管道（流体输送）

管道是管状截面或空心圆柱体，通常但不一定是圆形截面，主要用于输送可以流动的物质——液体和气体（流体）、浆液、粉末和大量小固体。也可用于结构应用；空心管的单位重量比实心构件硬得多。在常用的用法中，管道和管子这两个词通常可以互换，但在工业和工程中，这些术语是xxx定义的。根据制造的适用标准，管道通常由具有恒定外径(OD)的公称直径和定义厚度的时间表指定。管通常由外径和壁厚指定，但也可以由外径、内径(ID)和壁厚中的任意两个指定。管道通常按照几个国际和国家工业标准之一制造。虽然针对特定行业应用管材存在类似标准，但管材通常根据定制尺寸和更广泛的直径和公差制造。管道和管材的生产存在许多工业和政府标准。管子一词也常用于非圆柱形部分，即方形或矩形管子。一般来说，管道是世界上大部分地区更常用的术语，而管子在美国使用更广泛。管道和管子都意味着一定程度的刚性和持久性，而软管（或软管）通常是便携式和灵活的。管道组件几乎总是使用弯头、三通等配件来构造，而管道可以形成或弯曲成定制配置。对于不灵活、无法成型或结构受规范或标准控制的材料，管组件也可以使用管接头来构造。

• 水暖
• 自来水
• 灌溉
• 长距离输送气体或液体的管道
• 压缩空气系统
• 用于建筑项目的混凝土桩的套管
• 高温或高压制造工艺
• 石油工业：
  • 油井套管
  • 炼油设备
• 在过程工厂中从一个点到另一个点输送气体或液体流体
• 在食品或加工厂中将散装固体从过程中的一个点运送到另一个点
• 高压储存容器的建造（请注意，大型压力容器是用板建造的，而不是管，因为它们的壁厚和尺寸）。

此外，管道用于许多不涉及输送流体的目的。扶手、脚手架和支撑结构通常由结构管构成，尤其是在工业环境中。

金属管的制造分为三种工艺。热合金金属的离心铸造是最突出的工艺之一。球墨铸铁管通常以这种方式制造。无缝(SMLS)管是通过在穿孔杆上拉制实心坯料以在称为旋转穿孔的过程中形成空心壳来形成的。由于制造过程不包括任何焊接，无缝管被认为更坚固、更可靠。从历史上看，无缝管被认为比其他类型的耐压更好，并且通常比焊接管更容易获得。自1970年代以来，材料、过程控制和无损检测方面的进步，使得正确指定的焊管能够在许多应用中取代无缝管。焊管是通过卷板和焊缝（通常通过电阻焊（ERW）或电熔焊（EFW））形成的。可以使用刮刀从内表面和外表面去除焊缝飞边。也可以对焊接区进行热处理以使接缝不那么明显。焊管通常比无缝管具有更严格的尺寸公差，并且制造成本更低。有许多工艺可用于生产ERW管道。这些过程中的每一个都会导致钢部件聚结或合并成管道。电流通过必须焊接在一起的表面；由于被焊接在一起的部件会抵抗电流，因此会产生热量，从而形成焊缝。当强电流通过金属时，两个表面相连，形成熔融金属池；这些熔融金属池形成了将两个对接部件结合在一起的焊缝。ERW管由钢的纵向焊接制成。ERW管的焊接过程是连续的，而不是间隔焊接不同的部分。ERW工艺使用钢卷作为原料。高频感应技术(HFI)焊接工艺用于制造ERW管。在这个过程中，焊接管子的电流通过管子周围的感应线圈施加。在制造用于关键应用的管道时，HFI通常被认为在技术上优于“普通”ERW，例如用于能源领域的管道，以及管线管应用中的其他用途以及套管和油管。大直径管道（25厘米（10英寸）或更大）可以是ERW、EFW或埋弧焊(SAW)管道。有两种技术可用于制造比无缝钢管和ERW工艺生产的钢管更大的钢管。通过这些技术生产的两种管道是直缝埋弧焊（LSAW）管和螺旋埋弧焊（SSAW）管。LSAW通过弯曲和焊接宽钢板制成，最常用于石油和天然气行业应用。由于成本高，LSAW管道很少用于价值较低的非能源应用，例如输水管道。SSAW管是通过钢卷的螺旋（螺旋）焊接生产的，并且比LSAW管具有成本优势，因为该工艺使用线圈而不是钢板。像这样，在可接受螺旋焊的应用中，SSAW管可能优于LSAW管。LSAW管和SSAW管都在16”-24”的直径范围内与ERW管和无缝管竞争。用于流动的管材，无论是金属还是塑料，通常都是挤压成型的。

管道由多种材料制成，包括陶瓷、玻璃、玻璃纤维、许多金属、混凝土和塑料。过去，通常使用木材和铅（拉丁文plumbum，“管道”一词来源于此）。通常，金属管道由钢或铁制成，例如未加工的黑（漆）钢、碳钢、不锈钢、镀锌钢、黄铜和球墨铸铁。如果在高氧水流中使用，铁基管道会受到腐蚀。在铁与工作流体不相容或重量很重要的情况下，可以使用铝管或管材；铝也用于传热管，例如制冷系统。铜管在生活用水（饮用水）管道系统中很受欢迎；铜可用于需要传热的地方（即散热器或热交换器）。Inconel、铬钼和钛合金钢用于工艺和电力设施的高温和高压管道。在为新工艺指定合金时，铅管道仍然存在于旧的家用和其他配水系统中，但由于其毒性，不再允许用于新的饮用水管道安装。许多建筑规范现在要求住宅或机构设施中的铅管道更换为无毒管道，或者管道内部用磷酸处理。根据加拿大环境法协会的一位高级研究员和首席专家的说法，……[人类接触]没有安全的铅含量。1991年，美国EPA发布了铅和铜规则，这是一项联邦法规，限制了公共饮用水中允许的铅和铜的浓度，以及由于水本身引起的管道腐蚀的允许量。在美国，估计有6个。塑料管材因其重量轻、耐化学性、无腐蚀性和易于连接而被广泛使用。塑料材料包括聚氯乙烯（PVC）、氯化聚氯乙烯（CPVC）、纤维增强塑料（FRP）、增强聚合物砂浆（RPMP）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、交联高密度聚乙烯（PEX）例如，聚丁烯(PB)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。在许多国家，PVC管道占市政饮用水分配和废水总管埋地应用中使用的大多数管道材料。市场研究人员预测，2019年全球总收入将超过800亿美元。在欧洲，市场价值将达到约800亿美元。2020年127亿欧元管道可以由混凝土或陶瓷制成，通常用于重力流或排水等低压应用。污水管道仍然主要由混凝土或玻璃化粘土制成。钢筋混凝土可用于大口径混凝土管。这种管材可用于多种建筑，常用于雨水的重力流输送。通常这种管道会有一个接收罩或一个阶梯接头，在安装时采用各种密封方法。

管道尺寸可能会令人困惑，因为该术语可能与历史尺寸有关。例如，半英寸的铁管没有半英寸的任何尺寸。最初，半英寸管道的内径为1⁄2英寸（13毫米）——但它也有厚壁。随着技术的进步，更薄的壁成为可能，但外径保持不变，因此它可以与现有的旧管道配合，将内径增加到半英寸以上。铜管的历史也类似。在1930年代，管道以其内径和1⁄16英寸（1.6毫米）壁厚命名。因此，1英寸（25毫米）铜管的外径为1+1⁄8英寸（28.58毫米）。外径是与配件配合的重要尺寸。现代铜的壁厚通常小于1⁄16英寸（1.6毫米），所以内径只是名义上的，而不是控制尺寸。较新的管道技术有时会采用自己的尺寸系统。PVC管使用标称管道尺寸。管道尺寸由许多国家和国际标准规定，包括美国的API5L、ANSI/ASMEB36.10M和B36.19M，英国和欧洲的BS1600和BSEN10255。有两种常用的方法来指定管道外径(OD)。北美方法称为NPS（公称管道尺寸），基于英寸（也经常称为NB（公称孔径））。欧洲版本称为DN(DiametreNominal/NominalDiameter)，以毫米为单位。指定外径允许相同尺寸的管道装配在一起，无论壁厚如何。

• 对于小于NPS14英寸(DN350)的管道尺寸，两种方法都给出了四舍五入的OD标称值，与实际OD不同。例如，NPS2英寸和DN50是同一管材，但实际外径为2.375英寸或60.33毫米。获得实际OD的xxx方法是在参考表中查找。
• 对于NPS14英寸(DN350)和更大尺寸的管道，NPS尺寸是以英寸为单位的实际直径，DN尺寸等于NPS乘以25（不是25.4）四舍五入到50的方便倍数。例如，NPS14具有外径为14英寸或355.60毫米，相当于DN350。

由于外径对于给定的管道尺寸是固定的，因此内径将根据管道的壁厚而变化。例如，2附表80管的壁厚，因此内径小于2附表40管。钢管的生产已有约150年的历史。今天在PVC和镀锌中使用的管道尺寸最初是几年前为钢管设计的。数字系统，如Sch40、80、160，是很久以前设定的，看起来有点奇怪。例如，Sch20管道比Sch40更薄，但外径相同。虽然这些管道是基于旧的钢管尺寸，但还有其他管道，例如用于热水的cpvc，它使用管道尺寸的内部和外部，基于旧的铜管尺寸标准而不是钢。管道尺寸存在许多不同的标准，其流行程度因行业和地理区域而异。管道尺寸代号一般包括两个数字；一个表示外径(OD)或公称直径，另一个表示壁厚。在20世纪初，美国管道的尺寸是根据内径确定的。这种做法被放弃以提高与通常必须适合管道外径的管道配件的兼容性，但它对世界各地的现代标准产生了持久的影响。在北美和英国，压力管道通常由公称管道尺寸(NPS)和时间表(SCH)指定。管道尺寸由许多标准记录，包括美国的API5L、ANSI/ASMEB36.10M（表1）以及英国的BS1600和BS1387。通常，管道壁厚是受控变量，允许内径(ID)变化。管道壁厚的差异约为12.5%。在欧洲其他地区，压力管道使用与公称管道尺寸相同的管道ID和壁厚，但使用公制公制直径(DN)而不是英制NPS来标记它们。对于大于14的NPS，DN等于NPS乘以25。（不是25.4）这由EN10255（以前的DIN2448和BS1387）和ISO65:1981记录，通常称为DIN或ISO管道.日本有自己的一套标准管道尺寸，通常称为JIS管道。铁管尺寸(IPS)是一些制造商和遗留图纸和设备仍在使用的旧系统。IPS编号与NPS编号相同，但时间表仅限于StandardWall(STD)、ExtraStrong(XS)和DoubleExtraStrong(XXS)。对于NPS1/8至NPS10（含），STD与SCH40相同，并表示NPS12及更大的壁厚为0.375。对于NPS1/8至NPS8（含），XS与SCH80相同，并表示NPS8及更大的壁厚为0.500。XXS存在不同的定义，但它与SCH160不同。事实上，对于NPS1/8至6（含），XXS比SCH160厚，而对于NPS8和更大，SCH160比XXS厚。另一个旧系统是球墨铸铁管尺寸(DIPS)，它的外径通常比IPS大。用于住宅管道的铜管在美国遵循完全不同的尺寸系统，通常称为铜管尺寸(CTS)；见家庭供水系统。它的公称尺寸既不是内径也不是外径。用于管道应用的塑料管材，例如PVC和CPVC，也有不同的尺寸标准。农业应用使用PIP尺寸，代表塑料灌溉管。PIP的压力等级为22psi(150kPa)、50psi(340kPa)、80psi(550kPa)、100psi(690kPa)和125psi(860kPa)，通常提供6、8、10、12、15、18、21和24英寸（15、20、25、30、38、46、53和61厘米）。

压力管道的制造和安装受到ASMEB31规范系列的严格规定，例如B31.1或B31.3，它们以ASME锅炉和压力容器规范(BPVC)为基础。该守则在加拿大和美国具有法律效力。欧洲和世界其他地区有相同的代码系统。压力管道通常是必须承受大于10到25个大气压的压力的管道，尽管定义有所不同。为确保系统安全运行，压力管道的制造、储存、焊接、测试等必须符合严格的质量标准。管道的制造标准通常要求对每一炉管进行化学成分测试和一系列机械强度测试。一根管子都是由同一块铸锭锻造而成，因此具有相同的化学成分。机械测试可能与许多管道相关联，它们都来自相同的热量并经过相同的热处理过程。制造商执行这些测试并在工厂可追溯性报告中报告成分，并在材料测试报告中报告机械测试，这两者均由首字母缩写词MTR表示。带有这些相关测试报告的材料称为可追溯材料。对于关键应用，可能需要对这些测试进行第三方验证；在这种情况下，独立实验室将出具认证材料测试报告(CMTR)，一些广泛使用的管道标准或管道类别是：

• API范围-现在是ISO3183。例如：API5LB级-现在是ISOL245，其中数字表示屈服强度，单位为MPa
• ASMESA106B级（高温用无缝碳钢管）
• ASTMA312（无缝和焊接奥氏体不锈钢管）
• ASTMC76（混凝土管）
• ASTMD3033/3034（PVC管）
• ASTMD2239（聚乙烯管）
• ISO14692（石油和天然气工业。玻璃增强塑料(GRP)管道。资格和制造）
• ASTMA36（结构或低压用碳钢管）
• ASTMA795（消防喷淋系统专用钢管）

API5L在2008年下半年从第43版更改为第44版，以使其与ISO3183相同。重要的是要注意，该更改产生了要求酸性服务、ERW管道通过氢致开裂（HIC)根据NACETM0284进行测试，以便用于酸性服务。

• ACPA[美国混凝土管协会]
• AWWA[美国自来水工程协会]
• AWWAM45

管道安装通常比材料更昂贵，并且已经开发了各种专门的工具、技术和零件来帮助实现这一点。管道通常以管棒或管道长度（通常为20英尺（6.1m），称为单个随机长度）的形式交付给客户或工地，或者它们与弯头、三通和阀门一起预制成预制的管段[管段是一块预先组装好的管道和配件，通常在车间准备，以便在施工现场安装更有效。]。通常，小于2英寸（5.1厘米）的管道不是预制的。管子通常用条形码标记，并且末端被盖上（塑料）以进行保护。在大型商业/工业作业中，管子和管子被运送到仓库，它们可以存放在室内或网格堆放场中。取回、放置、装配管道或管段，然后将其提升到位。在大型加工作业中，升降机是使用起重机和起重机以及其他物料升降机制造的。它们通常使用梁夹、带子和小型起重机在钢结构中临时支撑，直到管支撑被连接或以其他方式固定。用于安装小型管道（螺纹端）的工具的一个示例是管钳。小管通常不重，可以由安装工人将其抬升到位。然而，在工厂停运或停工期间，也可以预制小（小口径）管道以加快停运期间的安装。管道安装后将进行泄漏测试。在测试之前，可能需要通过吹空气或蒸汽或用液体冲洗来清洁它。

如果管道内部被碎屑或污垢污染，则可以使用管道清洁过程清洁管道内部。这取决于管道将用于的过程以及该过程所需的清洁度。在某些情况下，使用正式称为管道检测仪或清管器的位移设备清洁管道；或者，可以使用泵送通过的专用溶液对管道或管道进行化学冲洗。在某些情况下，在管道和管材的制造、储存和安装过程中已采取谨慎措施，使用压缩空气或氮气将管线吹干净。

管材广泛用于制作扶手、护栏、栏杆。

钢管（或黑铁管）曾经是供水和可燃气体供应最流行的选择。钢管仍在许多家庭和企业中用于输送天然气或丙烷燃料，并且由于其高耐热性而成为消防喷淋系统的热门选择。在商业建筑中，钢管用于将加热或冷却水输送到热交换器、空气处理器、可变风量(VAV)设备或其他HVAC设备。钢管有时使用螺纹连接进行连接，其中锥形螺纹（参见NationalPipeThread）被切入管段的末端，密封剂以螺纹密封化合物或螺纹密封胶带（也称为PTFE或Teflon胶带）的形式应用)，然后使用两把管扳手将其拧入相应的螺纹配件中。除了家用或轻型商业环境之外，钢管通常通过焊接或使用Victaulic或AnvilInternational（前Grinnell）等公司制造的机械接头连接在一起，这些接头通过压入或切割的凹槽（一种很少使用较旧的做法），进入管道的末端。钢管的其他变体包括各种不锈钢和铬合金。在高压情况下，这些通常通过TIG焊接连接。在加拿大，对于天然气(NG)和丙烷(LP气体)，通常使用黑铁管(BIP)将设备连接到电源。然而，它必须被标记（涂上黄色或以特定间隔连接的黄色条带）并且某些限制适用于可以穿过墙壁和建筑物的标称管道尺寸（NPS）。特别是丙烷，BIP可以从外部储罐（或钢瓶）运行，前提是它可以很好地抵御天气影响，并且当管道安装在地下时，可以使用阳极型防腐蚀保护装置。

铜管最常用于供应热水和冷水，并用作HVAC系统中的制冷剂管线。有两种基本类型的铜管，软铜和硬铜。铜管使用喇叭口连接、压缩连接或焊料连接。铜提供高水平的耐腐蚀性，但变得非常昂贵。

软（或延展性）铜管可以很容易地弯曲以绕过管道路径中的障碍物。虽然用于调整管材尺寸的拉拔工艺的加工硬化使铜变硬/变硬，但仔细退火以使其再次变软；因此，它比未退火的刚性铜管的生产成本更高。它可以通过用于刚性铜的三种方法中的任何一种进行连接，并且它是xxx适用于扩口连接的铜管类型。软铜是分体式空调和热泵中制冷剂管路的最受欢迎选择。

扩口连接需要使用扩口工具将管段的末端以钟形向外展开。然后，喇叭形螺母将这个钟形端压到公接头上。火炬连接是一种劳动密集型的连接方法，但在多年的过程中非常可靠。

硬铜是水线的流行选择。它使用汗液、压缩或压接/压接连接。硬铜，由于拉丝工艺的加工硬化而坚硬，不能弯曲，必须使用弯头配件才能绕过角落或绕过障碍物。如果加热并使其缓慢冷却（称为退火），则刚性铜会变软，并且可以弯曲/成型而不会开裂。

焊接接头很光滑，很容易滑到管段的末端。彻底清洁管道或管道连接器的公端和母端，然后涂上助焊剂，以确保没有表面氧化物，并确保焊料与基底金属正确结合。然后使用焊炬加热接头，并将焊料熔化到接头中。当焊料冷却时，它会形成一种非常牢固的粘合，可以持续数十年。焊接连接的刚性铜是现代建筑中供水线最受欢迎的选择。在必须同时进行许多连接的情况下（例如新建筑物的管道），焊料提供比压缩或喇叭配件更快且更便宜的细木工。有时会使用“出汗”一词来描述焊接管道的过程。

压缩配件使用软金属或热塑性塑料环（压缩环或套圈），通过压紧螺母将其挤压到管道上并进入配件。软金属贴合管道和接头的表面，形成密封。压缩连接通常没有汗水连接提供的长寿命，但在许多情况下是有利的，因为它们很容易使用基本工具制作。压缩连接的一个缺点是它们的制作时间比汗水要长，并且有时需要随着时间的推移重新拧紧以阻止泄漏。

压接或压接使用特殊的铜配件，这些配件通过电动压接器xxx连接到刚性铜管上。内部已使用密封剂制造的特殊配件在要连接的管道上滑动。每平方英寸数千磅的压力用于使接头变形并将密封剂压缩到内部铜管上，从而形成防水密封。这种方法的优点是：

• 正确压接的连接应与管道一样长。
• 与其他方法相比，完成所需的时间更少。
• 它在外观和用于连接的材料上都更干净。
• 连接过程中不使用明火。

缺点是：

• 所使用的配件比汗水型配件更难找到，而且成本要高得多。
• 配件不可重复使用。如果需要更改设计或发现接头有缺陷或压接不当，则必须将已安装的配件剪掉并丢弃。此外，移除接头所需的切割通常会留下足够的管道来安装新接头，因此需要在替换接头的任一侧安装耦合器和额外的管道。而使用焊接接头，有缺陷的接头可以重新焊接，或者如果需要进行微小的改动，可以加热和转动，或者加热和移除而不需要切掉任何管道。这也允许重新使用更昂贵的配件，如阀门，如果它们在其他方面处于良好的新状态，如果配件是卷曲的，这是不可能的。
• 工具的成本非常昂贵。截至2016年，用于焊接典型单户住宅的所有铜管（包括燃料和焊料）所需的基本工具包的价格约为200美元。相比之下，一个基本的电动压接工具的最低成本约为1800美元，而拥有全套压接模具的更好品牌的最低成本可能高达4000美元。

有时使用铝，因为它的成本低、耐腐蚀和耐溶剂，以及它的延展性。铝管比钢更适合运输易燃溶剂，因为它在操作时不会产生火花。铝管可以通过扩口或压缩配件连接，也可以通过TIG或螺旋弧工艺焊接。

钢化玻璃管用于特殊应用，例如腐蚀性液体、医疗或实验室废物或制药。通常使用专门的垫圈或O形圈配件进行连接。

塑料管件包括PVC管件、PP/PPH管件模具、PE管和ABS管件。