供水管網(wǎng)的管材綜述31748

1、前言前言近十年來(lái)，因工作需要，筆者對(duì)供水管網(wǎng)所用的管材進(jìn)行了一些調(diào)研，對(duì)各類(lèi)材質(zhì)的管廠參與了一些考察活動(dòng)，并于1998年7月以來(lái)先后撰寫(xiě)了“供水管網(wǎng)的管材評(píng)述”、“淺談熱塑性塑料管材的相關(guān)問(wèn)題”、“球墨鑄鐵管及管件相關(guān)問(wèn)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(píng)價(jià)問(wèn)題”共五篇，均在“中國(guó)水網(wǎng)”上發(fā)表過(guò)，在省內(nèi)、國(guó)內(nèi)一些相關(guān)會(huì)議上進(jìn)行了交流。近年根據(jù)主管部門(mén)的一些要求，管材市場(chǎng)上的一些新行情，本文

2、進(jìn)行了綜合，并進(jìn)行了局部充實(shí)與調(diào)整，綜述意見(jiàn)很難周全，在此僅拋磚引玉，與業(yè)內(nèi)同行共同商討。1.1.供水管網(wǎng)的功能要求供水管網(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(shí)降低供水費(fèi)用。為此，供水管網(wǎng)作為供水系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于它的硬件有以下五點(diǎn)要求：(1)(1)封閉性能高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)(2)輸送水質(zhì)佳輸送水質(zhì)佳自來(lái)水從水廠到用戶，要經(jīng)

3、過(guò)較長(zhǎng)的管道，往往需要幾個(gè)小時(shí)乃至幾天。管網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)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(huì)向水中析出有害物質(zhì)。(3)(3)水力條件好水力條件好供水管道的內(nèi)壁不結(jié)垢、光滑、管路暢通，才能降低水頭損失，確保服務(wù)水頭。(4)(4)設(shè)備控制靈設(shè)備控制靈一個(gè)大城市的供水管網(wǎng)，管道總長(zhǎng)度少的有數(shù)百

4、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(wàn)個(gè)專(zhuān)用設(shè)備，維持著管網(wǎng)的良好運(yùn)行。在管網(wǎng)上的專(zhuān)用設(shè)備包括：閥門(mén)、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(cè)流測(cè)壓裝置等。這些設(shè)備的完好是保證管網(wǎng)運(yùn)行暢通、避免污染的前提。(5)(5)建設(shè)投資省建設(shè)投資省供水管網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用通常占供水系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用的50％～70％，因此如何通過(guò)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

5、運(yùn)行的保證。2.2.管材類(lèi)別管材類(lèi)別2.12.1金屬管材金屬管材(1)(1)鋼管鋼管(SP)(SP)鋼管包括：鋼板直縫焊管與鋼板螺旋焊管(適用于大口徑管道)、無(wú)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)(2)鑄鐵管鑄鐵管(CIP)(CIP)(2.1)(2.1)灰口鑄鐵管灰口鑄鐵管(GCIP)(GCIP)包括離心灰口鑄鐵管、半連續(xù)灰口鑄鐵管(適

6、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)(2.2)延性鑄鐵管延性鑄鐵管(DCIP)(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(chǎng)。(3)(3)有色金屬管有色金屬管包括銅管、鋁管(適用于小口徑管道)。2.22.2非金屬管材非金屬管材(1)(1)水泥壓力管水泥壓力管(1.1)石棉水泥管(ACP)現(xiàn)已不推廣使用；(1.2)自應(yīng)力管(SSCP)在

7、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(chēng)三階段管)(CTPCP)、振動(dòng)擠壓預(yù)應(yīng)力管(又稱(chēng)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)(2)塑料管塑料管(2.1)(2.1)熱塑性塑料管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(P

8、SSCP)、交聯(lián)聚乙烯管(PEX)、改性聚丙烯管(PPR)、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)(2.2)熱固性塑料管熱固性塑料管(GRP)(GRP)GRP管又稱(chēng)玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)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

9、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。3.3.管材適用性概述管材適用性概述3.13.1鋼管鋼管(1)(1)大口徑鋼管大口徑鋼管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(shí)需作陰極保護(hù)，施工過(guò)程中組合焊接工作量大，在地下水位較高時(shí)，可采用膠圈柔性接口措施

10、克服這一困難，與水泥壓力管相比，造價(jià)較高。(1.1)(1.1)制管工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(diǎn)焊)—焊內(nèi)外直縫(自動(dòng)焊)—管段對(duì)接(含點(diǎn)焊)—焊環(huán)形口(自動(dòng)焊)。螺旋焊管的制造標(biāo)準(zhǔn)選用SYT503792《普通流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管》，制作過(guò)程分三個(gè)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(zhǎng)的切割。(1.2)(1.2)鋼管制

11、作質(zhì)量的主要要求鋼管制作質(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(yàn)收規(guī)范》（GB5026897）、《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB5023597)的規(guī)定。鋼管焊縫檢驗(yàn)X射線探傷、超聲波探傷應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)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(chǎng)為10％。實(shí)際檢驗(yàn)時(shí)可任選一種方式，但當(dāng)選用超聲波探傷時(shí)，應(yīng)對(duì)超聲波探傷部位作X射線探傷復(fù)檢，復(fù)檢長(zhǎng)度為規(guī)定探傷數(shù)量的2

12、0％。鋼管出廠前還有時(shí)逐根作水壓試驗(yàn)，試壓值為管線試驗(yàn)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。表1項(xiàng)目允許偏差（mm）周長(zhǎng)D≤6002.0壁不銹鋼管的管件制造有鑄造成型及焊接沖壓成型等工藝，以后者的質(zhì)量較穩(wěn)定，且美觀。薄壁不銹鋼管的工程造價(jià)僅比鋁塑復(fù)合管、PPR管高10～20％，而從使用壽命而言它是價(jià)廉的管材。3.23.2鑄鐵管鑄鐵管鑄鐵管是供水管網(wǎng)中使用量最多的一種管材。目前世界上

13、每年鑄鐵管的產(chǎn)量約700萬(wàn)噸，并每年以3％的速度遞增。(1)(1)國(guó)外鑄鐵管生產(chǎn)概況國(guó)外鑄鐵管生產(chǎn)概況國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家從六十年代開(kāi)始逐漸淘汰了普通灰口鑄鐵管，普遍采用了球墨鑄鐵管，現(xiàn)年年產(chǎn)量約600萬(wàn)噸，產(chǎn)品規(guī)格為DN50～2900mm，其中美國(guó)年產(chǎn)量150～180萬(wàn)噸，日本年產(chǎn)量90萬(wàn)噸，法國(guó)年產(chǎn)量60～80萬(wàn)噸，德國(guó)年產(chǎn)量40萬(wàn)噸，英國(guó)年產(chǎn)量20萬(wàn)噸。法國(guó)莫松橋公司、日本久保田公司為世界上規(guī)模較大，技術(shù)先進(jìn)的球管生產(chǎn)廠家。目前國(guó)外

14、球墨鑄鐵管鑄造技術(shù)發(fā)展方面，主要是采用的水冷金屬型離心鑄管技術(shù)。但日本對(duì)大口徑管用樹(shù)脂砂襯離心鑄造技術(shù)；獨(dú)聯(lián)體地區(qū)對(duì)大口徑管卻用半連續(xù)鑄造技術(shù)（帶熱處理退火工序）。(2)(2)國(guó)內(nèi)鑄鐵管生產(chǎn)概況國(guó)內(nèi)鑄鐵管生產(chǎn)概況我國(guó)有鑄管廠200多家，年產(chǎn)量約120多萬(wàn)噸，這些廠家主要采用半連續(xù)鑄造技術(shù)生產(chǎn)灰口鑄鐵管，近年部分鑄管廠通過(guò)技改，轉(zhuǎn)向生產(chǎn)球鐵管，也有一些廠自然淘汰。我國(guó)1985年開(kāi)始從德國(guó)、美國(guó)等引進(jìn)了水冷金屬型離心鑄管技術(shù)及設(shè)備；國(guó)內(nèi)

15、也自行研制開(kāi)發(fā)了水冷金屬型、熱模法及樹(shù)脂砂襯離心球管工藝生產(chǎn)線?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)球墨鑄鐵管的生產(chǎn)能力達(dá)100萬(wàn)噸年，口徑從DN100～DN2200mm，使我國(guó)球墨鑄鐵管鑄造技術(shù)，已趕上及達(dá)到國(guó)際較好水平，管材、管件除滿足國(guó)內(nèi)需求外，還有一定量的出口。(2.1)(2.1)管材行情分析管材行情分析（2.1.12.1.1）球墨鑄鐵管是供水管網(wǎng)的主要管材）球墨鑄鐵管是供水管網(wǎng)的主要管材A.A.城市供水管網(wǎng)的功能需要球墨鑄鐵管城市供水管網(wǎng)的功能需要球墨鑄

16、鐵管城市供水管道是輸送飲用水的，必須內(nèi)襯材料符合衛(wèi)生要求。球墨鑄鐵管內(nèi)襯了水泥砂漿，管內(nèi)輸水符合衛(wèi)生要求；若輸送水的水質(zhì)不穩(wěn)定，則砂漿內(nèi)表面應(yīng)刷涂衛(wèi)生級(jí)樹(shù)脂保護(hù)，從而并不比非金屬管材差。城市供水管道是輸送有壓力的水，必須管道有承內(nèi)壓的功能。球墨鑄鐵管可承受內(nèi)水壓力超過(guò)2.0Mpa以上，它比非金屬管材強(qiáng)。城市供水管道是敷設(shè)在道路下面，必須管道有承受土壤靜荷載及地面動(dòng)荷載的功能。球墨鑄鐵管系延伸率、剛度、抗拉強(qiáng)度均較大的金屬管道，承受土壤靜

17、荷載及地面動(dòng)荷載的能力通常比其它管材強(qiáng)。當(dāng)然若覆土過(guò)淺、過(guò)深時(shí)，也應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定相關(guān)措施。城市供水管道的分支管件規(guī)格多、數(shù)量大。球墨鑄鐵管的管件規(guī)格齊全，能適應(yīng)新安裝需要，也能適應(yīng)運(yùn)行管道上不停水引接分支的需要，它比非金屬管材解決起來(lái)方便。城市道路下面管線種類(lèi)多、布置緊湊、立面交錯(cuò)、更改頻繁，這些都要求管材的適應(yīng)性強(qiáng)、折裝方便。球墨鑄鐵管系柔性接口，折裝方便、承受局部沉陷的能力好，特別在有地下水或管內(nèi)有少量余水的狀況下維修容易，它比

18、非金屬管材維修難度小。城市道路下面的雨、污水管道容易滲漏，土壤腐蝕性強(qiáng)，要求管道耐腐蝕性好。球墨鑄鐵管通常外表面首先噴涂鋅層，再?lài)娡繛r青保護(hù)，這方面比非金屬管材弱，但比鋼管強(qiáng)。在城市道路已按規(guī)劃定型的條件下，要求道路下面的管道能長(zhǎng)期不維修。球墨鑄鐵管通常有50～100年的使用壽命，比化學(xué)管材及鋼管使用壽命長(zhǎng)。B.B.當(dāng)前城市供水管網(wǎng)組成狀況，預(yù)示著球墨鑄鐵管的發(fā)展當(dāng)前城市供水管網(wǎng)組成狀況，預(yù)示著球墨鑄鐵管的發(fā)展前景前景我國(guó)城市供水管網(wǎng)中

19、，鑄鐵管占80％以上，近幾年逐漸淘汰了灰鑄鐵管，大量使用球墨鑄鐵管。我國(guó)臺(tái)北市在1996年敷設(shè)3412km管道中，球墨鑄鐵管占84.82％。日本東京市城市供水管網(wǎng)中，球墨鑄鐵管約占90％。美國(guó)近幾年內(nèi)，年安裝供水管道23萬(wàn)km，球墨鑄鐵管占47.7％。（2.1.22.1.2）城市供水管網(wǎng)不可能使用單一管材）城市供水管網(wǎng)不可能使用單一管材以上所述，球墨鑄鐵管是城市供水管網(wǎng)的主要管材，在國(guó)外DN50～2900mm之間均有球墨鑄鐵管的產(chǎn)品，在

20、國(guó)內(nèi)DN100～2200mm之間也有球墨鑄鐵管的產(chǎn)品，但并不說(shuō)明城市供水管網(wǎng)要使用單一管材，其理由如下：A.DN≥1400mm及DN≤200mm的球墨鑄鐵管，鑄造難度大、相對(duì)價(jià)格高。B.大口徑球墨鑄鐵管的管件，鑄造難度大、相對(duì)價(jià)格高。C.大口徑球墨鑄鐵管管壁簿，承、插口端容易變形，影響管道敷設(shè)。綜上所述，在國(guó)內(nèi)各城市供水管網(wǎng)中，球墨鑄鐵管目前宜適用于DN300～1200mm之內(nèi)。（2.22.2）推廣球墨鑄鐵管時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題）推廣球墨

21、鑄鐵管時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題A.A.管材質(zhì)量控制是關(guān)鍵管材質(zhì)量控制是關(guān)鍵球墨鑄鐵管不同于灰鑄鐵管的鑄造，它是鑄管行業(yè)的高科技產(chǎn)品，它從原料選擇及每道工序的質(zhì)量控制都有嚴(yán)格的要求。球墨鑄鐵的原材料要求含磷≤0.1％、含硫≤0.015％，否則應(yīng)有脫磷、脫硫措施。熔煉的鑄鐵鐵水，再以電爐提高鐵水溫度達(dá)1550℃左右。隨之添加鎂、鈣、鈰等堿土金屬或稀土金屬的球化劑，使含在鑄鐵中的石墨組織從片狀變成球狀；添加球化劑后的鐵水應(yīng)以光譜儀快速檢驗(yàn)鐵水中主要

22、化學(xué)元素的含量及金相分析。主要化學(xué)元素含量應(yīng)符合要求（碳3.6～3.75%；硅1.8～2.1%；錳≤0.4%；磷≤0.05%；硫≤0.02%；鎂0.03～0.05%；稀土元素0.01～0.03%）。按GB944188標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行金相檢驗(yàn)，要求球化等級(jí)以二級(jí)為主；球化率大于80%；石墨大小為6～7級(jí)(在400倍視場(chǎng)下，球徑為1.5～4mm)，石墨球數(shù)達(dá)600～800個(gè)mm2；滲碳體≤1%；小口徑管鐵素體≥90%，大口徑管為85%左右(球光體控

23、制在8～12%內(nèi))。上述快速檢驗(yàn)合格后，則鐵水在1015分鐘內(nèi)倒入鋼模中離心鑄造成管坯。這種管坯必須經(jīng)熱處理后成可延性的球墨鑄鐵管（中、小口徑的管材延伸率應(yīng)≥10％；大口徑的管材延伸率應(yīng)≥7％）。根據(jù)ISO253191國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，這種球墨鑄鐵管的力學(xué)性能指標(biāo)為：抗拉強(qiáng)度≥420MPa；抗彎強(qiáng)度≥590MPa；屈服點(diǎn)強(qiáng)度≥300MPa；布氏硬度≤230。根據(jù)ISO81791995標(biāo)準(zhǔn)，外涂層應(yīng)為鋅瀝青，噴涂應(yīng)在管材表面潔凈、預(yù)熱的條件

24、下進(jìn)行，規(guī)定噴鋅量≥130gm2，焦油瀝青噴涂層厚度約0.08mm?，F(xiàn)不少用戶忽略了噴鋅這一要求，國(guó)外明確提出只有鋅層與管表面結(jié)合為一體時(shí)，再?lài)娡繛r青后才能對(duì)管材提供有效的保護(hù)。根據(jù)ISO41791985標(biāo)準(zhǔn)，管內(nèi)表面均應(yīng)水泥砂漿襯里，日本還在砂漿表面噴涂衛(wèi)生級(jí)不飽和樹(shù)脂。管材、管件的補(bǔ)焊問(wèn)題，有些廠明確補(bǔ)焊的措施，有些廠口頭表示不補(bǔ)焊，而實(shí)際上又存在補(bǔ)焊的情況。作為用戶，原則上不同意管材、管件進(jìn)行補(bǔ)焊；國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提及，若管材、管件進(jìn)