供水管网的管材综述

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何维华

摘要：本文阐述了供水管网的功能要求；扼要叙述了管材的类别及适用范围；具体讲述了各类管材的特点及质量情况；并对各类管材从水力条件、物理性能、价格、工程造价等方面进行了比较，提出了推荐性建议。

关键词： 管材

前言 　　近十年来，因工作需要，笔者对供水管网所用的管材进行了一些调研，对各类材质的管厂参与了一些考察活动，并于1998年7月以来先后撰写了“供水管网的管材评述”、“浅谈热塑性塑料管材的相关问题”、“球墨铸铁管及管件相关问题的商讨”、“关于预应力钢筒砼管（PCCP）的推广应用”、“关于供水管材卫生状况的评价问题”共五篇，均在“中国水网”上发表过，在省内、国内一些相关会议上进行了交流。近年根据主管部门的一些要求，管材市场上的一些新行情，本文进行了综合，并进行了局部充实与调整，综述意见很难周全，在此仅抛砖引玉，与业内同行共同商讨。 　1.供水管网的功能要求 　　供水企业的根本任务是向用户提供清洁的饮用水，连续供应有压力的水，同时降低供水费用。为此，供水管网作为供水系统的重要环节，对于它的硬件有以下五点要求： 　　(1)　封闭性能高 　　供水管网是承压的管网，管道只有良好的封闭性，才是连续供水的基本保证。 　　(2)　输送水质佳 　　自来水从水厂到用户，要经过较长的管道，往往需要几个小时乃至几天。管网实际上是一个大的反应器，出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行，并且含氯水与管壁发生新的接触，有可能产生新的反应，这些反应有生物性的、感官性的以及物理化学性的。因此要求管道内壁既要耐腐蚀性，又不会向水中析出有害物质。 　　(3)　水力条件好 　　供水管道的内壁不结垢、光滑、管路畅通，才能降低水头损失，确保服务水头。 　　(4)　设备控制灵 　　一个大城市的供水管网，管道总长度少的有数百公里，多的达数千公里，在这样的大型供水管网中有成千上万个专用设备，维持着管网的良好运行。 　　在管网上的专用设备包括：阀门、消火栓、通气阀、放空阀、冲洗排水阀、减压阀、调流阀、水锤消除器、检修人孔、伸缩器、存渣斗、测流测压装置等。这些设备的完好是保证管网运行畅通、避免污染的前提。 　　(5)　建设投资省 　　供水管网的建设费用通常占供水系统建设费用的50％～70％，因此如何通过技术经济分析确定供水管网的建设规模，恰当选用管材及设备是管网合理运行的保证。 2.管材类别 2.1 金属管材 　　(1) 钢管(SP) 　　钢管包括：钢板直缝焊管与钢板螺旋焊管(适用于大口径管道)、无缝钢管(适用于中小口径管道)、不锈钢管(适用于中小口径管道)，镀锌钢管与钢塑复合管(适用于小口径管道)，近年多数城市已不用镀锌钢管。 　　(2)铸铁管(CIP) 　　(2.1) 灰口铸铁管(GCIP) 　　包括离心灰口铸铁管、半连续灰口铸铁管(适用于中小口径管道)。近年多数城市供水企业已不用灰口铸铁管。 　　(2.2) 延性铸铁管(DCIP) 　　包括退火球墨铸铁管、铸态球墨铸铁管(适用于各种口径管道，主要是中小口径管道)，铸态球墨铸铁管亦逐渐退出市场。 　　(3)有色金属管 　　包括铜管、铝管(适用于小口径管道)。 2.2 非金属管材 　　(1)水泥压力管 　　(1.1) 石棉水泥管(ACP)现已不推广使用； 　　(1.2) 自应力管(SSCP)在小城镇及农村用于中小口径管道； 　　(1.3) 预应力管(PCP) 　　包括管芯缠丝预应力管(又称三阶段管)(CTPCP)、振动挤压预应力管(又称一阶段管)(PVCP)、预应力钢筒砼管(PCCP)，适用于大中口径管道。其中预应力钢筒砼管是前者的新一代产品。 　　(2)塑料管 　　(2.1) 热塑性塑料管 　　包括硬聚氯乙烯管(UPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)(适用于中小口径管道)；聚乙烯夹铝复合管(PAP)、孔网钢带塑料复合管(PSSCP)、交联聚乙烯管(PEX)、改性聚丙烯管(PP-R)、聚丁烯管(PB)、尼龙管(PA)(适用于小口径管道)；丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物为基材的工程塑料管(ABS)(主要适用于水厂投加氯及净水剂的管道，目前也有中口径管道产品)。 　(2.2)热固性塑料管(GRP) 　　GRP管又称玻璃纤维增强树脂塑料管或玻璃钢管。玻璃钢管或加砂的玻璃钢管又分两种成型方法，即离心浇铸成型法(Hobas法)及玻璃纤维缠绕法(Veroc法)，GRP管在大口径工业用水管道上、排污管道及源水管道上有较大的适用前景。 3. 管材适用性概述 3.1 钢管 　　(1)大口径钢管 　　钢管通常选用Q235B(A3)镇静钢钢板制作，它的强度高，管材及管件易加工，管厂建设周期短，特别是地形复杂的地段，一般采用钢管。但钢管的刚度小，易变形，衬里及外防腐要求严，必要时需作阴极保护，施工过程中组合焊接工作量大，在地下水位较高时，可采用胶圈柔性接口措施克服这一困难，与水泥压力管相比，造价较高。 　　(1.1) 制管工 　　大口径钢管有两种成形工艺，即直缝焊管与螺旋焊管。直缝焊管的工艺流程： 　　 剪板—刨坡口—钢板翻面—压两头园弧—卷管(含点焊)—焊内外直缝(自动焊)—管段对接(含点焊)—焊环形口(自动焊)。 　　螺旋焊管的制造标准选用SY/T5037-92《普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管》，制作过程分三个阶段，即条形钢带制作，螺旋成形及内焊，螺旋管外焊及管段定长的切割。 　　(1.2)钢管制作质量的主要要求 　　钢管焊接符合现行的《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）、《工业金属管道工程施工及验收规范》(GB50235-97)的规定。 　　钢管焊缝检验X-射线探伤、超声波探伤应符合现行国家标准《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》的规定。钢管焊缝探伤数量，在工厂为5％，在现场为10％。 　　实际检验时可任选一种方式，但当选用超声波探伤时，应对超声波探伤部位作X射线探伤复检，复检长度为规定探伤数量的20％。钢管出厂前还有时逐根作水压试验，试压值为管线试验压力的1.25倍。 　　直缝焊管焊缝外观应符合相应要求外，管节几何尺寸允许偏差，应符合表1规定。 表1 项目 允许偏差（mm） 周长 D≤600 ±2.0 D>600 ±0.0035d 椭圆度 管端0.005D；其他部位0.01D 端面垂直度 0.001D,且不大于1.5 注：1D为管内径(mm)； 　　2椭圆度为同端管口相应垂直的最大直径与最小直径之差，除以D。 　　管节拼装时，纵向焊缝错开300mm，管径小于600mm时，间距也应大于100mm。 　　(1.3)钢管内衬质量的主要要求 　　钢管内衬材料有水泥砂浆或环氧树脂等。 　　A.水泥砂浆内衬的质量要求 　　a.内衬前检查管道椭园率不大于管内径的2％，管内壁无浮锈、杂物、油脂等，管内焊缝高度不大于内衬厚度的1/3。 　　b.水泥选用525号硅酸盐水泥，砂为干净中砂(粒径0.15～1.2mm)，水泥砂浆重量配比在1∶1～2内选用，坍落度宜取60～80mm，抗压强度≥30MPa。 　　c.内衬厚度及允许公差如表2。 表2 公称管径（mm） 衬里厚度（mm） 厚度公差（mm） 机械喷涂 手工涂抹 机械喷涂 手工涂抹 500-700 8   ±2   800-1000 10   ±2   1100-1500 12 14 +3 +3       -2 -2 1600-1800 14 16 +3 +3       -2 -2 2000-2200 15 17 +4 +4       -3 -3 2400-2600 16 18 +4 +4       -3 -3 >2600 18 20 +4 +4       -3 -3 　　d.水泥砂浆内衬后的内壁粗糙系数n≤0.012。 　　e.内衬因收缩引起的裂缝，当其宽度≤0.8mm，且轴向长度不大于园周长度和不大于2m时，可不修补，否则应修补。 　　f.表面缺陷(麻面、砂穴、空窝)面积大于5cm2，深度大于内补厚度允许公差值，空鼓面积大于400cm2则应修补。 　　B.环氧树脂内喷衬的质量要求 　内喷衬用环氧树脂的材质及作业要求，由于目前国家还没有相应标准，而是参考石油天燃气行业标准‘SY/T4057--93’标准提出以下要求: 　　a.钢管内壁喷砂等方式除锈达到GB/T8923的Sa2.5级标准的要求，使管壁呈现金属本色； 　　b.作内喷衬的液体环氧树脂应具有卫生部的卫生许可证，且施工过程中对人体无害； 　　c.衬层总厚度≥400μm（通常喷涂五道，第一道底漆在喷砂除锈后一小时内完成，待表干后喷下一道）； 　　d.涂层附着力达1～2级（试验方法GB1720）； 　　e.表面硬度，用2H铅笔试划无划痕（试验方法GB6739）； 　　f.柔韧性1.0mm（试验方法GB1731）； 　　g.耐冲击性能≥4.9（试验方法GB1732）； 　　h.粘度≥0.2Pa.s（试验方法GB1723）； 　　i.细度≤80μm（试验方法GB1724）； 　　j.表干时间≤4h，实干时间≤24h（试验方法GB1728）； 　　k.甲组份固体含量≥70％，乙组份固体含量≥80％（试验方法GB1725）； 　　　　·.分别在10％NaOH、30％H2SO4、10％NaCl中耐化学试剂性180d合格（试验方法GB1763）； 　　m.耐盐雾性500h试验达一级（试验方法GB1771）； 　　n.耐污水性100o；C 90d 合格（试验方法GB1733乙法）； 　　o.喷衬后应抽检涂层厚度、孔隙、气泡 ，机械损伤等，对发现的缺陷及时修补。 　　(1.4)钢管外防腐的质量要求 　 参考石油部部标准“SYT28-87”，提出以下要求： 　　a.钢管表面除锈应达到GB8923-88的Sa2.5级标准，呈现金属本色，无可见的油脂、污垢、铁锈等附着物； 　　b.防腐材料应耐酸、耐碱、耐微生物侵蚀，涂有防腐材料的钢板在10％盐酸及10％苛性钠溶液中，分别浸泡90天；在30％硫酸溶液中浸泡7天，防腐层外观无变化； 　　c. 剪切粘结强度≥4Mpa；抗冲击强度1.2J；工频击穿强度≥20kv/mm；体积电阻率≥1×1012Ω.cm；阴极剥离≥3级；吸水率≤0.4%；耐好气性微生物侵蚀≥2级； 　　d.防腐层应在24小时内固化，厚度均匀、密实、不翘、不皱、不空鼓、不漏色，不粘手，外观完整； 　　e.防腐层固化后，用小刀划开舌形切口，无法使涂层分层剥落，底漆与金属表面粘结良好； 　　f.防腐层表面硬度好，耐磨性好，钢丝绳悬吊不产生0.1mm的痕迹； 　　g.防腐涂层固化后及三个月后，绝缘性能均良好，要求电火花仪检测的击穿电压达10000v，最低不小于6000v，且每平方米面积上只允许二处6000v以上针孔击穿； 　　h.操作方便，对人体及环境无害； 　　i.采用环氧煤沥青防腐蚀涂料时，底漆应在喷砂除锈后一小时内完成，以五油二布、总厚度≥600μm，可符合以上要求。 　　（1.5）钢管的阴极保护措施 　　a.埋地钢管在腐蚀性土壤中采用阴极保护措施。 　　土地按实测的土壤电阻率(Ω.m)值来判别其腐蚀性程度，如表3。 表3 腐蚀性程度 强 中 弱 非 土壤电阻率Ω、m <20 20～50 50～100 >100 　　b.阴极保护措施有牺牲阳极法及外加电流法，应根据具体情况选用与设计计算。(略) 　　(2)镀锌钢管 　　在国内过去小口径管道上，主要使用的是镀锌钢管(白铁管)，但因锈蚀问题，影响水质及使用年限，近年多数城市已不再使用。另外，市场上出售的冷镀锌钢管，镀锌层薄，管内壁更差，甚至未镀上，极影响水质，使用3～5年就腐蚀穿孔，不符合供水管道使用，作为伪劣产品，已禁用。 　　(3)薄壁不锈钢管（LGSSP） 　　近几年国内已有一些企业可制造薄壁不锈钢管，并制造出胶圈快速连接的管件，它在冷热水管应用上前景广阔，各种规格的管材、管件及阀门、水咀等已形成“白钢系列”产品，它不存在锈蚀与材质老化的问题，使用寿命长，外形美观，它在小口径管材中将是竞争力很强的品种。 　　用于冷热水供应的不锈钢管系0Cr18Ni9牌号的不锈钢薄板，它的抗拉强度达520Mpa，延伸率≥35。在小口径埋地及明敷管道中，有多种连接方式，通常采用压缩式密封圈连接较好，也就是先把螺母管件套在配管上，再用专用工具将配管胀成一山形台凸缘，将密封圈放入连接管件的内壁，用手拧螺母，使螺母与连接管件相接，后用扳手拧紧。此种连接方式有防滑脱的功能，亦便于装拆。若是管道埋于墙壁内，通常用对接焊连接，局部用法兰连接。输送热水的管道，外套保温胶管。薄壁不锈钢管的管件制造有铸造成型及焊接冲压成型等工艺，以后者的质量较稳定，且美观。薄壁不锈钢管的工程造价仅比铝塑复合管、PP-R管高10～20％，而从使用寿命而言它是价廉的管材。 3.2 铸铁管 　　铸铁管是供水管网中使用量最多的一种管材。目前世界上每年铸铁管的产量约700万吨，并每年以3％的速度递增。 　　(1)国外铸铁管生产概况 　　国外工业发达国家从六十年代开始逐渐淘汰了普通灰口铸铁管，普遍采用了球墨铸铁管，现年年产量约600万吨，产品规格为DN50～2900mm，其中美国年产量150～180万吨，日本年产量90万吨，法国年产量60～80万吨，德国年产量40万吨，英国年产量20万吨。法国莫松桥公司、日本久保田公司为世界上规模较大，技术先进的球管生产厂家。 　　目前国外球墨铸铁管铸造技术发展方面，主要是采用的水冷金属型离心铸管技术。但日本对大口径管用树脂砂衬离心铸造技术；独联体地区对大口径管却用半连续铸造技术（带热处理退火工序）。 　　(2)国内铸铁管生产概况 　　我国有铸管厂200多家，年产量约120多万吨，这些厂家主要采用半连续铸造技术生产灰口铸铁管，近年部分铸管厂通过技改，转向生产球铁管，也有一些厂自然淘汰。 　　我国1985年开始从德国、美国等引进了水冷金属型离心铸管技术及设备；国内也自行研制开发了水冷金属型、热模法及树脂砂衬离心球管工艺生产线。现国内球墨铸铁管的生产能力达100万吨/年，口径从DN100～DN2200mm，使我国球墨铸铁管铸造技术，已赶上及达到国际