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1、铜水管的设计要点铜水管的设计要点前言： 引水铜管首次使用大约在公元前 2750 年。柏林国家博物馆现保存着取自埃及 Abusir,Sa-Hu-Re 国王寺院的样品。该管道长 100m，由好几段组成，每段长 750mm 直径 75mm,由薄的锻打铜板折合而成并以 U 字形嵌入石豪地质中。 工业革命初期采用螺纹联接的厚壁铜管取得进展，联接器的产生开始采用熔焊和铅锡 焊料进行焊封。三十年代初，随着薄壁管和小规格铜管的应用，其它联接手段相继而生， 如毛细焊封和压缩式管接头。在供水系统中与其它材料相比，使用铜的成本具有竞争性， 同时它为管道工程和供暖工程开创了一个新的时代。简介： 本文收集了有关民用供水
2、铜管广泛应用的基本资料，还列出了大量的参考资料。今天 我们所看到的热水和冷水供水系统中所用的主要铜管接件在过去的五十来年中有了很大的 进展。在这期间还引入了小管径和薄壁管，其使用数量有了很大的提高。新的应用还包括 地下供暖系统，洒水灭火系统以及民用太阳能加热热水系统。本刊物并不是作为一个详细 的设计指南，而只是介绍有关民用供水系统的现况以及潜在应用的基本信息。 本文主要想帮助建筑师、设计师和专业工作者及操作工在民用供水系统中如何正确使 用铜和铜合金。此外水质量标准的有关规定以及军团病的危害都预示着铜在民用供水系统 中的潜在优点。这也归功于新的铜产品的开发包括无铅焊料管接件。铜管的优点： 铜管作
3、为民用供水系统的推荐材料其特点如下： 容易安装。 联接方便，操作简单。 强度高，可塑性好。 易于加工。 防腐性。 适用于饮用水和其他供水系统。 具有潜在的杀菌作用。 防生物吸附作用。 与管接件和其他元件相配的公制系列通用性。最大工作压力： 温度达 100时，最大工作压力按下述公式计算。P20Ft（Dt） 其中：P最大工作压力（bar）F设计应力（N/mm）最小壁厚（mm）D最大外径（mm）按 BS2871:Part1#所述的最小最大公差值。 安装在地下、地板下或其他一些无法进入的位置中的管子必须能够承受两倍于上述工 作压力。上述公式中的 F 值按下述管子条件。 条件 F（N/mm） 退火 0
4、40.0 半硬 1/2H 59.0 硬 H 68.5 在安装过程中，需进行热弯曲，银钎焊接或焊接接头的连接，此时，1/2H 和 H 管的连 接部分产生了退火，则应按退火条件中的 F 值计算工作压力，大规格和/或厚壁铜管在安装 期间可能进行过度退火，会导致设计强度低于退火，会导致设计强度低于退火(0)状态的值。工作温度在 110至 200之间铜管的设计应力值(F)列于 BS1306#中，退火(0)态的铜 管典型数值如下： 150 175 200 N/MM 34 26 18 按需要可插入中间数值异种金属的连接 铜管和铜及铜合金管接头可用来与各种其他材料连接，常出现的联接组合如下：a) 铜/铸铁：铜
5、管材和铸铁管件可以通过铜和铜合金接头或卡套进行连接，与管 接合的连接器由螺纹连接，而与卡套接合的铜管通过压缩或毛细焊封连接。b) 铜/uPVC:铜管与大规格 uPVC 总管通过一支管架和连接器或卡套进行连接。铜 管和接头或套圈之间也是由压缩或毛细焊封进行连接。较小规格的管子由一铜合金接 头通过压缩式或毛细焊封接头连接。uPVC 管和接头之间由螺纹接头通过溶剂焊接。c)铜/聚乙烯：铜管和聚乙稀管通过一铜或铜合金联接器连接，两材料都采用压缩 连接，聚乙烯管子中增加一管套。BS864:Part3#中的铜及铜合金压缩式管接头专门用 于聚乙烯管件。d)铜/不锈钢：铜管和不锈钢管可通过一铜或合金压缩或毛细
6、焊封管接头进行联接。 它们的接触区域至关重要，例如接触到不锈钢蓄水容器中的铜管会产生严重而快速的 腐蚀。e)铜/铁：铜管和铅管可通过一铜或铜合金接头在两都之间进行机械联接。在联接 器尾端和铅管道之间不再需要拭接。 注：铜管不应接入铅管管道系统中除非采取必要的预防措施来防止腐蚀和。 由于对其他金属抗腐性的影响要小于对铜和铜合金的影响。所以有关专门的联接方式 请参照 Model Water Byelaws，尤其是管道中金属的流失方向总是从低隋性金属流向 隋性金属。如镀锌钢无涂层铁铅铜。例如水中溶入 1.1mg/t 或更多的铜就会促 使镀锌层的腐蚀。附表 A 为压缩式和毛细焊封接头的最大工作温度和压
7、力。 工作温度（） 尺寸（mm） 水压（mm）30 654 1567 10 65 654 1067 6 100 654 667 4 120 654 5 673 压缩式注：高强度管接头包括熔点焊料可在较高工作温度和/或较高压力中工作，其他高强度 可焊和法兰连接件也可在较高压力和/或温度中工作，在这种情况下管接件制造商应和用户 进行协商。设计上考虑： 详细的设计图和管子尺寸要求由负责管道系统的工程师确定，在以下的章节中我们将 介绍一般要求供参考。有观点已在实践中证明它的重要性，采用本技术规范的用户必须遵 守有关的法规，条文以及适用于专门设备的技术规范。水速: 过大的水速会产生一些问题，这种极端的条
8、件会引起过早的机械故障，包括腐蚀/或空 蚀作用。在冷、热水铜管供水系统中推荐的最大水速为 2 米/秒(不考虑外径因素)。如果原 定管道设计水速大于以上推荐的水速，那么就应使用相应较大直径的管子，应确定管子的 尺寸，以保证 BS6700#所规定的最大设计流速不会导致在铜管中过大。缓慢的流速，低于 0.5m/秒，管道口径过大，尤其是长距离水平流向结构也会造成杂物沉积，这点也是至关重 要的。这可能会导致孔蚀，特别是有管道的较低部位。必须有良好的结构设计和工作状态 来避免出现这些问题，如果水只在部分管道中流动也可能会引起腐蚀。在联接管出口外截 面急剧变化也会产生空穴，同时还会引起躁声，可以通过降低水压
9、以及水速来减轻这些问 题。但是管道中不太可能发生空穴现象，因为在普通压力，水到达 78m/s 时才会在典型 的弯头管接中产生空穴。管道布局： 尽可能避免管道长期处在滞流或半滞流状态中，尤其在大型和复杂的设施中，这一点 很重要。在有些水质中这种状况会促使少许金属沉积，包括铜。但是如果管道中经常保持 一定水流，流速较合理，这些问题就可避免。 以下是减少这类问题的措施： a)应考虑采用管道升降结构而少用水平供水管道。另外环状主干道加上短距离直 升会减少滞流范围。 b)在地下总供水管道以及上升底部内系统中应有足够数量和规格的冲洗阀。 c)饮用水管道应选用最小允许直径/但流速不能超过 2m/s。 d)安
10、装图纸上应指明管子方向“下降”或“上升”特别要留意异径三通端口上的 偏心异径管接。水平主干道的分支接口应在顶部或底部以确保空气流通和系统 彻底排空。 e)消防软管和饮用水供水管道一般需要分开。 f)必要时，冷水管应采取隔热措施以防异常热的影响，如来自附近的热水管。冷 水管应安装在热水管道下方。 g)仅作为间断使用的系统各部位最低点处应安装截止阀以及疏水阀。 h)避免使用独立的或很少供水的长距离分支主干道。 i)在滞流水中出现沉积时，管道的未端或很少供水的垂直落水出口处可能是问题 的所在点。管道保护： 采用足够的保暖措施来防止冻裂是必要的。在通风处和屋顶不受热处以及类似不受热 和/或通风处这一点
11、尤为重要。冷水管道的安置和安装应采取下述保护措施。1) 地下管道应埋于离地面至少 750mm 但不超过 1350mm ，但这不适用于安装在固定 的大楼或建筑物之下。2) 套管保护至主干道的供水管应从同样深的地下通过鹅颈弯管接入至大楼中，如果 是裸管应在大楼内至少离外墙 750mm 处垂直向上。 3) 接入蓄水箱的管道应安装在较暖和的内墙处。 4)如果室外管道不得不安装在地面上方，遇至寒冷的天气，它们必须采取充分的隔冷 措施并提供排水口来排出外露管道中的水。排水口应安装在地面上方以防污染自身的隔冷 不能阻止留在管道中一段时间的水的结冰，因此需安排水装置。比较安全的办法就是在缺 少保暖措施的环境中
12、提供供暖设施。伸缩接头： 铜的热膨胀系数为 16.8x10-6/，就是说，1 米长的铜管加热至 T时就变为 1+0.0000168T 米。譬如温度上升 60，1 米长的管子增加 1 毫米。就民用热水供水系统和 加热装置中的铜管而言，在有限的尺寸范围内以及在直线管道中由于自动产生的热运动通 常会出现许多弯曲和偏移现象。在 10 米以上的长直管道中应考虑允许膨胀的长度。 考虑到热水管道的膨胀可采用伸缩波纹管和膨胀管圈。穿过墙壁，地面和房顶的铜管 应能承受由于膨胀和收缩所产生的移动，可以通过将管子穿过套管或穿过固定在整个墙壁、 地面或房顶中的较大口径管子，或使用安置在墙两侧的伸缩接头。固定装置：所有
13、的管子都必须有牢固的支承。各种各样的固定架和托架以满足各种需求。铜管固定间距管子尺寸（O、D） 垂直管道间距 水平管道间距mmmm15.01.81.222.02.41.828.02.41.835.03.02.442.03.02.454.03.02.767.03.63.076.13.63.0108.03.63.0133.03.63.0159.04.23.6当管道在房顶处用悬勾固定时，支撑间距不能小于 12 米以避免摆动。热水管道中固定 支架和伸缩接头之间的距离由连接方式和连接件内的移动量所决定。管子如果通过两边两 个固定件，中间加一伸缩装置进行固定。如果伸缩联接的管套深度为 25mm 那么接头两
14、侧 的管子长度各为 12.5m，温差为 60（140） ， （伸缩接头内 1 毫米的移动量所允许的接头 和支点间的管长为 1 米） 。为了避免与加热管和热水总管联接的分路接头的断裂，将分支接头作为固定架使用较为合适。如果分路管与活动管联接，分路管应可以自由移动。在管子 和固定架之间应填入合适的衬料以防由于热膨胀所产生的擦伤。为了避免扭曲，所有的管 道必须校直。当管子固定于塑料蓄水池时这点尤为重要。在管子与水池的接口处应装有无 锐边的保护垫板或垫圈。空气阻塞和水击作用：空气阻塞现象可以通过合理设计和系统安装加以避免，并在注入水和以后的过程中促 使空气流动。管子应略微朝上通向水池。通气管或自动排气
15、阀的整个管道应尽可能下倾通 至排气口，来达到这一目的。埋入混凝土中的设施： 铜对饮用水具有良好的抗腐性，而且不会受普通水泥、混凝土或石灰粉的侵蚀，但铜 不应放入与酸性石灰粉，酸性水泥或焦碳混凝土接触之处。没有保护的铜管也不允许与水 泥添加剂，如泡沫氨基树脂，还有清洗液接触，因为它会渗入砂浆层侵蚀埋在地下的铜管。然而 Model Water Byelaws 不允许管子和管接头安置在石墙或地基中，除非它安装在很 容易外露之处或在装有易移动或更换的管套或管槽中。 由于混凝土的膨胀系数比铜小，民用热水系统中退火铜管的强度是用来承受由此而产 生的压应力，条件是，被埋水管内的水温不超过 60（140） ，水管固定点之间的距离不 超过 15 米。在这种情况下铜管安装在混凝土中上面盖满沙土和水泥，如果还装有符号 Model Water ByelawsC、D）要求的通道口，那就不会有什么问题。 供水温度超过 60（140）尤其是如果有分路管，那必须在固定结构内装有抗热膨 胀装置，小口径管（6-10mm）可以以蛇形状直接装在混凝土地基上，并涂有塑料保护层或 类似保护层以防混凝土粘附在金属管上
