วัสดุท่อส่งก๊าซ: คู่มือฉบับสมบูรณ์ในการเลือกตัวเลือกที่เหมาะสม

เหตุใดการเลือกวัสดุจึงเป็นการตัดสินใจที่ปลอดภัย

ท่อส่งก๊าซประกอบด้วยสารที่มีพลังงานหนาแน่นที่สุดชนิดหนึ่งที่ส่งผ่านอาคารหรือโครงการโครงสร้างพื้นฐาน ผลที่ตามมาของความล้มเหลวของวัสดุ ไม่ว่าจะจากการกัดกร่อน การแยกส่วน หรือความเสียหายทางกล มีความรุนแรงมากพอที่เขตอำนาจศาลส่วนใหญ่ไม่มีที่ว่างสำหรับการแสดงด้นสด การเลือกวัสดุสำหรับการวางท่อแก๊สจะขึ้นอยู่กับรหัส ไม่ใช่การกำหนดลักษณะ

ในประเทศสหรัฐอเมริกา NFPA 54, รหัสก๊าซเชื้อเพลิงแห่งชาติ กำหนดวัสดุท่อที่อนุญาตให้ติดตั้งก๊าซธรรมชาติ ครอบคลุมข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุ พิกัดแรงดัน วิธีการต่อ และสภาพแวดล้อมการติดตั้ง การแก้ไขในท้องถิ่นมักจำกัดเนื้อหาบางอย่างเพิ่มเติม ก่อนที่จะระบุวัสดุใดๆ จะต้องศึกษารหัสที่เกี่ยวข้องสำหรับที่ตั้งโครงการ

อย่างไรก็ตาม วัสดุท่อส่งก๊าซหลัก 5 ชนิด ได้แก่ เหล็ก เหล็กดำ CSST เอชดีพีอี และทองแดง ต่างก็มีบทบาทที่กำหนดไว้ในตลาดตามคุณสมบัติทางกายภาพ การทำความเข้าใจว่าอะไรขับเคลื่อนบทบาทเหล่านั้นคือสิ่งที่แยกข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุออกจากการคาดเดาวัสดุ

เหล็กและท่อเหล็กดำ: มาตรฐานแรงดันสูง

เหล็กยังคงเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการส่งก๊าซแรงดันสูงและท่อจ่ายไฟหลักที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ความต้านทานแรงอัดและแรงดึงช่วยให้สามารถรับมือกับแรงกดดันในการทำงานที่อาจเปลี่ยนรูปหรือทำให้วัสดุทางเลือกที่เป็นพลาสติกแตกได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งท่อเหล็กเชื่อมจะสร้างข้อต่อโดยไม่มีตัวเชื่อมต่อทางกล การเชื่อมจะต่อเนื่องกับผนังท่อ ขจัดจุดรั่วทั่วไปโดยสิ้นเชิง

ท่อเหล็กดำ เป็นตัวแปรที่เห็นได้ทั่วไปในการใช้งานก๊าซภายในที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ เหล็กเหนียวทางเทคนิคที่มีพื้นผิวเหล็กออกไซด์ตามธรรมชาติมากกว่าการเคลือบสังกะสี เกลียวได้สะอาด สร้างการเชื่อมต่อสุญญากาศด้วยสารโดปท่อหรือเทป PTFE และรับมือกับแรงกดดันที่สูงกว่าระดับอุปทานที่อยู่อาศัยทั่วไปได้ ความรับผิดหลักคือการกัดกร่อน: เหล็กดำจะเกิดสนิมเมื่อสัมผัสกับความชื้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เหล็กดำถูกจำกัดอยู่เฉพาะการติดตั้งภายในหรือเหนือพื้นดินซึ่งมีการควบคุมความชื้น

เหล็กชุบสังกะสีช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กธรรมดาผ่านการเคลือบสังกะสี ทำให้สามารถใช้งานได้กับภายนอกอาคารบางประเภท อย่างไรก็ตาม ชั้นสังกะสีจะเสื่อมสลายไปตามกาลเวลา และเมื่อแตก ท่อก็จะสึกกร่อนจากด้านใน รหัสสมัยใหม่หลายฉบับจำกัดการใช้เหล็กชุบสังกะสีในการให้บริการแก๊ส และเป็นสิ่งต้องห้ามในเขตอำนาจศาลบางแห่งโดยสิ้นเชิง หากได้รับอนุญาต จะต้องมีการตรวจสอบเป็นระยะซึ่งผู้ปฏิบัติงานมักละเลย

ข้อจำกัดในทางปฏิบัติของเหล็กทั้งสองรุ่นคือแรงงาน การกลึงเกลียว การตัด และการประกอบท่อเหล็กแข็งนั้นต้องใช้เวลาและทักษะสูง ในโครงการเชิงพาณิชย์หรืออุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ต้นทุนค่าแรงนี้จะถูกดูดซับโดยข้อกำหนดขนาดและแรงดันของระบบ ในงานที่อยู่อาศัย มักจะแนะนำการตัดสินใจเลือกทางเลือกอื่น

ท่อสแตนเลสลูกฟูก (CSST): ความยืดหยุ่นสำหรับการติดตั้งสมัยใหม่

CSST เริ่มมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในช่วงทศวรรษปี 1990 และเปลี่ยนท่อก๊าซสำหรับที่อยู่อาศัยโดยการเปลี่ยนท่อแบบแข็งด้วยท่อสแตนเลสแบบมีปลอกหุ้มที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งสามารถดึงผ่านโพรงผนัง และเดินรอบๆ กรอบโดยไม่ต้องติดตั้งอุปกรณ์ทุกครั้ง ข้อต่อที่น้อยลงส่งผลให้มีจุดรั่วไหลน้อยลง การติดตั้งเร็วขึ้น และค่าแรงที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเหล็กสีดำแบบเกลียว

วัสดุนี้เหมาะสมอย่างยิ่งกับบริเวณที่เกิดแผ่นดินไหว ในกรณีที่ระบบท่อที่มีความแข็งสามารถแตกหักได้ที่ข้อต่อระหว่างการเคลื่อนที่ของพื้นดิน CSST จะดูดซับการเคลื่อนตัวผ่านความยืดหยุ่น ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีส่วนทำให้เกิดการนำไปใช้ในแคลิฟอร์เนียและญี่ปุ่น ได้รับการอนุมัติสำหรับการใช้งานทั้งภายในและภายนอก (มีแจ็คเก็ต)

ข้อแม้ทางวิศวกรรมที่สำคัญของ CSST คือความเสี่ยงต่อการเกิดไฟฟ้าลัดวงจร ผนังลูกฟูกนั้นบางกว่าท่อที่แข็ง และฟ้าผ่าในบริเวณใกล้เคียงสามารถสร้างส่วนโค้งทางไฟฟ้าที่เจาะท่อได้ ผู้ผลิต CSST รายใหญ่ทุกรายและ NFPA ต้องการในขณะนี้ การเชื่อม CSST กับระบบสายดินของอาคาร . CSST ที่ถูกผูกมัดอย่างไม่เหมาะสมได้รับการระบุว่าเป็นสาเหตุของเพลิงไหม้โครงสร้างภายหลังเหตุการณ์ฟ้าผ่า การปฏิบัติตามข้อกำหนดการติดพันธะนั้นไม่สามารถต่อรองได้ และการติดตั้ง CSST รุ่นเก่าควรได้รับการประเมินสำหรับความเสี่ยงนี้

HDPE: มาตรฐานท่อส่งก๊าซใต้ดิน

โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงกลายเป็นวัสดุหลักในการจำหน่ายก๊าซใต้ดินทั่วโลก และเหตุผลมีรากฐานมาจากทั้งด้านวัสดุศาสตร์และเศรษฐศาสตร์การติดตั้ง HDPE ไม่เป็นสนิม ไม่มีปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้ากับดิน น้ำใต้ดิน หรือก๊าซที่นำพา และไม่จำเป็นต้องมีระบบป้องกันแคโทด ซึ่งเป็นต้นทุนที่สำคัญและการบำรุงรักษาสำหรับเหล็กฝัง

ข้อได้เปรียบทางเทคนิคที่กำหนดของ HDPE ในการให้บริการก๊าซคือวิธีการเชื่อมต่อ การเชื่อมแบบ Butt fusion และ electrofusion จะทำความร้อนที่ปลายท่อและข้อต่อจนถึงจุดหลอมเหลวของโพลีเอทิลีน และกดเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดรอยต่อที่ ต่อเนื่องระดับโมเลกุลกับผนังท่อ . ข้อต่อไม่ต้องอาศัยเกลียว ปะเก็น หรือกาว เนื่องจากโครงสร้างไม่สามารถแยกความแตกต่างจากตัวท่อได้ อัตราการรั่วไหลของระบบ HDPE ที่หลอมรวมอย่างเหมาะสมจะเข้าใกล้ศูนย์ตลอดอายุการออกแบบของการติดตั้ง

ท่อก๊าซ HDPE จำแนกตามลักษณะของมัน SDR (อัตราส่วนขนาดมาตรฐาน) - อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกต่อความหนาของผนัง ค่า SDR ที่ต่ำกว่าหมายถึงผนังที่หนาขึ้นและพิกัดแรงดันที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น ท่อ SDR 11 มีระดับความดันประมาณ 100 psi ที่ 73°F สำหรับวัสดุ PE4710 ซึ่งครอบคลุมช่วงการทำงานของระบบจำหน่ายก๊าซธรรมชาติเกือบทั้งหมด ท่อก๊าซ HDPE ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น สูงสุดถึง DN1200 มม. ใช้ในการจ่ายก๊าซหลักในเขตเทศบาลและงานอุตสาหกรรม ซึ่งความต้องการความสามารถในการไหลตรงกับประสิทธิภาพโครงสร้างของวัสดุ

ข้อจำกัดประการหนึ่งของ HDPE สำหรับการให้บริการก๊าซคือการสัมผัสรังสียูวี โพลีเอทิลีนสลายตัวภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลตเป็นเวลานาน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมท่อก๊าซ HDPE จึงได้รับการอนุมัติสำหรับการติดตั้งแบบฝัง และจะต้องได้รับการปกป้องหรือป้องกันในบริเวณที่ท่อเปลี่ยนเหนือพื้นดิน สำรวจของเรา ท่อ HDPE ออกแบบเพื่อการจ่ายก๊าซธรรมชาติโดยเฉพาะ มีจำหน่ายในเกรดและเส้นผ่านศูนย์กลาง SDR สำหรับการกระจายที่อยู่อาศัยและโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ของเทศบาล

เมื่อจับคู่กับอุปกรณ์ที่เหมาะสม ระบบแก๊ส HDPE ก็ได้รับการบูรณาการอย่างสมบูรณ์ ของเรา อุปกรณ์ HDPE สำหรับการเชื่อมต่อระบบแก๊ส รวมถึงข้อต่ออิเล็กโตรฟิวชัน ที ข้อศอก และข้อต่อเปลี่ยนขนาดเพื่อให้ตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อมาตรฐานทุกขนาด

ทองแดงและวัสดุพิเศษ

ทองแดงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวางท่อก๊าซในการใช้งานในที่พักอาศัยจนถึงกลางศตวรรษที่ 20 และยังคงได้รับอนุญาตในเขตอำนาจศาลบางแห่ง โดยหลักแล้วสำหรับระบบก๊าซธรรมชาติและโพรเพนแรงดันต่ำ มีน้ำหนักเบา ทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ และใช้งานง่ายในพื้นที่แคบ ข้อต่อทองแดงได้รับการบัดกรีหรือบัดกรี ทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่สะอาดและทนทานโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือทำเกลียว

ข้อจำกัดที่สำคัญสำหรับทองแดงในการให้บริการก๊าซคือปฏิกิริยากับไฮโดรเจนซัลไฟด์ ก๊าซธรรมชาติที่จัดหาโดยระบบสาธารณูปโภคบางแห่งมีไฮโดรเจนซัลไฟด์ในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งทำปฏิกิริยากับทองแดงจนเกิดเป็นคอปเปอร์ซัลไฟด์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้ผนังท่อและข้อต่อเสื่อมคุณภาพลงเรื่อยๆ ก่อนที่จะระบุทองแดงสำหรับการใช้งานก๊าซ ผู้จำหน่ายก๊าซควรยืนยันว่าก๊าซที่จัดส่งนั้นปราศจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ หลายรัฐของสหรัฐอเมริกา รวมถึงแคลิฟอร์เนีย ห้ามทองแดงสำหรับท่อก๊าซธรรมชาติโดยสิ้นเชิง โดยไม่คำนึงถึงองค์ประกอบของก๊าซ

ท่อคอมโพสิตอลูมิเนียมพลาสติก (PEX-AL-PEX) เป็นตัวเลือกพิเศษที่รวมการบุโพลีเอทิลีนและชั้นนอกเข้ากับท่อกลางอะลูมิเนียม มีการขยายตัวทางความร้อนต่ำ ต้านทานการเสื่อมสภาพของรังสียูวี และมีรูปแบบกึ่งแข็งที่ติดตั้งได้ง่ายกว่าโลหะแข็ง การใช้งานในบริการก๊าซมีจำกัดและเฉพาะเขตอำนาจศาล โดยทั่วไปจะมีการระบุไว้สำหรับการทำความร้อนแบบไฮโดรนิกและน้ำในบ้าน

การเปรียบเทียบวัสดุท่อส่งก๊าซ

วิธีการเลือกวัสดุท่อก๊าซให้เหมาะสม

ตัวแปรสามตัวจะกำหนดวัสดุที่ถูกต้องสำหรับโครงการท่อส่งก๊าซ ทำงานตามลำดับและตัวเลือกจะแคบลงอย่างรวดเร็ว

1. สภาพแวดล้อมการติดตั้ง การวิ่งใต้ดินจะกำจัดเหล็กและ CSST ออกจากการพิจารณาในกรณีส่วนใหญ่ เนื่องจากโปรไฟล์การกัดกร่อนและประเภทข้อต่อไม่เหมาะกับงานฝังดิน HDPE เป็นมาตรฐานสำหรับการจ่ายก๊าซแบบฝังทั่วโลก และข้อต่อแบบหลอมเป็นเพียงตัวเลือกเดียวที่เชื่อถือได้สำหรับการเดินใต้ดินระยะไกล การใช้งานภายในเหนือพื้นดินคือจุดที่เหล็กดำ, CSST และทองแดงแข่งขันกัน

2. แรงดันใช้งาน โดยทั่วไปการจ่ายก๊าซที่อยู่อาศัยจะทำงานที่ความดันระหว่าง 0.25 psi (ความดันต่ำ) และ 2 psi (ความดันปานกลาง) ภายในอาคาร เหล็กสีดำและ CSST ต่างก็จัดการกับช่วงเหล่านี้ได้อย่างสะดวกสบาย สายส่งแรงดันสูง — ทำงานที่สิบหรือหลายร้อย psi — ต้องใช้เหล็กหรือ HDPE เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่มีระดับ SDR ที่เหมาะสม

3. ข้อกำหนดด้านรหัสท้องถิ่นและสาธารณูปโภค การเลือกใช้วัสดุที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างพิถีพิถันที่สุดนั้นไร้ค่าหากไม่ผ่านการตรวจสอบ ตรวจสอบรายการวัสดุที่ได้รับอนุญาตกับหน่วยงานท้องถิ่นที่มีเขตอำนาจศาล (AHJ) และหน่วยงานด้านก๊าซทุกครั้งก่อนซื้อวัสดุ เขตอำนาจศาลบางแห่งจำกัดการใช้ทองแดง คนอื่นห้ามใช้เหล็กชุบสังกะสี บางส่วนได้เพิ่มข้อกำหนดการเชื่อม CSST ที่ส่งผลต่อโครงการปรับปรุง HDPE สำหรับก๊าซได้รับการอนุมัติภายใต้ ISO 4437 และมาตรฐานระดับชาติที่เทียบเท่าในตลาดโลกส่วนใหญ่ แต่ต้องปฏิบัติตามเกรด SDR เฉพาะและขั้นตอนการหลอมรวมเพื่อรักษาการอนุมัติดังกล่าว

สำหรับโครงการที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างพื้นฐานการจ่ายก๊าซใต้ดิน การรวมกันของ HDPE ของข้อต่อไร้รอยรั่ว การป้องกันการกัดกร่อน และอายุการใช้งานที่ยาวนาน ทำให้ HDPE เป็นตัวเลือกที่เหนือกว่าในทางเทคนิคและประหยัดในการใช้งานส่วนใหญ่ ต้นทุนวัสดุล่วงหน้าต่ำกว่าเหล็ก การป้องกันแคโทดหมดสิ้น และระบบ HDPE ที่หลอมรวมอย่างเหมาะสมไม่ต้องการความถี่ในการตรวจสอบที่ท่อโลหะต้องการตลอดอายุการใช้งาน