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供水管网的管材综述

[ 建筑工程教育网 | http://www.cngcw.com| 时间:2007-12-13 9:57:00 | 收藏本文 ] 【
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  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。

  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。

  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

  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);

  耐盐雾性500h试验达一级(试验方法GB1771);

  耐污水性100o;C 90d 合格(试验方法GB1733乙法);

  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。

  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

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