供水管網(wǎng)的管材綜述

1、供水管網(wǎng)的管材綜述    前言近十年來，因工作需要，筆者對供水管網(wǎng)所用的管材進(jìn)行了一些調(diào)研，對各類材質(zhì)的管廠參與了一些考察活動，并于1998年7月以來先后撰寫了“供水管網(wǎng)的管材評述”、“淺談熱塑性塑料管材的相關(guān)問題”、“球墨鑄鐵管及管件相關(guān)問題的商討”、“關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管（PCCP）的推廣應(yīng)用”、“關(guān)于供水管材衛(wèi)生狀況的評價問題”共五篇，均在“中國水網(wǎng)”上發(fā)表過，在省內(nèi)、國內(nèi)一些相關(guān)會議上進(jìn)行了交流。近年根據(jù)主管部門的一些要求，管材市場上的一些新行情，本文進(jìn)行了綜合，并進(jìn)行了局部充實與調(diào)整，綜述意見很難周全，在此僅拋磚引玉，與業(yè)內(nèi)同行共同商討。1.供水

2、管網(wǎng)的功能要求供水企業(yè)的根本任務(wù)是向用戶提供清潔的飲用水，連續(xù)供應(yīng)有壓力的水，同時降低供水費用。為此，供水管網(wǎng)作為供水系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，對于它的硬件有以下五點要求：(1)封閉性能高供水管網(wǎng)是承壓的管網(wǎng)，管道只有良好的封閉性，才是連續(xù)供水的基本保證。(2)輸送水質(zhì)佳自來水從水廠到用戶，要經(jīng)過較長的管道，往往需要幾個小時乃至幾天。管網(wǎng)實際上是一個大的反應(yīng)器，出廠水未完成的化學(xué)反應(yīng)將在管網(wǎng)中繼續(xù)進(jìn)行，并且含氯水與管壁發(fā)生新的接觸，有可能產(chǎn)生新的反應(yīng)，這些反應(yīng)有生物性的、感官性的以及物理化學(xué)性的。因此要求管道內(nèi)壁既要耐腐蝕性，又不會向水中析出有害物質(zhì)。(3)水力條件好供水管道的內(nèi)壁不結(jié)垢、光滑、管路暢通

3、，才能降低水頭損失，確保服務(wù)水頭。(4)設(shè)備控制靈一個大城市的供水管網(wǎng)，管道總長度少的有數(shù)百公里，多的達(dá)數(shù)千公里，在這樣的大型供水管網(wǎng)中有成千上萬個專用設(shè)備，維持著管網(wǎng)的良好運行。在管網(wǎng)上的專用設(shè)備包括：閥門、消火栓、通氣閥、放空閥、沖洗排水閥、減壓閥、調(diào)流閥、水錘消除器、檢修人孔、伸縮器、存渣斗、測流測壓裝置等。這些設(shè)備的完好是保證管網(wǎng)運行暢通、避免污染的前提。(5)建設(shè)投資省供水管網(wǎng)的建設(shè)費用通常占供水系統(tǒng)建設(shè)費用的5070，因此如何通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定供水管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模，恰當(dāng)選用管材及設(shè)備是管網(wǎng)合理運行的保證。2.管材類別2.1 金屬管材(1) 鋼管(SP)鋼管包括：鋼板直縫焊管與鋼板螺

4、旋焊管(適用于大口徑管道)、無縫鋼管(適用于中小口徑管道)、不銹鋼管(適用于中小口徑管道)，鍍鋅鋼管與鋼塑復(fù)合管(適用于小口徑管道)，近年多數(shù)城市已不用鍍鋅鋼管。(2)鑄鐵管(CIP)(2.1) 灰口鑄鐵管(GCIP)包括離心灰口鑄鐵管、半連續(xù)灰口鑄鐵管(適用于中小口徑管道)。近年多數(shù)城市供水企業(yè)已不用灰口鑄鐵管。(2.2) 延性鑄鐵管(DCIP)包括退火球墨鑄鐵管、鑄態(tài)球墨鑄鐵管(適用于各種口徑管道，主要是中小口徑管道)，鑄態(tài)球墨鑄鐵管亦逐漸退出市場。 (3)有色金屬管包括銅管、鋁管(適用于小口徑管道)。2.2 非金屬管材(1)水泥壓力管(1.1) 石棉水泥管(ACP)現(xiàn)已不推廣使用；(1.

5、2) 自應(yīng)力管(SSCP)在小城鎮(zhèn)及農(nóng)村用于中小口徑管道；(1.3) 預(yù)應(yīng)力管(PCP)包括管芯纏絲預(yù)應(yīng)力管(又稱三階段管)(CTPCP)、振動擠壓預(yù)應(yīng)力管(又稱一階段管)(PVCP)、預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管(PCCP)，適用于大中口徑管道。其中預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管是前者的新一代產(chǎn)品。 (2)塑料管(2.1) 熱塑性塑料管包括硬聚氯乙烯管(UPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)(適用于中小口徑管道)；聚乙烯夾鋁復(fù)合管(PAP)、孔網(wǎng)鋼帶塑料復(fù)合管(PSSCP)、交聯(lián)聚乙烯管(PEX)、改性聚丙烯管(PP-R)、聚丁烯管(PB)、尼龍管(PA)(適用于小口徑管道)；丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物為基材的工程

6、塑料管(ABS)(主要適用于水廠投加氯及凈水劑的管道，目前也有中口徑管道產(chǎn)品)。(2.2)熱固性塑料管(GRP)GRP管又稱玻璃纖維增強(qiáng)樹脂塑料管或玻璃鋼管。玻璃鋼管或加砂的玻璃鋼管又分兩種成型方法，即離心澆鑄成型法(Hobas法)及玻璃纖維纏繞法(Veroc法)，GRP管在大口徑工業(yè)用水管道上、排污管道及源水管道上有較大的適用前景。3. 管材適用性概述 3.1 鋼管 (1)大口徑鋼管 鋼管通常選用Q235B(A3)鎮(zhèn)靜鋼鋼板制作，它的強(qiáng)度高，管材及管件易加工，管廠建設(shè)周期短，特別是地形復(fù)雜的地段，一般采用鋼管。但鋼管的剛度小，易變形，襯里及外防腐要求嚴(yán)，必要時需作陰極保護(hù)，施工過程中組合焊接

7、工作量大，在地下水位較高時，可采用膠圈柔性接口措施克服這一困難，與水泥壓力管相比，造價較高。(1.1) 制管工大口徑鋼管有兩種成形工藝，即直縫焊管與螺旋焊管。直縫焊管的工藝流程： 剪板刨坡口鋼板翻面壓兩頭園弧卷管(含點焊)焊內(nèi)外直縫(自動焊)管段對接(含點焊)焊環(huán)形口(自動焊)。 螺旋焊管的制造標(biāo)準(zhǔn)選用SY/T5037-92普通流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管，制作過程分三個階段，即條形鋼帶制作，螺旋成形及內(nèi)焊，螺旋管外焊及管段定長的切割。(1.2)鋼管制作質(zhì)量的主要要求鋼管焊接符合現(xiàn)行的給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范（GB50268-97）、工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范(GB50235-97)的

8、規(guī)定。鋼管焊縫檢驗X-射線探傷、超聲波探傷應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范的規(guī)定。鋼管焊縫探傷數(shù)量，在工廠為5，在現(xiàn)場為10。實際檢驗時可任選一種方式，但當(dāng)選用超聲波探傷時，應(yīng)對超聲波探傷部位作X射線探傷復(fù)檢，復(fù)檢長度為規(guī)定探傷數(shù)量的20。鋼管出廠前還有時逐根作水壓試驗，試壓值為管線試驗壓力的1.25倍。 直縫焊管焊縫外觀應(yīng)符合相應(yīng)要求外，管節(jié)幾何尺寸允許偏差，應(yīng)符合表1規(guī)定。 管節(jié)拼裝時，縱向焊縫錯開300mm，管徑小于600mm時，間距也應(yīng)大于100mm。 (1.3)鋼管內(nèi)襯質(zhì)量的主要要求鋼管內(nèi)襯材料有水泥砂漿或環(huán)氧樹脂等。A.水泥砂漿內(nèi)襯的質(zhì)量要求a.內(nèi)襯前檢查

9、管道橢園率不大于管內(nèi)徑的2，管內(nèi)壁無浮銹、雜物、油脂等，管內(nèi)焊縫高度不大于內(nèi)襯厚度的1/3。 b.水泥選用525號硅酸鹽水泥，砂為干凈中砂(粒徑0.151.2mm)，水泥砂漿重量配比在112內(nèi)選用，坍落度宜取6080mm，抗壓強(qiáng)度30MPa。 c.內(nèi)襯厚度及允許公差如表2。 近幾年國內(nèi)有些廠家能自制設(shè)備，用往復(fù)纏繞工藝制造玻璃鋼管。(2)管材分析A.三種工藝比較，往復(fù)纏繞工藝承受內(nèi)水壓能力較高，接口數(shù)較少，連續(xù)纏繞工藝建廠投資較少；離心澆注工藝抗?jié)B性好，制管成本較低，管材有利維修。B.玻璃鋼管可以根據(jù)不同的使用條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造，選用不同的樹脂與纖維等將影響它的質(zhì)量與價格。一般結(jié)構(gòu)層所用樹

10、脂為鄰苯性不飽和聚酯樹脂或改性鄰苯性不飽和聚酯樹脂；內(nèi)表防滲層，一般使用間苯性不飽和聚酯樹脂或衛(wèi)生級鄰苯性不飽和聚酯樹脂，產(chǎn)品質(zhì)量要求較高時，內(nèi)防滲層也有用乙烯基酯樹脂，而這些樹脂的價差是很大的。C.玻璃鋼管與其它塑料管一樣，均存在應(yīng)變腐蝕問題，通常以蠕變系數(shù)來表示。蠕變的定義是管道的強(qiáng)度等性能，隨使用時間的延長而下降，因而在保證管材一定使用壽命的條件下，確定管材制造的性能指標(biāo)。塑料管材的蠕變與可用材料的本身性能有關(guān)，也和管壁結(jié)構(gòu)有關(guān)，玻璃鋼管剛度的蠕變系數(shù)，對無壓管為0.4，承壓管為0.5。D.玻璃鋼管無論采用何種工藝，制管及制做管件的過程中，質(zhì)量控制手段和檢測手段的完善都是至關(guān)重要的，否則

11、難以保證質(zhì)量。 E.玻璃鋼管剛度小，管道基礎(chǔ)要求較嚴(yán)，必要時需作砂墊層，但它重量輕，抗腐蝕，安裝容易，是它的優(yōu)點。 F.玻璃鋼管破裂維修，通常采用玻璃鋼粘補(bǔ)，它必須在干燥的環(huán)境下作業(yè)，這正是供水管道難以具備的條件。 G.管材始終存在廢舊料的再生回收、焚燒處置的問題，熱塑性塑料管及熱固性塑料管的最終焚燒處置大多數(shù)對環(huán)境造成不同程度的危害。 H.輸水用的玻璃鋼管，它的內(nèi)襯層應(yīng)耐磨、有韌性、表面光潔、厚度適當(dāng)、樹脂固化效果好，不允許存在裂紋。否則影響其抗?jié)B性，結(jié)構(gòu)層的纖維有可能游離至水中，影響輸水的衛(wèi)生條件。一般而言，大口徑玻璃鋼管在源水引用管道上，國內(nèi)外使用較多。而在供水管網(wǎng)中使用較少。 4.管材

12、的接口 (1)焊接、粘接的管道，應(yīng)考慮熱漲冷縮的對策措施，適當(dāng)距離安裝柔性接口，伸縮器或U形彎管。(2)目前各類管材中采用膠圈柔性接口時，基本上均采取推入式滑動逗管方式，故逗管的插口工作面應(yīng)涂潤滑劑，潤滑劑的選擇應(yīng)對膠圈及水質(zhì)無害。逗管后的內(nèi)間隙不宜過大，膠圈滑不到工作面，出現(xiàn)局部沉降時容易滲漏水；內(nèi)間隙沒有也是不好的，接口的柔性受到削弱。(3)柔性接口的膠圈務(wù)必按標(biāo)準(zhǔn)定點供貨。對于鑄鐵管而言，楔型膠圈符合國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO2531)，但對承口鑄造尺寸要求較嚴(yán)；國內(nèi)推行的梯唇型膠圈，用膠量較大，承口內(nèi)側(cè)鑄造成形容易。 (4)柔性接口逗管要求管子放平，中線對齊，一次逗進(jìn)。若逗管施力過大則應(yīng)退出，查

13、找原因后返工。強(qiáng)行逗管、膠圈卷曲，難以退出。 (5)管材、管件的接口不推薦剛性接口，就是搶爆修復(fù)中，力求安裝柔性快速搶修接頭，這樣減少停水時間，又可提高管道的安全性。 (6)剛度較差的管材，在逗管前插口端應(yīng)有支撐設(shè)施，保持圓度。(7)大口徑管件的柔性接口，力求有防滑脫裝置等具體措施，減少支墩尺寸。 (8)閥門在管道上連接，應(yīng)有可拆裝的活動部件。對于DN300mm的可使用活法蘭(單盤連接器)，否則用可固位的伸縮器。 (9)熱塑性塑料管材有多種類別，但連接方式歸納起來有四種，即膠合劑粘接、膠圈夾緊式連接、熱熔式插接、電熔合連接。 針對UPVC管而言，采用粘接時應(yīng)注意以下幾點：·管材與管件

14、的配合間隙不大于0.2mm；·膠合劑質(zhì)量穩(wěn)定；·粘接操作過程規(guī)范、認(rèn)真；·管路粘接后應(yīng)在24小時內(nèi)不被振動；·施工環(huán)境干燥，濕度較低；·管路安裝應(yīng)考慮管材熱脹冷縮的對應(yīng)措施。由于在施工中，上述各點落實上有一定難度，不少供水企業(yè)在安裝UPVC管時，樂于使用膠圈柔性連接，且使用一次注塑成型的柔性接口管件。但也應(yīng)注意以下幾點：·膠圈材質(zhì)符合要求；·逗管操作時，注意軸線一致，用力勻稱；·管材接口工作面清潔，并涂潤滑劑，選擇潤滑劑時，一則對人無害，二則對膠圈無損；·柔性連接的三通、彎管的受力面應(yīng)作擋墩；·

15、逗接過程應(yīng)保持內(nèi)留一定間隙。對于HDPE管材而言，通常采用電熔合連接。它是將電阻絲預(yù)先埋在管件中，在施工現(xiàn)場，只需將專用焊接儀的插頭與管件的插口連接，便可將管件與管材熔合在一起，它要求管材與管件配合間隙適當(dāng)，接觸部位干凈；HDPE管可以注塑熱熔管件現(xiàn)場用熱熔承插焊機(jī)對接方式連接；也可用熱熔對接焊機(jī)將兩管端面熱熔后對接，其中較大口徑管件是用多角焊機(jī)加工成型。由于后兩種連接方法容易，管件便宜，有利于管材的推廣。 但是HDPE管采用熱熔對接時，管內(nèi)出現(xiàn)縮徑凸緣，特別是多角焊機(jī)加工的管件內(nèi)更多，這增大了水流阻力；另外在小區(qū)敷設(shè)中，工程分散、量小、管件多、溝內(nèi)作業(yè)面窄、與其它管線穿插頻繁，熱熔對接難度大

16、，需要電源，焊機(jī)維護(hù)保養(yǎng)煩，影響了HDPE管在這方面的推廣使用；相反，承插式柔性接口的HDPE管及管件則安裝方便，且接口處不存在阻水的凸緣。江蘇江陰大偉塑料制品有限公司根據(jù)供水企業(yè)的具體情況，開發(fā)了de315、200、160、110、90、63mm的承插式柔性接口的HDPE管及管件，已在佛山、成都等城市供水管網(wǎng)中試用成功，因此承插式柔性接口的聚乙烯管及管件將是供水行業(yè)樂于使用的管材之一。 復(fù)合管材的連接，多數(shù)采用金屬管件或聚甲醛管件，以膠圈夾緊式連接，這種方式操作方便，拆改容易，唯錐形膠圈及壓圈的方向不可倒置，夾緊用力適當(dāng)。 5.管材的選擇 5.1管材水力條件的比較 為了便于比較，第一類管材為

17、水泥壓力管、襯水泥砂漿防腐的金屬管；第二類管材為熱固性塑料管及熱塑性塑料管，第一類管材的管壁粗糙系數(shù)n1=0.013；第二類管材的n2=0.009。 通過水力學(xué)中的達(dá)西公式(1)與曼寧公式(2)的關(guān)系，可求得以下的比較； Q=AC(Ri)0.5(1)C=1/n R1/6(2)式中：Q流量；A管道的過水?dāng)嗝娣e，對于園管，A=/4 D2；C謝才阻力系數(shù)；i水力坡度；n管道的粗糙系數(shù)；R水力半徑，對于園管R=D/4。將(2)式代入(1)式得：Q=k/n D8/3i0.5 (3)式中：D管徑； K=(/4)×(1/42/3)。(1)當(dāng)管道輸水流量、水頭損失一致時，則：D2/D1=(n2/n1

18、)3/8=(0.009/0.013)3/8=87%；(2)當(dāng)管內(nèi)徑、水頭損失一致時，則：Q2/Q1=n1/n2=0.013/0.009=1.44；(3)當(dāng)管內(nèi)徑、輸水流量一致時，則：i2/i1=(n2/n1)2=(0.009/0.0013)2=0.48；因此，對各類管材評述時，應(yīng)考慮以上因素。5.2管材綜合性能比較現(xiàn)將可作大、中口徑管材中，鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管的性能比較，如表6。5.3管材的重量比較 (1)大口徑管道(2)中大口徑管道(3)中小口徑管道5.4 管材的價格比較(1)大口徑管道 (2)中大口徑管道 （3）中小口徑管道 （4）部分熱塑性塑料管價目表 注：1.以上四個表的價格系成

19、都市場價；2.以上管材、管件均承受1.0MPa公稱壓力； 3.鋼管價格包括內(nèi)襯、外防腐及陰極保護(hù)費用；4.由于是三年前的管材價格，玻璃鋼管的樹脂、玻璃纖維均按國外材料價計，故以上四表數(shù)據(jù)待核，必要時以下三表數(shù)據(jù)亦有待修正。 5.5管材的工程造價比較 (1)大口徑管道 （2）中大口徑管道 （3）中小口徑管道注：(1)管材單價按(5.4)節(jié)所述計；(2)管件及閥門費用按管材費用的20%計；(3)未考慮障礙處理費、路面賠償費、農(nóng)田賠償費等；(4)其它費率以直接費的30%計。5.6管材衛(wèi)生狀況的評價 作為輸送飲用水的管材應(yīng)該是無毒的，這是選用管材最基本的要求。在目前市場上，管材的品種繁多，怎么去鑒別管

20、材的衛(wèi)生狀況值得商討。 在1998年10月1日國家技術(shù)監(jiān)督局與衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布了“生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評價標(biāo)準(zhǔn)”（GB/T17219-1998），這是目前評價輸送生活飲用水管材衛(wèi)生安全性的重要依據(jù)。 該標(biāo)準(zhǔn)提出管材及內(nèi)襯材料浸泡水后的衛(wèi)生要求如下：因此大批量選用一類管材時，就應(yīng)委托水質(zhì)監(jiān)測中心作管材浸泡水后的水質(zhì)分析，倘若多次檢測有某些元素含量超標(biāo)，此管材不宜選用。 成都水質(zhì)監(jiān)測站按國家標(biāo)準(zhǔn)對不同廠家的PVC-U管材和管件進(jìn)行安全性抽驗，有四次浸泡液中鉛含量嚴(yán)重超標(biāo)，有一次出現(xiàn)氯仿、四氯化炭超標(biāo)。監(jiān)測站技術(shù)人員指出，鉛是一嚴(yán)重的蓄積性毒劑，是一種致癌變物質(zhì)，無論是由于短期還是長

21、期攝入人體的鉛，都會嚴(yán)重?fù)p害健康或造成死亡；氯仿、四氯化炭也均為高致癌風(fēng)險的有機(jī)毒物，由于生產(chǎn)成本等因素，有不少廠家采用低價的三鹽基性硫酸鉛或二鹽基性亞磷酸鉛作為產(chǎn)品的熱穩(wěn)定劑，因此產(chǎn)品中含有鉛，產(chǎn)品經(jīng)高氯水的浸泡后，水中自然會出現(xiàn)大量的鉛。而氯仿、四氯化炭超標(biāo)則是由于管件與管材粘接時所使用的粘合劑的溶劑引起的。 但需要指出，1997年5月1日由國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的“給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T10002.1-1996）中，對衛(wèi)生指標(biāo)有些項目的要求偏松，如下： 這也是有些廠家沒有執(zhí)行GB/T 17219-1998 的主要原因。在此應(yīng)建議國家技術(shù)監(jiān)督局出面澄清與糾正。 我

22、們認(rèn)為 GB/T 17219-1998 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布在后，故應(yīng)以此為依據(jù)。再則，國內(nèi)聚氯乙烯原料中氯乙烯單體含量約在58mg/l左右，通常制成的管材中單體含量可1.0mg/l，但據(jù)了解各制管廠并不經(jīng)常作這方面的檢測，因此應(yīng)引起我們的關(guān)注。 當(dāng)然，管材的衛(wèi)生問題不僅在硬聚氯乙烯管材上，玻璃鋼管對內(nèi)防滲層樹脂有明確的要求，要無毒、防滲、耐磨，厚度宜2mm。這樣防滲層應(yīng)采用價格較貴的間苯性不飽和聚酯樹脂，但有的廠家采用價格較低的鄰苯性不飽和聚酯樹脂，厚度也相當(dāng)薄，倘若此層出現(xiàn)裂紋，纖維容易浸入水中。離心工藝制管來源于奧地利，纏繞工藝制管來源于意大利，可是維也納、羅馬以及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的大都市的自來水管網(wǎng)中

23、，沒有或很少采用此類管材。這些國家的一些廠商卻不斷向發(fā)展中國家傾銷此類制管設(shè)備，大量用于城市供水管網(wǎng)中，應(yīng)該三思。 對于薄壁不銹鋼管的浸泡試驗仍是不可忽視的，若廠家選用牌號不當(dāng)，管材也會生銹，管材浸泡后重金屬游離的問題亦是容易出現(xiàn)的。 對于水泥壓力管、內(nèi)襯水泥砂漿的球墨鑄鐵管及鋼管，在衛(wèi)生狀況上乃有兩點應(yīng)請注意： ·水泥成品往往滲入礦渣，這種水泥有無放射性指標(biāo)超標(biāo)的問題值得留心，有些管廠的樣本上標(biāo)注他們選用的水泥，放射性指標(biāo)檢驗是合格的證明文件，應(yīng)示歡迎。 ·上述管材內(nèi)表面不應(yīng)存在浮漿，就是管道清洗后灰粉層也往往會使輸水過程中懸浮物增多。 另外，鋼管內(nèi)涂環(huán)氧樹脂的問題更應(yīng)小心，采用環(huán)氧樹脂內(nèi)噴工藝，在選擇涂料的廠家時，要求有衛(wèi)生部頒發(fā)的衛(wèi)生許可證；要多次抽樣檢驗是否符合GB/T17219-1998的要求；要考察工程實例；在施工過程中有嚴(yán)格的工藝規(guī)程及質(zhì)量保證體系。 5.7管材選擇的推薦性意見 管材選擇的綜合評價應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，并從下五個方面評定：(1)管材性能可靠，能承受要求的內(nèi)壓和外荷載；(2)管材來源有保證