，再将直管缩径段旋压一个过渡圆弧9mm，过渡圆弧至管端直径14.69mm，制得粗坯金属波纹管。
优选的，步骤(5)机械性能定型：向经步骤(4)处理后的金属波纹管内灌入工业润滑剂，并置于－16℃下进行冷冻处理2小时。
优选的，步骤(6)清洗：取出步骤(5)冷冻处理后的金属波纹管，收集管内的工业润滑剂循环使用，用质量浓度为3％的硫酸钠水溶液清洗金属波纹管，干燥后即可制得。
有益效果：(1)本发明所述金属软管能够有效抵抗地质沉降带来的土质形变；(2)本发明所述金属软管能够克服安装应力及自身产生的形变。
具体实施方式
实施例1
一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管，所述金属软管包括网体部分及其两端的连接接头，所述网体包括金属波纹管、接管、环、钢丝网套；其中金属波纹管由以下组分按重量份数配比制成：铁18份、锰13份、铬11份、铜8份、锆7份、石墨烯3份、碳化硅2份、硫酸钙1份。
一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，金属软管由网体部分和两端连接接头焊接而成，网体由金属波纹管、接管、环、钢丝网套焊接而成；所述金属波纹管的制备过程如下：
(1)基体制备：将铁、锰和铬投入金属熔炉中，在温度为1980℃条件下熔融，然后向其中投入铜，至完全熔融混匀后，将温度降至1860℃，保温1小时，获得基体；
(2)外加剂制备：将石墨烯、碳化硅和硫酸钙混合后研磨成粉末，粉磨粒径为50目，将锆在1890℃条件下熔融，完全熔融后向其中加入混合粉末，至完全混匀后降温至1860℃，制备获得外加剂；
(3)粗坯制备：将步骤(2)获得的外加剂投入步骤(1)所述的金属熔炉中，并将炉内温度升至2250℃，保温5分钟；经模具加工成规格为19.8×0.8mm的直管，沿直管外壁旋压4条全螺旋波纹，螺旋槽深1.6mm，螺旋槽间距6.4mm，螺旋角20°，再将直管缩径段旋压一个过渡圆弧7mm，过渡圆弧至管端直径14.6mm，制得粗坯金属波纹管；
(4)机械打磨：将步骤(3)获得的粗坯金属波纹管采用机械磨砂处理毛刺，至表面平滑；
(5)机械性能定型：向经步骤(4)处理后的金属波纹管内灌入工业润滑剂，并置于－10℃下进行冷冻处理1小时；
(6)清洗：取出步骤(5)冷冻处理后的金属波纹管，收集管内的工业润滑剂循环使用，用质量浓度为1％的硫酸钠水溶液清洗金属波纹管，干燥后即可制得。
实施例2
一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管，所述金属软管包括网体部分及其两端的连接接头，所述网体包括金属波纹管、接管、环、钢丝网套；其中金属波纹管由以下组分按重量份数配比制成：铁31份、锰22份、铬16份、铜11份、锆13份、石墨烯5份、碳化硅3份、硫酸钙2份。
一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，金属软管由网体部分和两端连接接头焊接而成，网体由金属波纹管、接管、环、钢丝网套焊接而成；所述金属波纹管的制备过程如下：
(1)基体制备：将铁、锰和铬投入金属熔炉中，在温度为2250℃条件下熔融，然后向其中投入铜，至完全熔融混匀后，将温度降至1860℃，保温4小时，获得基体；
(2)外加剂制备：将石墨烯、碳化硅和硫酸钙混合后研磨成粉末，粉磨粒径为100目，将锆在1980℃条件下熔融，完全熔融后向其中加入混合粉末，至完全混匀后降温至1870℃，制备获得外加剂；
(3)粗坯制备：将步骤(2)获得的外加剂投入步骤(1)所述的金属熔炉中，并将炉内温度升至2380℃，保温10分钟；经模具加工成规格为19.8×0.8mm的直管，沿直管外壁旋压4条全螺旋波纹，螺旋槽深1.9mm，螺旋槽间距7.2mm，螺旋角30°，再将直管缩径段旋压一个过渡圆弧9mm，过渡圆弧至管端直径14.69mm，制得粗坯金属波纹管；
(4)机械打磨：将步骤(3)获得的粗坯金属波纹管采用机械磨砂处理毛刺，至表面平滑；
(5)机械性能定型：向经步骤(4)处理后的金属波纹管内灌入工业润滑剂，并置于－16℃下进行冷冻处理2小时；
(6)清洗：取出步骤(5)冷冻处理后的金属波纹管，收集管内的工业润滑剂循环使用，用质量浓度为3％的硫酸钠水溶液清洗金属波纹管，干燥后即可制得。
实施例3
一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管，所述金属软管包括网体部分及其两端的连接接头，所述网体包括金属波纹管、接管、环、钢丝网套；其中金属波纹管由以下组分按重量份数配比制成：铁38份、锰28份、铬23份、铜15份、锆16份、石墨烯7份、碳化硅5份、硫酸钙3份。
一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，金属软管由网体部分和两端连接接头焊接而成，网体由金属波纹管、接管、环、钢丝网套焊接而成；所述金属波纹管的制备过程如下：
(1)基体制备：将铁、锰和铬投入金属熔炉中，在温度为2450℃条件下熔融，然后向其中投入铜，至完全熔融混匀后，将温度降至1860℃，保温5小时，获得基体；
(2)外加剂制备：将石墨烯、碳化硅和硫酸钙混合后研磨成粉末，粉磨粒径为120目，将锆在2050℃条件下熔融，完全熔融后向其中加入混合粉末，至完全混匀后降温至1880℃，制备获得外加剂；
(3)粗坯制备：将步骤(2)获得的外加剂投入步骤(1)所述的金属熔炉中，并将炉内温度升至2560℃，保温15分钟；经模具加工成规格为19.8×0.8mm的直管，沿直管外壁旋压4条全螺旋波纹，螺旋槽深2.5mm，螺旋槽间距7.5mm，螺旋角35°，再将直管缩径段旋压一个过渡圆弧11mm，过渡圆弧至管端直径14.78mm，制得粗坯金属波纹管；
(4)机械打磨：将步骤(3)获得的粗坯金属波纹管采用机械磨砂处理毛刺，至表面平滑；
(5)机械性能定型：向经步骤(4)处理后的金属波纹管内灌入工业润滑剂，并置于－20℃下进行冷冻处理3小时；
(6)清洗：取出步骤(5)冷冻处理后的金属波纹管，收集管内的工业润滑剂循环使用，用质量浓度为5％的硫酸钠水溶液清洗金属波纹管，干燥后即可制得。
对实施例1～3制备获得的适用于沉降地质燃气管道的金属软管进行检测，结果如下表所示：
实施例1 实施例2 实施例3
弹性模量/GPa 201 226 218
屈服极限/MPa 323 386 365
强度极限/MPa 618 702 689
伸长率/％ 21 26 24
断面缩减/％ 26 32 30

Claims (7)

1.一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管，其特征在于，所述金属软管包括网体部分及其两端的连接接头，所述网体包括金属波纹管、接管、环、钢丝网套；其中金属波纹管由以下组分按重量份数配比制成：铁18～38份、锰13～28份、铬11～23份、铜8～15份、锆7～16份、石墨烯3～7份、碳化硅2～5份、硫酸钙1～3份；所述金属波纹管由以下方法制得：
（1）基体制备：将铁、锰和铬投入金属熔炉中，在温度为1980～2450℃条件下熔融，然后向其中投入铜，至完全熔融混匀后，将温度降至1860℃，保温1～5小时，获得基体；
（2）外加剂制备：将石墨烯、碳化硅和硫酸钙混合后研磨成粉末，粉磨粒径为50～120目，将锆在1890～2050℃条件下熔融，完全熔融后向其中加入混合粉末，至完全混匀后降温至1860～1880℃，制备获得外加剂；
（3）粗坯制备：将步骤（2）获得的外加剂投入步骤（1）所述的金属熔炉中，并将炉内温度升至2250～2560℃，保温5～15分钟；经模具加工成规格为19.8×0.8mm的直管，沿直管外壁旋压4条全螺旋波纹，螺旋槽深1.6～2.5mm，螺旋槽间距6.4～7.5mm，螺旋角20～35°，再将直管缩径段旋压一个过渡圆弧7～11mm，过渡圆弧至管端直径14.6～14.78mm，制得粗坯金属波纹管；
（4）机械打磨：将步骤（3）获得的粗坯金属波纹管采用机械磨砂处理毛刺，至表面平滑；
（5）机械性能定型：向经步骤（4）处理后的金属波纹管内灌入工业润滑剂，并置于－10～－20℃下进行冷冻处理1～3小时；
（6）清洗：取出步骤（5）冷冻处理后的金属波纹管，收集管内的工业润滑剂循环使用，用质量浓度为1～5%的硫酸钠水溶液清洗金属波纹管，干燥后即可制得。
2.根据权利要求1所述的一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管，其特征在于，所述金属软管包括网体部分及其两端的连接接头，所述网体包括金属波纹管、接管、环、钢丝网套；其中金属波纹管由以下组分按重量份数配比制成：铁31份、锰22份、铬16份、铜11份、锆13份、石墨烯5份、碳化硅3份、硫酸钙2份。
3.根据权利要求1所述的一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，其特征在于，步骤（1）基体制备：将铁、锰和铬投入金属熔炉中，在温度为2250℃条件下熔融，然后向其中投入铜，至完全熔融混匀后，将温度降至1860℃，保温4小时，获得基体。
4.根据权利要求1所述的一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，其特征在于，步骤（2）外加剂制备：将石墨烯、碳化硅和硫酸钙混合后研磨成粉末，粉磨粒径为100目，将锆在1980℃条件下熔融，完全熔融后向其中加入混合粉末，至完全混匀后降温至1870℃，制备获得外加剂。
5.根据权利要求1所述的一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，其特征在于，步骤（3）粗坯制备：将步骤（2）获得的外加剂投入步骤（1）所述的金属熔炉中，并将炉内温度升至2380℃，保温10分钟；经模具加工成规格为19.8×0.8mm的直管，沿直管外壁旋压4条全螺旋波纹，螺旋槽深1.9mm，螺旋槽间距7.2mm，螺旋角30°，再将直管缩径段旋压一个过渡圆弧9mm，过渡圆弧至管端直径14.69mm，制得粗坯金属波纹管。
6.根据权利要求1所述的一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，其特征在于，步骤（5）机械性能定型：向经步骤（4）处理后的金属波纹管内灌入工业润滑剂，并置于－16℃下进行冷冻处理2小时。
7.根据权利要求1所述的一种适用于沉降地质燃气管道的金属软管的制备方法，其特征在于，步骤（6）清洗：取出步骤（5）冷冻处理后的金属波纹管，收集管内的工业润滑剂循环使用，用质量浓度为3%的硫酸钠水溶液清洗金属波纹管，干燥后即可制得。
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