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燃?xì)饣A(chǔ)知識(shí)(一)高立鴻

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提綱一、天然氣基本性質(zhì)二、天然氣發(fā)展歷史三、天然氣輸氣管網(wǎng)四、城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)

第一部分天然氣基本性質(zhì)燃?xì)獾母拍罴胺诸惾細(xì)馐菤怏w燃料的總稱,它能燃燒而放出熱量,供城市居民和工業(yè)企業(yè)使用。一般我們常用的燃?xì)庥兴姆N:人工煤氣、天然氣、液化石油氣、生物質(zhì)氣等。人工煤氣(R):固體燃料干餾煤氣、固體燃料氣化煤氣天然氣(T):純氣田氣、凝析氣田氣、油田伴生氣、煤層氣液化石油氣(Y):煉油廠在進(jìn)行原油催化裂解與熱裂解時(shí)所得到的副產(chǎn)品。生物質(zhì)氣:沼氣。天然氣的組分天然氣是一種多組分的混合氣體,主要成分是烷烴,其中甲烷占絕大多數(shù),另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣,以及微量的惰性氣體,如氦和氬等。不同地方、不同產(chǎn)地的天然氣成分差別很大。所反映出的熱值相差也很大。天然氣組分天然氣的性質(zhì)了解天然氣的性質(zhì),其實(shí)就是了解甲烷的性質(zhì)?!罡拍蠲枋觯杭淄?,化學(xué)式CH4,是最簡(jiǎn)單的烴,由一個(gè)碳和四個(gè)氫原子組成,因此甲烷分子的結(jié)構(gòu)為正四面體結(jié)構(gòu),四個(gè)鍵的鍵長(zhǎng)相同、鍵角相等。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷是一無色無味氣體。一些有機(jī)物在缺氧情況下分解時(shí)所產(chǎn)生的沼氣其實(shí)就是甲烷。甲烷主要是作為燃料,廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)中。天然氣的性質(zhì)☆分子式天然氣的性質(zhì)☆物理性質(zhì)顏色、氣味無色、無味臨界溫度-82.6℃臨界壓力4.59MPa相對(duì)密度(水=1)0.42(-164℃)相對(duì)密度(空氣=1)0.5548(273.15K、101325Pa)引燃溫度538℃密度(標(biāo)準(zhǔn)狀況)0.717g/L特殊性質(zhì)極難溶于水天然氣的性質(zhì)☆化學(xué)性質(zhì)通常情況下,甲烷比較穩(wěn)定,與高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑不反應(yīng),與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿也不反應(yīng)。但是在特定條件下,甲烷也會(huì)發(fā)生某些反應(yīng)。(1)取代反應(yīng)甲烷和氯氣反應(yīng)的所生成的一氯甲烷(有機(jī)合成重要原料)、二氯甲烷(電影膠片/涂料溶劑/發(fā)泡劑)、氯仿(有機(jī)合成/麻醉劑/萃取劑)、四氯化碳(滅火劑)CH4+Cl2→(光照)CH3Cl(氣體)+HClCH3Cl+Cl2→(光照)CH2Cl2(油狀物)+HClCH2Cl2+Cl2→(光照)CHCl3(油狀物)+HClCHCl3+Cl2→(光照)CCl4(油狀物)+HCl天然氣的性質(zhì)☆化學(xué)性質(zhì)(2)氧化反應(yīng)甲烷最基本的氧化反應(yīng)就是燃燒:CH4+2O2→CO2+2H2O甲烷的含氫量在所有烴中是最高的,達(dá)到了25%,因此相同質(zhì)量的氣態(tài)烴完全燃燒,甲烷的耗氧量最高。燃燒模擬圖:q甲烷的燃燒\甲烷的燃燒.avi天然氣的性質(zhì)☆化學(xué)性質(zhì)(3)加熱分解在隔絕空氣并加熱至1000℃的條件下,甲烷分解生成炭黑和氫氣CH4=(1000℃)=C+2H2氫氣是合成氨及汽油等工業(yè)的原料;炭黑是橡膠工業(yè)的原料天然氣的性質(zhì)☆化學(xué)性質(zhì)(4)形成水合物甲烷可以形成籠狀的水合物,甲烷被包裹在“籠”里。也就是我們常說的可燃冰。它是在一定條件(合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等)下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時(shí)組成的類冰的、非化學(xué)計(jì)量的、籠形結(jié)晶化合物。它可用mCH4·nH2O來表示天然氣的性質(zhì)可燃冰主要儲(chǔ)存于海底或寒冷地區(qū)的永久凍土帶,比較難以尋找和勘探。天然氣的兩種存儲(chǔ)狀態(tài)LNG(LiquefiedNaturalGas)液化天然氣,是通過在常壓下氣態(tài)的天然氣凈化處理,再冷卻至-162℃,使之凝結(jié)成液體。CNG(CompressedNaturalGas)壓縮天然氣,是天然氣加壓并以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中。壓縮天然氣與管道天然氣的組分相同,主要成分為甲烷(CH4)。LNG槽車LNG槽車CNG槽車CNG槽車

第二部分天然氣發(fā)展歷史天然氣發(fā)展史中國(guó)是最早發(fā)現(xiàn)和開采利用天然氣的國(guó)家。西周(約公元前11世紀(jì)~前771年)時(shí)期的《周易》中就有“澤中有火”的記載。西漢(公元前206~公元25)時(shí)中國(guó)已出現(xiàn)了天然氣井,據(jù)《漢書·郊祀志》記載:“祠天封苑火井于鴻門。”世界第一口千米天然氣深井──中國(guó)四川貢□海井,鑿于是1835年,至今仍在生產(chǎn)天然氣世界天然氣發(fā)展史世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家天然氣市場(chǎng)的發(fā)展基本上都經(jīng)歷了3個(gè)階段——啟動(dòng)期、發(fā)展期和成熟期。市場(chǎng)啟動(dòng)期

1)天然氣作為石油工業(yè)的副產(chǎn)品,不是勘探開發(fā)的重點(diǎn)。天然氣工業(yè)剛剛起步,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和一次能源結(jié)構(gòu)中處于次要地位。

2)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施薄弱,無跨越地區(qū)的長(zhǎng)輸天然氣管道。

3)天然氣消費(fèi)市場(chǎng)容量有限。世界天然氣發(fā)展史市場(chǎng)發(fā)展期

1)發(fā)現(xiàn)大氣田(美國(guó))或大量進(jìn)口天然氣資源(日本、韓國(guó))以及建設(shè)區(qū)域管道等標(biāo)志性工程。

2)天然氣工業(yè)逐步得到重視,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和一次能源結(jié)構(gòu)中的地位顯著提高。

3)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度加快,區(qū)域之間管道和輸配網(wǎng)絡(luò)建成。

4)天然氣消費(fèi)量迅速增長(zhǎng),用途逐漸擴(kuò)大。世界天然氣發(fā)展史市場(chǎng)成熟期

1)建成多氣源、多用戶的全國(guó)性天然氣管道網(wǎng)絡(luò)。

2)天然氣工業(yè)成為國(guó)家主要產(chǎn)業(yè)之一,特別是在一次能源結(jié)構(gòu)中與石油、煤炭形成鼎足之勢(shì)或者成為主要能源。

3)基礎(chǔ)設(shè)施高度發(fā)達(dá),輸氣干線、配氣管線形成網(wǎng)絡(luò),儲(chǔ)氣設(shè)施完善。

4)形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的天然氣市場(chǎng),天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)比較合理,天然氣在一些行業(yè)成為主要能源,特別是成為城市民用和商用的主要能源。世界天然氣發(fā)展史將美國(guó)、日本、英國(guó)及韓國(guó)等世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家天然氣市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律與我國(guó)天然氣市場(chǎng)發(fā)展過程進(jìn)行對(duì)比分析后認(rèn)為,以2004年12月30日“西氣東輸”管道工程正式商業(yè)運(yùn)作為標(biāo)志,我國(guó)天然氣市場(chǎng)開始由啟動(dòng)期進(jìn)入發(fā)展期,初步判斷市場(chǎng)發(fā)展期將持續(xù)到21世紀(jì)30年代中期,之后市場(chǎng)將步入成熟期。我國(guó)天然氣發(fā)展我國(guó)是世界上較早開發(fā)利用天然氣的國(guó)家之一。然而,由于受以煤為主的能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源政策等因素的影響,天然氣在我國(guó)一直沒有得到大規(guī)模地開發(fā)利用。1980~2000年,我國(guó)天然氣消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率僅為2.8%,遠(yuǎn)低于一次能源消費(fèi)增長(zhǎng)率(4.2%)。2000年后,隨著我國(guó)天然氣資源勘探開發(fā)不斷取得突破,探明儲(chǔ)量和產(chǎn)量不斷增加,特別是2004年“西氣東輸”管道項(xiàng)目正式商業(yè)運(yùn)作,我國(guó)天然氣工業(yè)由啟動(dòng)期進(jìn)入快速發(fā)展期,天然氣消費(fèi)市場(chǎng)迅速擴(kuò)大,天然氣占一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例也逐步提高。2008年我國(guó)天然氣消費(fèi)量達(dá)807億m3,比2004年的消費(fèi)量翻了一番,年均增速達(dá)19.4%,天然氣在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的比重由2.6%提高到3.8%。我國(guó)天然氣發(fā)展2011年,我國(guó)天然氣產(chǎn)量首次突破千億立方米,達(dá)到1025.3億立方米。2013年我國(guó)天然氣產(chǎn)量1210億立方米,其中常規(guī)天然氣1178億立方米,非常規(guī)氣中頁(yè)巖氣2億立方米,煤層氣30億立方米;天然氣進(jìn)口量534億立方米,增長(zhǎng)25.6%,其中管道氣增長(zhǎng)24.3%,液化天然氣增長(zhǎng)27.0%;天然氣表觀消費(fèi)量1692億立方米,增長(zhǎng)12.9%。

2015年全國(guó)天然氣需求量將有可能在2008年的基礎(chǔ)上翻一番多,達(dá)到2000億m3左右。2015~2020年增速放緩,但仍將保持年均7%以上的增速,屆時(shí)全國(guó)天然氣需求量有可能超過3000億m3。我國(guó)天然氣發(fā)展

第三部分天然氣輸氣管網(wǎng)燃?xì)廨斉涮烊粴廨斔?、?chǔ)存和輸配是天然氣工業(yè)的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)天然氣利用的重要基礎(chǔ)設(shè)施。由于大量用氣的中心城市和工業(yè)企業(yè)距氣源較遠(yuǎn),需要通過長(zhǎng)輸管道將商品天然氣安全、平穩(wěn)、源源不斷的送給用戶。因此,天然氣輸送、儲(chǔ)存和輸配系統(tǒng)便成為天然氣工業(yè)完整體系中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于跨洋長(zhǎng)距離天然氣輸送,當(dāng)鋪設(shè)管道難以實(shí)施時(shí)多采用液化天然氣(LNG)方式進(jìn)行輸送。天然氣輸配系統(tǒng)輸氣干線主要輸氣干線(一)陜京線(一線、二線、三線)西起長(zhǎng)慶榆林氣田,途徑陜西、河北、天津、北京(二)蘭銀線西起青海澀北油田,途徑青海、甘肅、寧夏(三)長(zhǎng)寧線西起青海澀北油田,途徑青海西寧、甘肅蘭州(四)靖西線西起長(zhǎng)慶靖邊氣田,途徑延安、咸陽(yáng)、西安(五)長(zhǎng)呼線西起鄂爾多斯西峰油田、長(zhǎng)慶油田,途徑鄂爾多斯、呼和浩特、包頭(六)川氣東輸西起普光氣田,途徑四川、重慶、湖北、湖南、安徽、浙江、上海(七)中緬線南起緬甸,途徑緬甸曼德勒、云南(八)中俄線北起俄羅斯,途徑俄羅斯、黑龍江、吉林、遼寧、北京(九)西氣東輸(一線、二線、三線)西氣東輸我國(guó)西部地區(qū)的塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、陜甘寧和四川盆地蘊(yùn)藏著26萬億立方米的天然氣資源和豐富的石油資源,約占全國(guó)陸上天然氣資源的87%。特別是新疆塔里木盆地,天然氣資源量有8萬多億立方米,占全國(guó)天然氣資源總量的22%。2000年2月國(guó)務(wù)院第一次會(huì)議批準(zhǔn)啟動(dòng)“西氣東輸”工程。西氣東輸一、二線工程干支線加上境外管線,長(zhǎng)度達(dá)到15000多公里,這不僅是國(guó)內(nèi)也是全世界距離最長(zhǎng)的管道工程;西氣東輸工程穿越的地區(qū)包括新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、湖南、廣東、廣西、浙江、上海、江蘇、山東和香港特別行政區(qū)。2002年7月4日,西氣東輸工程試驗(yàn)段正式開工建設(shè)。2004年1月1日正式向上海供氣,2004年10月1日全線建成投產(chǎn),2004年12月30日實(shí)現(xiàn)全線商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

2008年初,西氣東輸二線工程正式開工。該工程外連源自土庫(kù)曼斯坦的中亞天然氣管道,西起霍爾果斯,南至廣州、深圳和香港。2011年6月東段投產(chǎn)。西氣東輸西氣東輸一、二線西氣東輸三線川氣東輸管線東海氣/LNGEastSeaGas/LNG西氣東輸WesttoEastPipelineGas江東濱江站南門站之江錢塘江QiantangRiver富陽(yáng)主城區(qū)下沙臨平余杭蕭山北門站良渚站留祥站西郊站星橋站喬司站江東門站之江所前門站濱江江東2已建成高壓輸氣管道在建高壓輸氣管道待建高壓輸氣管道門站調(diào)壓站遠(yuǎn)期建設(shè)高壓輸氣管道S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11-1S11-2¢600¢600¢500北部LNG應(yīng)急站西部LNG應(yīng)急站東部LNG應(yīng)急站江南LNG應(yīng)急站S7-2蕭紹路站紅十五線站梅仙橋站靖江站之江站金家?guī)X站臨平站富陽(yáng)站青山站余杭站應(yīng)急站S14S13獅子口閥室320閥室西氣東輸二線下沙熱電廠S15新登站桐廬站建德下沙門站S12S16S17

蘇嘉路閥室國(guó)外天然氣管道輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1、增大管徑。國(guó)外干線天然氣管道直徑一般在1000毫米以上。例如俄羅斯通往歐洲的天然氣管道干線直徑為1420毫米,著名的阿意輸氣管道直徑為1220毫米。2、提高輸氣壓力。目前,西歐和北美地區(qū)的天然氣管道壓力普遍都在10MPa以上。像阿意輸氣管道最高出站壓力達(dá)21MPa,西氣東輸一線壓力為10MPa,二線西段達(dá)到了12MPa。3、廣泛采用內(nèi)涂層減阻技術(shù),提高輸送能力。國(guó)外輸氣管道采用內(nèi)涂層后一般能提高輸氣量6%至10%,同時(shí)還可有效減少設(shè)備的磨損和清管次數(shù),延長(zhǎng)管線使用壽命。4、提高管材韌性,增大壁厚。

第四部分城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)燃?xì)廨斉涑擎?zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)有兩種基本方式:一種是管道輸配系統(tǒng);一種是液化石油氣瓶裝系統(tǒng)。管道輸配系統(tǒng)一般由接受站(或門站)、輸配管網(wǎng)、儲(chǔ)氣設(shè)施、調(diào)壓設(shè)施以及運(yùn)行管理設(shè)施和監(jiān)控系統(tǒng)等共同組成。城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)根據(jù)所采用的管網(wǎng)壓力級(jí)制不同可分為:

1.一級(jí)系統(tǒng):僅由低壓或中壓一級(jí)壓力級(jí)別的管網(wǎng)輸配系統(tǒng)。2.兩級(jí)系統(tǒng):由低壓和中壓B或低壓和中壓A兩級(jí)組成的管網(wǎng)輸配系統(tǒng)。3.三級(jí)系統(tǒng):由低壓、中壓和次高壓或高壓三級(jí)組成的管網(wǎng)輸配系統(tǒng)。4.多級(jí)系統(tǒng):由低壓、中壓、次高壓和高壓組成的管網(wǎng)輸配系統(tǒng)。低壓-中壓A兩級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)低壓—中壓A兩級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)1—長(zhǎng)輸管線;2—城鎮(zhèn)燃?xì)夥峙湔荆?—中壓A管網(wǎng);4—區(qū)域調(diào)壓站;5—工業(yè)企業(yè)專用調(diào)壓站;6—低壓管網(wǎng);7—穿越鐵路的套管敷設(shè);8—穿越河底的過河管道;9—沿橋敷設(shè)的過河管道;10—工業(yè)企業(yè)多級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)示意圖多級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)

1—長(zhǎng)輸管線;2—門站;3—調(diào)壓計(jì)量站;4—儲(chǔ)氣站;5—調(diào)壓站;6—高壓B環(huán)網(wǎng);7—次高壓B環(huán)網(wǎng);8—中壓A環(huán)網(wǎng);9—中壓B環(huán)網(wǎng);10—地下儲(chǔ)氣庫(kù)燃?xì)夤艿婪诸惏摧敋鈮毫Ψ诸悾ǖ蛪?、中壓B、中壓A、次燃?xì)夤艿婪诸?.按敷設(shè)方式分類

(1)埋地管道(2)架空管道3.按用途分類

(1)長(zhǎng)距離輸氣管線(2)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿?/p>

1)中低壓地下管

2)用戶引入管

3)室內(nèi)燃?xì)夤艿溃?)工業(yè)企業(yè)燃?xì)夤艿?/p>

1)工廠引入管和廠區(qū)燃?xì)夤艿?/p>

2)車間燃?xì)夤艿?/p>

3)爐前燃?xì)夤艿廊細(xì)夤艿婪诸?.按管網(wǎng)形狀分類

(1)環(huán)狀管網(wǎng)

(2)枝狀管網(wǎng)

(3)環(huán)枝狀管網(wǎng)燃?xì)夤艿兰案綄僭O(shè)備根據(jù)規(guī)范,室外燃?xì)夤艿揽梢圆捎娩摴?、鑄鐵管、塑料(PE)管等。城鎮(zhèn)埋地燃?xì)夤艿赖脑O(shè)計(jì)使用年限應(yīng)不小于30年。用戶室內(nèi)燃?xì)夤艿涝试S暗埋,但管道設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)不小于50年。聚乙烯管道和鋼骨架聚乙烯復(fù)合管道,嚴(yán)禁用于室內(nèi)地上燃?xì)夤艿篮褪彝饷髟O(shè)的燃?xì)夤艿馈H細(xì)夤艿兰案綄僭O(shè)備鋼管適用于各種壓力級(jí)別的城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿篮椭茪鈴S的工藝管道。但耐腐蝕性較差,必須采取可靠的防腐措施。常用的鋼管有普通無縫鋼管和焊接鋼管。鋼管一般可以用螺紋、焊接和法蘭等方式進(jìn)行連接。鑄鐵管鑄鐵管具有抗腐蝕性能強(qiáng)、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。但質(zhì)脆、笨重、承載應(yīng)力小、接口氣密性較差。常用于中、低壓燃?xì)夤艿馈hT鐵管按材質(zhì)分為普通鑄鐵管、高級(jí)鑄鐵管和球墨鑄鐵管。鑄鐵管的連接一般為承插、螺栓壓蓋和法蘭三種方式。鋼管分類按軋制工藝分類,鋼管可分為熱軋鋼管和冷軋鋼管;按鋼管是否有縫分類,鋼管分為無縫鋼管和焊接鋼管;按制管材質(zhì)(即鋼種)可分為:碳素管和合金管、不銹鋼管等按管端聯(lián)接方式可分為:光管(管端不帶螺紋)和車絲管(管端帶有螺紋)按表面鍍涂特征可分為:黑管(不鍍涂)和鍍涂層管常見燃?xì)怃摴芤?guī)格符號(hào)鍍鋅鋼管:規(guī)格In外徑允許偏差普通壁厚加厚壁厚DN151/221.3±0.5mm2.753.25DN203/426.82.753.50DN25133.53.254.00DN3211/442.33.254.00DN4011/248.03.504.25DN50260.03.504.50DN80388.54.004.75常見燃?xì)怃摴芤?guī)格符號(hào)無縫鋼管

φ89×4φ108×5φ159×6φ219×7φ325×8常見燃?xì)怃摴芤?guī)格符號(hào)螺旋焊管

φ219×6φ325×7φ426×8φ529×9φ630×9鋼管燃?xì)庥霉艿溃?PE防腐)鋼管防腐技術(shù)1、熱縮纏繞帶應(yīng)用于長(zhǎng)輸石油、天然氣鋼管焊口防腐,城市燃?xì)夤芫W(wǎng)接縫防腐。是由基材和熱熔膠層雙層材料組成。基材是聚乙烯原料,熱熔膠是一種特種膠粘劑。鋼管防腐技術(shù)3PE/2PE/2FBE防腐3PE防腐一般由3層結(jié)構(gòu)組成:

第一層環(huán)氧粉末(FBE>100um)

第二層膠粘劑(AD)170~250um

第三層聚乙烯(PE)2.5~3.7mm

實(shí)際操作中將三種材料混合融為一體,經(jīng)過加工使之與鋼管牢固結(jié)合形成優(yōu)良的防腐層。其加工方式一般分纏繞式和圓模包覆式兩種。

3PE防腐技術(shù)綜合了環(huán)氧涂層與擠壓聚乙烯兩種防腐層的優(yōu)良性能,將環(huán)氧涂層的界面特性和耐化學(xué)特性與擠壓聚烯防腐層的機(jī)械保護(hù)特性等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,從而顯著改善了各自的性能。

鋼管防腐技術(shù)犧牲陽(yáng)極保護(hù)犧牲陽(yáng)極法是最早應(yīng)用的電化學(xué)保護(hù)法。根據(jù)電化學(xué)原理,把不同電極電位的兩種金屬置于電解質(zhì)體系內(nèi),當(dāng)有導(dǎo)線連接時(shí)就有電流流動(dòng),這時(shí),電極電位較負(fù)的金屬為陽(yáng)極、利用兩金屬的電極電位差作陰極保護(hù)的電流源。這就是犧牲陽(yáng)極法的基本原理。犧牲陽(yáng)極法是通過陽(yáng)極自身的消耗,給被保護(hù)金屬體提供保護(hù)電流。燃?xì)夤艿兰案綄僭O(shè)備PE管塑料管具有耐腐蝕、質(zhì)輕、流體流動(dòng)阻力小、施工簡(jiǎn)便、氣密性好等優(yōu)點(diǎn)。但塑料管機(jī)械強(qiáng)度較低。PE管一般采用電熔、熱熔等方式實(shí)現(xiàn)連接。燃?xì)夤艿繮E管規(guī)格規(guī)格表示(≤0.4MPa)SDR11(PE80級(jí))

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