沟槽式管道连接方式在循环冷却水系统中的应用

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沟槽式（卡箍）管道连接方式在建筑给水排水系统中的应用已有一定的时间。它广泛运用生活给水系统的不锈钢管、铜管和钢塑复合管以及排水管道系统的连接，特别是在消防给水管道系统中的运用已得到实践的认可。而沟槽式管道连接方式对循环冷却水系统来说，其运用也具有一定的优势，由于国内的工程应用处于起步阶段，且冷却水管道系统有其自身的特点，在具体的应用中需要注意一些新的问题。

1           沟槽式管道系统的特点 

沟槽式连接具有安装快速简易、安全可靠、经济、环保、不受场地限制、维护方便的优点。它可应用于输送流体管道的给排水、消防、空调、化工、造船等管道工程。

沟槽式接头和管件均有标准件，现场的安装速度可大大提高，避免了现场的电焊和再镀锌等后续工艺。采用标准加工的连接方式，施工的精度提高，保证了安装质量。安装只需紧固螺栓就可完成。接头的工种压力可达可达2.5MPa，真空度为0.08MPa，工作温度为-30℃～145℃.接头内部采用的是橡胶密封垫圈，其中心空腔在内水的水压力作用下与管壁紧密接触，起密封作用，管内的压力越大其密封效果越好。在经济上，沟槽式接头配管系统比传统的焊接法兰连接工程量少，可节约10%～20%的工程施工费用；此外，沟槽式接头与法兰接头所占空间的面积比约为2：3，相对增加了建筑面积的使用率。沟槽接头的橡胶密封圈和管端连接处可以阻断噪声并防止振动传递。无明火安装工艺，可以免去焊接时有火灾的危险，有利于工地的防火安全和环境卫生。沟槽接头的拆卸方便还便于今后的维护管理。

沟槽式接头有刚性接头和挠性接头。挠性接头是一种柔性接头，它用于相邻管端允许有一定量的相对角变位和轴向转动，允许角变位于管径相关，但不允许有轴向线位移。其管端连接时可采用支管接头，有机械三通和机械四通两种类型。 

2  循环冷却水系统对管道系统的要求

循环冷却水系统主要为空调系统（HAVC）服务的。当空调系统采用水冷时，需要采用水来带走冷冻机产生的热量。建筑给排水从节水和节能的角度出发，将冷却水的供应采用了循环供水的方式。循环冷却水系统带走的热量直接影响到制冷系统的效果。在循环冷却水系统中，除了冷却塔、水质和水量外，管道系统的优劣直接决定了冷却的效果。

建筑空调系统的循环冷却水的水温一般在30℃～40℃之间。因流量较大，其管径也较消防给水管大。冷却水管的水压相对较低，其工作压力是系统所承受的压力而不是水泵的扬程。冷却水管道系统的允许时间与冷冻机组的允许时间相同，可能是季节性使用，管道要考虑水的放空、再充满的工况。冷却水的水质相对于生活用水要差些，循环冷却水需要加药处理、管道预膜，其水质从某种程度上来看是不确定的。

基于循环冷却水的以上特点，其管道系统要求连接方式需要考虑温度、水压、耐腐蚀、间隙使用的要求。还需要考虑到随管径的增大，在一些常规的施工安装技术措施上可能发生新的变化。 

3        沟槽式管道连接方式应用的可行性 

沟槽式管道连接方式在国外应用非常广泛，有给水排水、消防、采暖通风、石油、化工、煤气、电力、冶金、矿山、造船等管道连接工程。在八十年代处的一些大型沟槽连接项目中，沟槽连接产品已用于空调系统，应用管径最大到1067mm（42英寸），如蒙特利尔体育馆的冷冻水系统。在2002年10月完工的新加坡艺术中心项目中，沟槽连接用于泵房、冷冻机、冷凝水、冷却塔的不锈钢管道的连接，其管径从200mm到500mm。香港新机场的循环冷却水管采用的沟槽管件的最大直径为DN900。国内的上海金茂大厦也将其用于消防、给水、热水、空调管道。

从国内的规范来看，有国家和行业标准《沟槽式接头》（GB5135.11、CJ/T156-2001）、中国工程建设标准化协会标准《沟槽式连接管道工程技术规程》（CECS151:2003）。沟槽式管道连接方式适用于DN20~DN600、温度不超过80℃的生活和生产冷、热水及消防给水等钢管工程。现行的《建筑给水排水设计规范》和《采暖通风与空气调节设计规范》对循环冷却水管道的连接方式未做具体的规定。因此，在管径不大于DN600的情况下，采用沟槽连接方式是有依据的。

在循环冷却水系统中采用沟槽式管道连接方式，除了安装速度提高、管道开槽方便外，它可节省安装的空间，便于拆卸调整。它还适用于处理管道的膨胀、收缩、偏转现象，可以减少或消除震动，吸收膨胀和收缩。

4  循环冷却水系统中沟槽式连接的技术措施 

循环冷却水管采用镀锌钢管或涂塑钢管可避免每年的管道清洗，以去除管道内的泥污、浮锈，减少了管道酸洗、预膜带来的费用。从而提高了热效值的利用。在镀锌钢管的连接中，采用沟槽式管道连接方式相对于法兰连接、焊接有明显的技术和经济优势，但由于其采用的管径较大，需要从设计和安装的角度采取一些不同的技术措施来保证连接的质量。

 4.1 设计的技术措施

（1）设计管材的要求

循环冷却水管道系统的材料包括管材、管件、沟槽连接件等。管材和连接件之间的配套显得极为重要。由于冷却水量大的特点，其管道的口径也相对要大，管材—般采用热镀锌的卷板钢管、直缝钢管、无缝钢管，但焊接钢管的焊缝突出，不利于管道的压槽。从沟槽连接的方式来看，建议设计选择的排序是热镀锌的无缝钢管、直缝钢管、卷板钢管。由于沟槽连接的规格对应的是管道的外径，故在采用国内的沟槽管件时管材应符合相应的国家标准。镀锌焊接钢管应符合《低压流体输送用镀锌焊接钢管》GB／T3091的规定，焊接钢管再镀锌的钢管应符合《低压流体输送用焊接钢管》GB／T3092的规定，无缝钢管应符合《输送流体用无缝钢管》GB／T8163的规定，不锈钢管应符合《流体输送用不锈钢无缝钢管》 GB／T14976的规定，涂塑镀锌焊接钢管和涂塑无缝钢管应符合《给水涂塑复合钢管》 (CJ／T120)的规定，衬塑镀锌焊接钢管和衬塑无缝钢管应符合现行行业标准《给水衬塑复合钢管》(CJ／T136)的。沟槽连接方式对钢管还需要有—个最小壁厚的要求。

 （2）沟槽管件的要求

沟槽管件的工作压力一般都能满足冷却水系统的承压要求。但在橡胶密封材料上应加以重视。循环冷却水的季节性运行，要求橡胶材料抗疲劳；冷却水的加药处理，要求橡胶材料抗老化。这两个因素是必须考虑的。对循环冷却水系统来说，建议采用合成橡胶或硅橡胶。

（3）刚挠性连接

沟槽连接的刚性和挠性连接方式对循环冷却水都是必要的。循环冷却水系统不同于消防给水系统，其管径大、受力的面积也大，它需要考虑管道内压力的变化、水锤的冲击，设置必要的挠性接头。在管段上每4~5个连续的刚性接头间应设置1个挠性接头，对于有温度补偿功能的弯管、折线形管道应在其产生角变位的管段上采用挠性接头。

挠性接头特别适用于泵房内的安装，它可大大减少噪声和震动，导致震动衰减，使整套系统得到抗震保护。

（4）机械连接的设置

在立管上设置支管时应采用沟槽式管件，不应采用机械三通。当横管上设置支管时，可采用支管接头连接，但支管的管径不得太大且不能随意使用。这是因为支管接头的强度要低于标准规格的沟槽三通、四通等管件，其钻空的精度要求也较高。

4.2   安装的技术措施 

4.2.1  支架形式选择

管道支架(吊架)是循环冷却水管道系统中安装的重要问题之—。采用沟槽管道连接的循环冷却水管道，其支(吊)架系统不但要支撑管道重量，还要承受管道试压和冷却水工作状态下水压、温度变化产生的轴向力和位移。冷却水管系统本身的压强并不如消防给水大，但其管径的作用面积很大，最终作用在支架上的压力是很大的。例如，上海某办公楼的安装中，设计考虑到建设周期紧张并为减小管道的留洞尺寸，在循环冷却水管道上采用了沟槽式连接方式。但安装冷却水管道中均采用于活动支架，管道仅靠5cm宽的钢板压在管道的上部。由于冷却水的管道为DN600、长度达80m，当在管道试压到一半时，管道吸水的压力过大：出现了沟槽的接口移位。因此，支(吊)架的位置、间距和类型(滑动支架、固定支架)对冷却水管道的沟槽连接是极为重要的。

沟槽连接的支架设置应符合下列要求：立管支架(管卡)在楼层高度不大于5m时，每层必须安装1个支架；在楼层高度大子5m时，每层不少于2个支架。横管上的吊(托)架在每一直线管段上必须设置1个；直线管段上2个吊架的间距应小于规范的要求。

特别要注意的是，循环冷却水管道系统中应设有足够的固定支架(吊架)。其主要位置是进水立管的底部、立管接出支管的配件部位、立管因自由长度较长而需要支撑重量的部位、横管接出支管与支管接头和配件连接的部位、需要控制管道伸缩等部位。

4.2.2   施工质量的控制

在事前控制中，对进场的管道进行检查。国内—些管材在运输的途中可能出现挤压，现场主要检查其壁厚、不圆整度。不圆整度检测可在管道上将截面分成8等分，测量4条直线的尺寸，进行对比。在防止大口径管材运输变形方面，韩国对钢管运输采用内设十字架的方式以防止管道受压变形。同时也需抽查沟槽管件和螺栓的材料性能。

在过程控制中，沟槽的加工十分重要，施工应严格按操作规程的顺序进行。注意不能滚槽过快，否则会损伤管道和镀锌层；滚槽也不能太深，需按设定的限位控制，以防止影响管道的强度；在滚槽的过程中，管道要保持水平，严格防止管道出现纵向位移和角位移。

在沟槽加工的部位出现破损性裂缝时，应将该部分切割掉重新加工沟槽。若出现的表面裂纹，经金属探伤后确认不影响强度的情况下，对该部位进行防腐处理后才可安装。在加工沟槽中发现的管内外的镀性层的开裂、掉皮损伤，这与管道材质、镀锌质量和滚槽速度等有关。在局部出现这种情况时，也可在出现部位喷涂红丹两道再喷锌处理。

安装中，沟槽式管件的凸边应卡进沟槽的位置后再紧固螺栓，两边的螺栓应同时紧固。橡胶密闭圈应无破损和变形，若紧固时发现橡胶密闭圈起皱应更换新的橡胶圈。严格按严格规范设置固定支（吊）架或滑动支（吊）架。

在冷却塔和机房的安装中，总管的尾部可采用沟槽式接头的盲板，以便于设备扩容时的拆卸。

一旦沟槽连接方式在工程中出现问题，可从管材产品、沟槽管件、施工方法这三方面先去找问题。虽然沟槽管件采用的螺栓少于法兰连接，但对于安装出现误差的差错概率也相应减少。