供水管網的管材綜述

論文類別:工學論文 > 材料工程學論文
論文作者: 未知
上傳時間:2005/11/2 15:46:00

摘要:本文闡述了供水管網的功能要求;扼要敘述了管材的類別及適用范圍;具體講述了各類管材的特點及質量情況;並对各類管材從水力條件、物理性能、價格、工程造價等方面進行了比較,提出了推薦性建議。

前言

近十年來,因工作需要,筆者對供水管網所用的管材進行了一些調研,對各類材質的管廠參與了一些考察活動,並於1998年7月以來先后撰寫了“供水管網的管材评述”、“淺談熱塑性塑料管材的相关問題”、“球墨鑄鐵管及管件相關問題的商討”、“關于預應力鋼筒砼管(PCCP)的推广應用”、“關於供水管材衛生狀況的評價問題”共五篇,均在“中國水網”上發表過,在省內、國內一些相關會議上進行了交流。近年根據主管部門的一些要求,管材市場上的一些新行情,本文進行了綜合,並進行了局部充實與調整,綜述意見很難周全,在此仅拋磚引玉,與業內同行共同商討。

1.供水管網的功能要求

供水企業的根本任務是向用戶提供清潔的飲用水,連續供應有壓力的水,同時降低供水費用。為此,供水管網作為供水系統的重要環节,對於它的硬件有以下五點要求:
(1)封閉性能高
供水管網是承壓的管網,管道只有良好的封閉性,才是連續供水的基本保證。
(2)輸送水質佳
自來水從水廠到用戶,要經过較長的管道,往往需要幾個小時乃至幾天。管網實際上是一個大的反應器,出廠水未完成的化學反應將在管網中繼续進行,並且含氯水与管壁發生新的接觸,有可能產生新的反應,這些反應有生物性的、感官性的以及物理化學性的。因此要求管道內壁既要耐腐蝕性,又不會向水中析出有害物質。
(3)水力條件好
供水管道的內壁不結垢、光滑、管路暢通,才能降低水頭损失,確保服務水頭。
(4)設備控制靈
一個大城市的供水管網,管道總長度少的有數百公裏,多的达數千公裏,在這樣的大型供水管網中有成千上萬個专用設備,維持著管網的良好運行。
在管网上的專用設備包括:閥門、消火栓、通氣閥、放空閥、沖洗排水閥、減壓閥、調流閥、水锤消除器、檢修人孔、伸縮器、存渣鬥、測流测壓裝置等。這些設备的完好是保證管網運行暢通、避免污染的前提。
(5)建設投資省
供水管网的建設費用通常占供水系統建設費用的50%~70%,因此如何通過技術經濟分析確定供水管網的建設規模,恰當選用管材及設備是管網合理運行的保證。

2.管材類别

2.1 金屬管材
(1) 鋼管(SP)
鋼管包括:鋼板直縫焊管與鋼板螺旋焊管(適用於大口徑管道)、無縫鋼管(適用於中小口徑管道)、不銹鋼管(適用于中小口徑管道),鍍鋅鋼管與钢塑復合管(適用於小口徑管道),近年多數城市已不用鍍鋅鋼管。
(2)鑄鐵管(CIP)
(2.1) 灰口鑄鐵管(GCIP)
包括離心灰口鑄铁管、半連續灰口鑄鐵管(適用於中小口徑管道)。近年多數城市供水企業已不用灰口鑄铁管。
(2.2) 延性鑄鐵管(DCIP)
包括退火球墨鑄鐵管、鑄態球墨鑄鐵管(適用於各种口徑管道,主要是中小口徑管道),鑄態球墨鑄鐵管亦逐渐退出市場。
(3)有色金屬管
包括銅管、鋁管(適用於小口徑管道)。
2.2 非金屬管材
(1)水泥壓力管
(1.1) 石棉水泥管(ACP)現已不推廣使用;
(1.2) 自應力管(SSCP)在小城鎮及農村用於中小口徑管道;
(1.3) 預應力管(PCP)
包括管芯纏絲預应力管(又稱三階段管)(CTPCP)、振動擠壓預應力管(又稱一阶段管)(PVCP)、預应力鋼筒砼管(PCCP),適用於大中口徑管道。其中預應力鋼筒砼管是前者的新一代產品。
(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);聚乙烯夾鋁復合管(PAP)、孔網鋼带塑料復合管(PSSCP)、交聯聚乙烯管(PEX)、改性聚丙烯管(PP-R)、聚丁烯管(PB)、尼龍管(PA)(適用於小口徑管道);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)(主要適用於水廠投加氯及凈水劑的管道,目前也有中口徑管道產品)。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
(2.2)熱固性塑料管(GRP)
GRP管又稱玻璃纤維增強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管在大口徑工業用水管道上、排汙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
钢管通常選用Q235B(A3)鎮靜鋼鋼板制作,它的強度高,管材及管件易加工,管廠建設周期短,特別是地形復雜的地段,一般采用鋼管。但鋼管的剛度小,易變形,衬裏及外防腐要求嚴,必要時需作阴極保護,施工過程中组合焊接工作量大,在地下水位較高时,可采用膠圈柔性接口措施克服這一困難,與水泥压力管相比,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)—焊內外直縫(自动焊)—管段對接(含点焊)—焊環形口(自動焊)。

螺旋焊管的制造標準選用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,即條形钢帶制作,螺旋成形及內焊,螺旋管外焊及管段定長的切割。
(1.2)鋼管制作質量的主要要求
鋼管焊接符合現行的《給水排水管道工程施工及驗收規范》(GB50268-97)、《工業金属管道工程施工及驗收規範》(GB50235-97)的規定。
鋼管焊縫检驗X-射線探傷、超聲波探傷應符合現行國家标準《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規範》的規定。钢管焊縫探傷數量,在工廠為5%,在現場為10%。
實際檢驗時可任選一種方式,但當选用超聲波探傷時,應对超聲波探傷部位作X射線探傷復檢,復檢長度為規定探傷數量的20%。鋼管出廠前還有時逐根作水压試驗,試壓值為管線試驗壓力的1.25倍。
直縫焊管焊缝外觀應符合相應要求外,管節幾何尺寸允許偏差,应符合表1規定。

管節拼裝時,縱向焊縫錯開300mm,管徑小于600mm時,間距也應大於100mm。

(1.3)鋼管內襯質量的主要要求
鋼管內衬材料有水泥砂漿或環氧樹脂等。
A.水泥砂漿內襯的質量要求
a.內襯前檢查管道橢園率不大於管內徑的2%,管內壁無浮銹、雜物、油脂等,管內焊縫高度不大於內襯厚度的1/3。
b.水泥選用525號矽酸鹽水泥,砂為幹凈中砂(粒徑0.15~1.2mm),水泥砂漿重量配比在1∶1~2內選用,坍落度宜取60~80mm,抗壓強度≥30MPa。
c.內襯厚度及允許公差如表2。


d.水泥砂漿內衬後的內壁粗糙系數n≤0.012。
e.內襯因收縮引起的裂縫,當其寬度≤0.8mm,且軸向長度不大於園周長度和不大於2m時,可不修補,否則應修補。
f.表面缺陷(麻面、砂穴、空窩)面積大於5cm2,深度大於內補厚度允許公差值,空鼓面積大於400cm2則應修補。
B.環氧樹脂内噴襯的質量要求
內噴襯用環氧樹脂的材質及作業要求,由於目前國家还沒有相應標準,而是參考石油天燃氣行業標準‘SY/T4057--93’標準提出以下要求:
a.鋼管內壁噴砂等方式除銹達到GB/T8923的Sa2.5級標準的要求,使管壁呈現金屬本色;
b.作內喷襯的液體環氧樹脂應具有衛生部的衛生許可證,且施工過程中對人體無害;
c.襯層總厚度≥400μm(通常噴涂五道,第一道底漆在喷砂除銹後一小時內完成,待表幹後喷下一道);
d.塗層附著力達1~2級(試驗方法GB1720);
e.表面硬度,用2H鉛筆試劃無劃痕(試驗方法GB6739);
f.柔韌性1.0mm(試驗方法GB1731);
g.耐沖擊性能≥4.9(试驗方法GB1732);
h.粘度≥0.2Pa.s(試驗方法GB1723);
i.細度≤80μm(試驗方法GB1724);
j.表幹時間≤4h,實幹時間≤24h(試驗方法GB1728);
k.甲組份固體含量≥70%,乙組份固體含量≥80%(試驗方法GB1725);
·.分別在10%NaOH、30%H2SO4、10%NaCl中耐化學試劑性180d合格(試驗方法GB1763);
m.耐鹽霧性500h試验達一級(試驗方法GB1771); 轉贴於 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
n.耐汙水性100º;C 90d 合格(試验方法GB1733乙法);
o.噴襯後應抽檢塗層厚度、孔隙、氣泡 ,機械損傷等,對發現的缺陷及時修補。
(1.4)鋼管外防腐的質量要求
參考石油部部标準“SYT28-87”,提出以下要求:
a.鋼管表面除銹應達到GB8923-88的Sa2.5級標准,呈現金屬本色,無可見的油脂、污垢、鐵銹等附著物;
b.防腐材料應耐酸、耐堿、耐微生物侵蚀,塗有防腐材料的鋼板在10%鹽酸及10%苛性鈉溶液中,分別浸泡90天;在30%硫酸溶液中浸泡7天,防腐層外觀無變化;
c. 剪切粘結強度≥4Mpa;抗沖擊強度1.2J;工頻擊穿強度≥20kv/mm;體积電阻率≥1×1012Ω.cm;陰極剝離≥3級;吸水率≤0.4%;耐好氣性微生物侵蚀≥2級;
d.防腐層應在24小時內固化,厚度均勻、密實、不翹、不皱、不空鼓、不漏色,不粘手,外觀完整;
e.防腐層固化后,用小刀劃開舌形切口,無法使塗層分層剝落,底漆與金屬表面粘結良好;
f.防腐層表面硬度好,耐磨性好,钢絲繩懸吊不產生0.1mm的痕跡;
g.防腐塗層固化後及三個月後,絕緣性能均良好,要求電火花儀檢測的擊穿電压達10000v,最低不小於6000v,且每平方米面積上只允許二處6000v以上針孔击穿;
h.操作方便,對人体及環境無害;
i.采用環氧煤瀝青防腐蝕塗料時,底漆應在喷砂除銹後一小時內完成,以五油二布、總厚度≥600μm,可符合以上要求。
(1.5)鋼管的陰極保護措施
a.埋地鋼管在腐蝕性土壤中采用陰極保護措施。
土地按實測的土壤电阻率(Ω.m)值來判别其腐蝕性程度,如表3。
b.陰極保護措施有犧牲陽極法及外加電流法,應根據具體情况選用與設計計算。(略)
(2)鍍鋅钢管
在國內過去小口徑管道上,主要使用的是鍍鋅鋼管(白铁管),但因銹蝕問題,影響水質及使用年限,近年多數城市已不再使用。另外,市場上出售的冷鍍锌鋼管,鍍鋅層薄,管內壁更差,甚至未鍍上,極影響水質,使用3~5年就腐蝕穿孔,不符合供水管道使用,作為偽劣產品,已禁用。
(3)薄壁不銹鋼管(LGSSP)
近幾年國內已有一些企業可制造薄壁不銹鋼管,並制造出胶圈快速連接的管件,它在冷熱水管應用上前景广闊,各種規格的管材、管件及阀門、水咀等已形成“白钢系列”產品,它不存在銹蝕與材质老化的問題,使用壽命長,外形美觀,它在小口徑管材中將是競爭力很強的品種。
用於冷熱水供應的不銹鋼管系0Cr18Ni9牌號的不銹钢薄板,它的抗拉強度達520Mpa,延伸率≥35。在小口徑埋地及明敷管道中,有多種連接方式,通常采用压縮式密封圈連接較好,也就是先把螺母管件套在配管上,再用專用工具將配管脹成一山形臺凸緣,將密封圈放入連接管件的內壁,用手擰螺母,使螺母與連接管件相接,後用扳手擰緊。此種連接方式有防滑脱的功能,亦便於裝拆。若是管道埋於墻壁內,通常用對接焊連接,局部用法蘭連接。输送熱水的管道,外套保溫膠管。薄壁不銹钢管的管件制造有鑄造成型及焊接沖壓成型等工藝,以後者的質量較穩定,且美觀。薄壁不銹鋼管的工程造價僅比鋁塑復合管、PP-R管高10~20%,而從使用壽命而言它是價廉的管材。
3.2 鑄鐵管
鑄铁管是供水管網中使用量最多的一種管材。目前世界上每年鑄鐵管的產量約700萬噸,並每年以3%的速度遞增。
(1)国外鑄鐵管生產概況
國外工業發達國家從六十年代開始逐漸淘汰了普通灰口鑄鐵管,普遍采用了球墨鑄鐵管,現年年產量約600萬噸,產品規格為DN50~2900mm,其中美國年產量150~180萬噸,日本年產量90萬噸,法國年產量60~80萬噸,德國年产量40萬噸,英國年產量20萬噸。法國莫松橋公司、日本久保田公司為世界上規模較大,技術先進的球管生產廠家。
目前國外球墨鑄鐵管鑄造技術發展方面,主要是采用的水冷金屬型離心鑄管技術。但日本對大口徑管用樹脂砂襯離心鑄造技術;獨聯體地區對大口徑管卻用半連續鑄造技術(帶熱處理退火工序)。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
(2)國內鑄鐵管生產概況
我國有鑄管廠200多家,年產量約120多萬噸,這些厂家主要采用半連續鑄造技術生产灰口鑄鐵管,近年部分鑄管廠通過技改,轉向生產球鐵管,也有一些厂自然淘汰。
我國1985年開始从德國、美國等引進了水冷金屬型離心鑄管技術及設备;國內也自行研制開发了水冷金屬型、熱模法及樹脂砂襯离心球管工藝生產線。現國內球墨铸鐵管的生產能力達100万噸/年,口徑從DN100~DN2200mm,使我國球墨鑄鐵管鑄造技術,已趕上及達到國際較好水平,管材、管件除滿足國內需求外,还有一定量的出口。
(2.1)管材行情分析
(2.1.1)球墨鑄铁管是供水管網的主要管材
A.城市供水管網的功能需要球墨鑄鐵管
·城市供水管道是輸送飲用水的,必須內襯材料符合衛生要求。
球墨鑄鐵管內襯了水泥砂漿,管內輸水符合衛生要求;若輸送水的水質不穩定,則砂漿內表面應刷塗衛生級樹脂保护,從而並不比非金屬管材差。
·城市供水管道是輸送有壓力的水,必須管道有承內壓的功能。
球墨鑄鐵管可承受內水壓力超過2.0Mpa以上,它比非金屬管材強。
·城市供水管道是敷設在道路下面,必須管道有承受土壤靜荷載及地面動荷載的功能。
球墨鑄鐵管系延伸率、剛度、抗拉強度均較大的金屬管道,承受土壤靜荷載及地面動荷載的能力通常比其它管材強。當然若覆土過淺、过深時,也應通過結構計算确定相關措施。
·城市供水管道的分支管件規格多、數量大。
球墨铸鐵管的管件規格齊全,能適应新安裝需要,也能適应運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方便。
·城市道路下面管線種類多、布置緊湊、立面交錯、更改頻繁,這些都要求管材的適應性強、折裝方便。
球墨鑄铁管系柔性接口,折裝方便、承受局部沈陷的能力好,特別在有地下水或管內有少量余水的狀況下維修容易,它比非金屬管材維修難度小。
·城市道路下面的雨、汙水管道容易滲漏,土壤腐蝕性強,要求管道耐腐蝕性好。
球墨鑄鐵管通常外表面首先噴塗鋅層,再噴塗瀝青保護,這方面比非金屬管材弱,但比鋼管強。
·在城市道路已按規劃定型的條件下,要求道路下面的管道能長期不維修。
球墨铸鐵管通常有50~100年的使用壽命,比化学管材及鋼管使用壽命长。
B.當前城市供水管網組成狀况,預示著球墨鑄鐵管的發展前景
·我國城市供水管網中,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。
·我國臺北市在1996年敷設3412km管道中,球墨鑄鐵管占84.82%。
·日本東京市城市供水管网中,球墨鑄鐵管約占90%。
·美國近幾年內,年安裝供水管道23萬km,球墨鑄鐵管占47.7%。
(2.1.2)城市供水管网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的主要管材,在國外DN50~2900mm之間均有球墨鑄鐵管的產品,在國內DN100~2200mm之間也有球墨鑄鐵管的產品,但並不說明城市供水管網要使用單一管材,其理由如下:
A. DN≥1400mm及DN≤200mm的球墨鑄鐵管,鑄造難度大、相對價格高。
B. 大口徑球墨鑄铁管的管件,鑄造難度大、相对價格高。
C.大口径球墨鑄鐵管管壁簿,承、插口端容易變形,影響管道敷設。
综上所述,在國內各城市供水管網中,球墨鑄鐵管目前宜適用於DN300~1200mm之內。
(2.2)推廣球墨铸鐵管時應註意的幾個問題
A.管材质量控制是關鍵
·球墨鑄鐵管不同於灰铸鐵管的鑄造,它是鑄管行業的高科技產品,它從原料選擇及每道工序的質量控制都有嚴格的要求。
·球墨鑄鐵的原材料要求含磷≤0.1%、含硫≤0.015%,否则應有脫磷、 脫硫措施。
·熔煉的鑄鐵鐵水,再以電炉提高鐵水溫度達1550℃左右。
·随之添加鎂、鈣、鈰等碱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状;
·添加球化劑後的鐵水應以光譜儀快速檢驗鐵水中主要化學元素的含量及金相分析。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
主要化學元素含量應符合要求(碳3.6~3.75%;矽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GB9441-88标準進行金相檢驗,要求球化等級以二級為主;球化率大於80%;石墨大小為6~7級(在400倍視场下,球徑為1.5~4mm),石墨球數達600~800個/mm2;滲碳體≤1%;小口徑管鐵素體≥90%,大口徑管為85%左右(球光體控制在8~12%內)。
·上述快速檢驗合格後,則鐵水在10-15分鐘內倒入鋼模中離心鑄造成管坯。
·這種管坯必須經熱處理後成可延性的球墨鑄鐵管(中、小口徑的管材延伸率應≥10%;大口徑的管材延伸率應≥7%)。
· 根據ISO2531-91國際標准的要求,這種球墨鑄鐵管的力学性能指標為:抗拉強度≥420MPa;抗彎強度≥590MPa;屈服點強度≥300MPa;布氏硬度≤230。
·根據ISO8179-1995標準,外涂層應為鋅+瀝青,噴涂應在管材表面潔凈、預熱的條件下進行,規定噴鋅量≥130g/m2,焦油瀝青噴塗層厚度約0.08mm。現不少用戶忽略了噴鋅这一要求,國外明確提出只有鋅層与管表面結合為一體時,再噴塗瀝青後才能對管材提供有效的保護。
·根據ISO4179-1985標準,管內表面均應水泥砂漿襯里,日本還在砂漿表面噴塗卫生級不飽和樹脂。
·管材、管件的補焊問題,有些廠明確補焊的措施,有些廠口頭表示不補焊,而實際上又存在補焊的情況。作为用戶,原則上不同意管材、管件進行補焊;國外相關標準提及,若管材、管件進行了補焊,並通過了相應復核性檢驗,建議向用戶說明原因,向原意接受的用戶出售。
·管材出廠前逐根试壓檢驗、承口內清除鐵瘤、拋光處理、承插口膠圈工作面刷塗衛生級的環氧樹脂,口徑≥400mm時建議管材運輸與堆放期間,承口端應加內支撐。
B.管件問題
管件的問題包括管件質量及规格品種配套的問題。
·管件質量长期影響著球墨鑄鐵管的發展,近五年內蒙赤峰管道鑄造有限公司、湖南桃江鑄管廠、四川川建管道有限公司等單位運用消失模法(EPS)負壓實型鑄造球墨鑄鐵管件在國內得到可喜的成功,川建管道有限公司鑄造的管件完全不必機械二次加工,使管件質量趕上了管材的质量。
消失模法負壓實型鑄造的主要設備有:制模設備(預發機、成型機);模型粘結组合設備(簡易或自動粘結機);塗料及塗層制備設備(塗料研磨機、塗料箱);造型設備(振动臺、加砂裝置);落砂設備(翻箱機、底泄砂裝置);砂處理设備(篩分設備、冷卻裝置、水平及垂直輸送設備);負壓澆註设備(真空系統);抛丸除銹設備;環保設备(除塵系統、澆註尾氣凈化裝置)。
消失模法負壓實型鑄造的主要原輔材料有:泡塑模型原材料(可發性聚苯乙烯珠粒EPS);模型粘結膠;模型粘結胶帶紙;模型表面修補劑、修補膏;型砂等。
利用消失模法負壓實型鑄造球墨鑄鐵管件,表面平整,可使管件厚度減少1/4,法蘭盤端面及法蘭盘孔不另行加工,承、插口工作面可不加工或少加工。
消失模法負壓實型铸造屬精密鑄造工藝,目前主要在中、小口徑管件上應用,各個工序上质量控制較嚴,泡塑模型原材料的质量、模型粘結膠的质量、模型成型的質量、塗層的质量、造型工藝、澆註工藝等對鑄件的質量影響是不可忽視的,只有嚴把質量關才能使鑄件質量穩定。鑄件外觀質量好了,還不能说明鑄件質量的全面情況,法蘭盤的平整度及尺寸、柔性接口工作面尺寸,都應核查,特別是产品逐件的水壓檢驗不可免除。
消失模法鑄造的管件售價較高,但管件重量輕、免機械加工,工程造價基本持平,它應是當前球墨鑄鐵管件的較理想的鑄造工藝。
大口徑管件目前較好的铸造是采用樹脂砂成型,質量較好。
近年國内有廠家試用金屬模上高壓噴射樹脂砂,一方面使金屬模重復使用,再方面使管件表面質量提高,也是很有前途的鑄造工藝。
·管件的規格品種一定要與管材的口徑配套,一定要與異形管件柔性接口防滑脫的措施銜接好。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
C.柔性接口防滑脫問題
柔性接口的優點己經得到公認,但在異形管處支礅尺寸較大,有時在道路下面無法實施,因此研究柔性接口防滑脫問題十分迫切,歸納起來有以下幾種方式:
·承插接口處加拉箍——利用拉箍與管表面的摩擦力來減少柔性接口滑脫力,從而減小支礅尺寸。如若管道口徑不大,多個承插接口處又加拉箍,甚至免砌築支礅。
·帶止退槽的螺旋式接口——管承口端有內螺扣,螺紋壓蘭壓緊擋環,使密封膠圈限位,若插口端加工有止退槽,則具有防滑脫功能。
·自錨式接口——它是一種特殊的機械式接口,它由焊接於管插口端的擋環、外形帶曲率的鎖緊環、特殊的壓蘭及螺栓組成,它通過壓蘭、鎖紧環實行自錨,較好地結合了柔性接口的密封性與防滑脱性。
·座圈卡固接口——它也是一種特殊的機械式接口,承口較長,承插口間用座圈卡固,其抗剪強度大,抗滑脫性能好,适用於較大口徑管道上。
·復合接口——它是承口端用傳統的T型接口外增加了防滑脫接口,因此承口較長,防滑脫接口系防滑脫膠圈與錐形鋼环組成。
·防滑脫膠圈——它是不改变管承插口T型接口的形式,僅是傳統的T型膠圈的內斜面均勻分布了數個防滑脫鋼釘,從而具有8-9倍傳統的T型膠圈的防滑脫力。
除以上列舉的方式外,尚還有一些方式,這些方式均有待在研制、實踐中去鑒別與完善。
D.膠圈問題
球墨鑄鐵管可使用50~100年的問题可以理解,橡膠圈能否達到这樣的壽命?沒有把握,這也是所有柔性接口存在的同一疑問。因此厂方提供配套膠圈時應向用戶说明以下內容:
·膠圈由那個橡膠廠供貨,該廠的相關證件;
·膠圈是選用什麽材料制作,執行的什麽標準,該批膠圈化學、物理檢驗數據,用於供水管網的膠圈通常選用三元乙丙及丁晴橡膠,切勿摻和再生膠;
總的而言,當前膠圈重視的程度是不够的,產品標準中對此規定得亦不細,建議相關部門應指定專業科研單位作進一步工作,用管單位在訂貨時應有明確要求,在大批量訂貨時,應委托省、市質檢部門作化學、物理抽验。
另外大口徑球鐵管在较大覆土條件下,必須通過結構計算,采取相應措施,才能確保球鐵管管道的安全運行。
3.3 水泥壓力管
3.3.1石棉水泥管
我國在六十年代,部分城市使用過,目前幾乎沒有使用。
3.3.2自應力管
自應力管是用自應力砼並配置一定數量的鋼筋制成的。制管用的自應力水泥是用425號或525號普通矽酸鹽水泥、325或425號礬土水泥和二水石膏,按適當比例加工制成,所有鋼筋為低碳冷撥鋼絲或鋼絲網。
國內生產的自應力管規格主要在100~600mm之間,由於工藝簡單,制管成本較低,有100多個生產厂家,年產量近1000km,但由於容易出現二次膨脹及橫向断裂,目前主要用於小城鎮及農村供水系統中。
3.3.3預應力管
預應力管包括一階段管、三階段管、預應力鋼筒砼管。
(1)一階段管
一階段管的制管過程是先把作為環向預應力钢絲的鋼筋骨架放到裝配好的管模中,布置上縱向鋼筋,用電熱法或機械法使縱向鋼筋獲得預應力,然后澆註砼,此後向特制的橡膠內膜中註水升壓,使膠模膨脹,砼、外模和鋼筋一道膨脹變形,把砼中水份排擠掉。環向鋼筋獲得了預應力,並立即進行蒸汽養护,待砼凝固後將內模中的水压泄放,脫外模即成產品。
此種工藝由瑞典“遜他布”公司於1952年試制成功,所以在國外稱“遜他布管”,我國於1968年研制成功,以西安红旗水泥制品廠,北京水泥制品廠及株州水泥制品廠等單位生產,最大口徑達2m,其中株州水泥制品廠還從瑞典引進了制管技術及設備。
此種工藝的特點是強度及抗滲性較好,管壁較薄,但外模合縫處容易漏漿,修补率高,承口要磨削加工。
(2)三阶段管
三階段管是指一根管材分三個阶段制成,先做成一個帶縱向預应力的砼管芯,管芯外纏環向預應力钢絲,然後作水泥沙漿保護層。
管芯成形工艺又分離心法與懸輥法。国內以遼陽水泥制品厂、四川雙流水泥制品廠等单位制造,遼陽廠還從澳大利亞引進了懸輥法制管技術及设備。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
此种工藝建廠費用低,宜於流動性生產,唯抗滲性能差,修補率高,管體笨重。
(3)預應力钢筒砼管
預應力鋼筒砼管是在帶鋼筒(薄钢筒的厚度約1.5mm左右)的砼管芯上,纏繞一層或二層環向預應力鋼絲,並作水泥砂槳保護层而制成的管子。它的開發應用已有半個多世紀的歷史,這一技術是法國Bonna公司最先研制的,到上世紀四十年代歐、美競相開发,目前美、法各國的年產量達數十萬公裏,其中美国、加拿大是世界上推廣使用預應力鋼筒砼管最多的國家,廣泛應用於城市輸配水幹管、火電站供水管、水利工程、雨汙水幹管、工業供水及廢水管線等方面,目前世界上規模最大的利比亞“人工河”第一期工程,全长1900km,就是使用直徑4m、工壓2.8Mpa的預應力鋼筒砼管敷設,工程全部完工後運行情況良好。
世界上主要制造预應力鋼筒砼管的廠家有美國“Ameron”公司(DN1200~4000mm),美國的“Price Brather"公司(DN1200~4000mm),法國的“Bonna”公司(DN600~2500mm),德国的“Dyckerhoff-Widmann”公司(DN600~2500mm)。
二十世紀八十年代末,隨著我國城市供水、工業用水、農田水利建設的迅猛發展,对於輸水管材提出更高的要求,山東電力管道有限公司、無錫華毅管道有限公司先後從美國“Ameron”公司引進技術及關鍵設備,深圳太陽管道公司從美國的“Price Brather”公司全套引進該公司的制管技術及設備。經過近十年對引進技術及設備的消化,完全己能國產化了,且於1996年此類管材在我國建材行業頒布了《预應力鋼筒砼管》行業標準(JC625-1996)。近年四川興建的(PCCP)企業-成都金煒制管有限责任公司,就是使用國內的技術與設备裝備PCCP生產線的一個範例,該公司從投產至今沒有出現一根廢管,實現了从管材設計、制造、檢測到運输、安裝、使用等方面的規範化、系列化服務。
近幾年來不完全統计,全國巳安裝此類管材達200多km,在廣東、江苏、江西、山東、四川等省使用情況良好,通常試壓檢驗一次成功,通水後沒有發現大的故障。
(3.1)預應力鋼筒砼管的制造
此種管材分兩個類型:內襯式管及埋置式管。內襯式(Lined Cylinder Type)和埋置式(Embedded Cylinder Type)的區別,前者系指在鋼筒內壁成型砼層後,在鋼筒外表面上纏繞環向預应力鋼絲,並作水泥砂槳保護層而制成的管子;後者系指在鋼筒內、外側成型砼層後,在管芯砼外表面上纏繞環向預應力钢絲,並作水泥砂槳保护層而制成的管子。前者采用離心工藝成型,口径偏小(DN≤1200mm),後者采用立式振動工藝成型,口徑偏大(DN≥1200mm)。此種管材抗滲压力很高,工作壓力通常為1.5~3.0MPa,可達5.0MPa。此種管材的 管徑範圍是DN400~4000mm,最大可達DN7600mm。
在行業標準中,產品型號以代號PCCPL表示內衬式結構;以代號PCCPE表示埋置式結構。管子壓力級別以靜水壓力將產品分為九級(0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0Mpa),以大寫羅馬字母表示。管子的產品標記以管子代號、公稱內徑、壓力等級、行业標準號組成,如公稱內径1600mm、靜水壓力為1.0Mpa、埋置式預應力鋼筒砼管,則標記為 PCCPE 1600 Ⅳ JC 625 。
埋置式PCCP生產線的關鍵設備有螺旋制筒設備、鋼筒水压檢驗設備、管芯立式振動成型及蒸養設備、立式差速纏繞预應力鋼絲的設備、立式輥射噴漿設備、承插口環成型設备(采用分層手工對接焊)、薄鋼板埋弧焊設備。以上設備現國內均能自制,多数廠家僅焊接設備外購。
內衬式PCCP生產線,除山東电力管道工程公司有进口的螺旋制筒設備外,均采用平板直縫焊接卷筒設備,其它设備有鋼筒臥式水壓檢驗設備、管芯臥式離心成型設備、蒸養設备、臥式差速纏繞預應力鋼絲的設备、臥式輥射噴漿設備、承插口環成型設備(采用分層手工對接焊)、薄鋼板埋弧焊設備。
以上兩條生產线的設備,主要是仿制美國“Ameron”公司的工艺。致於美國的“Price Brather”公司的工藝,采用平板直縫焊接卷筒設備,管芯成型、纏繞預應力鋼丝、輥射噴漿等均采用臥式設備,承插口環成型采用了高頻對接焊設備。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
(3.2)預應力鋼筒砼管的特點
A.此類管材由於管芯中嵌入了一層薄壁鋼筒,实質上是一種鋼板與預应力砼的復合管材,它比一阶段、三階段預應力管具有較好的抗滲性。
B.此類管材由於承插端的工作面是定型鋼制口環,幾何尺寸誤差小,承插工作面間隙僅1-2mm,O型膠圈占滿凹型槽內,密封性能良好,在內水压力下,膠圈無法沖脫,往往滴水不漏,從而改善了一階段、三階段管胶圈安裝不到位則容易冲脫、承插口容易滴水的問題。
此類大口徑管材的承插口,可設計成雙膠圈,在逗管後可在承插口雙膠圈之間的小孔處,用小型人工試壓的方法檢验接口的密封性,有利及早發现問題,及時進行返工。致於接口試壓後,管道可免作水壓檢驗的問題,在一些水司目前还有保留看法。
C.此类管材的承插接口是半柔性接口,盡管承插鋼制口環作了衛生級的環氧樹脂刷塗,通常為1道底漆、2~3道面漆,刷塗總厚度≥0.4mm。若是采用非衛生級的帶銹防銹漆是欠妥的。
建議在鋼制口環與鋼筒焊接成型後,就在口環工作面除銹,刷涂底漆,而在管材成型後再補刷底漆、刷面漆,效果較好。刷塗環氧樹脂的防腐效果與鋼板端面除銹的效果關系密切,防腐作业往往在管材最後一道工序完成,除銹方式受多方面的限制,畢竟會影響效果。管材承插逗接後,在接口內外間隙處要用水泥砂漿灌註封口,鋼板則在高堿度的鈍化區內,從而不易發生腐蝕。
但半柔性接口承擔不均勻沈降引起接口處的應力集中,將比柔性接口較大,故管道基礎及管胸腔的回填,比一階段、三階段預應力管要求較嚴,通常在較硬的溝底应作砂墊層。如同一階段、三階段預應力管在逗管前,溝底是要挖接頭坑的。
D.此類管材承內水壓力高、埋土深度大,由於管材是復合管材,承受內水壓力可達2-3Mpa,最高可達5Mpa,由於預應力鋼絲可多層重叠,故可適應埋土的較大深度。
E.此類管材可適應腐蝕性土壤的惡劣環境,在一般性土壤中敷設,由於砼、砂槳使鋼筒四周受高堿性環境保护,鋼材處於鈍化狀態,可以減緩腐蝕。若埋設在腐蝕性強的土壤中,通常管外壁应作防腐處理,必要時将管體之間的鋼筒端面用導線連接在一起,采取犧牲陽極的陰極保護措施進行更好的保護,此類管材采用陰極保護方法比一阶段、三階段預應力管更容易實施,这也是此類管材的一個優點。
F.此類管材的管件配套齊全、簡便、可靠。在推廣使用一階段、三階段预應力管時,成都水司已成熟地采用相應的專用管件,引接分支管一律使用套管三通後开孔措施,從而使預應力管可用於配水管線上,而不依賴大量金屬配套管材轉換,既方便、可靠,又節省造價,这一經驗在預應力鋼筒砼管道上可以同樣適用。由於此類管材具有鋼板口環及鋼筒,使推廣復合轉換管件的接口性能可靠,若在工廠裏管材開孔接分支時,只要在鋼筒上作加強處理,可免用套管三通,節省費用,這對此類管材的推廣使用將是重要的因素。
G.此類管材雖屬非金屬管材,但它是復合管材,埋於土中容易巡管定位。
(3.3)預應力鋼筒砼管使用中的註意事项
盡管在前面述及了此類管材的特點,使用它的工程造價雖比三階段預應力管高,但它的綜合質量比後者強得多;它的工程造價比鋼管低,它的敷設速度、防腐性能等方面比後者好,它是大口徑輸水管材中比較理想的管材。在選用此類管材時希能關註以下問題:
A.采購須知
采購合同中明確以下技術參數及要求:
管徑、管材長度、工壓、覆土深度、地面荷載、土壤類別、土壤腐蝕性、密封膠圈具體要求(單條或双條)、運輸中的護管措施(包括二次搬運)、到货日期、數量、價格、驗管細則等。
B.驗管質控要點
在管材運至目的地時應进行以下質檢:
管徑、管材長度、工壓、標記、制管日期、管內外表面質量(應包括平整度,無殘缺、裂縫、空鼓、剝落、浮渣、露石,承插口金属面防腐良好及光潔、無臟物)、砼與鋼筒之間無裂隙現象。 免费論文下載中心 http://www.hi138.com
此類管材的空鼓問題是至關重要的,若鋼筒与砼之間出現空鼓或裂隙,將會使接觸鋼筒面砼中的堿析出,最終導致鋼筒銹蝕,管材報废。尤其是離心成型的的管材,更應加強這方面的管理與檢查。
砼與水泥砂漿表面出現裂縫是常見的,若管子內表面出现的縱向裂縫寬度小於0.1mm,裂縫軸向長度小於150mm;螺旋狀和環狀裂縫寬度小於0.25mm;距管端300mm以內的環向裂縫宽度小於0.4mm時通常是容許的。若管子外表面裂縫寬度小於0.8mm,裂縫轴向長度小於管子周長且小於2m時是允許的。它在管道覆土及通水後會自行愈合,否则應修補 ;若管子內表面出現的縱向裂縫寬度大于0.5mm時,該管應報廢。
C.管材苯重不是管道安裝的重大障礙
此類管材的重量類同三階段預應力管,比其它管材重,在山區人工安装時是困難的,但在平原地區采用机械化安裝時,問題就不那么嚴重,這是由於大口徑管道安裝都得用起重機械的。
D.管溝基礎是重要條件
此類管材是半柔性接口,它要求管道基础局部變形不應過大,在砂夾石的管基上應作砂墊層,在松軟粘土層上應作砂夹石過渡層,使管道敷設過程中較少產生局部應力集中。因此在敷設此類管材時,不重視管基處理是不好的,當然其它管材敷設中,管基處理同樣也不可忽視。
E.管材不應閑置過久
購置的管材應力求盡早敷設,閑置於堆場数月時,應定期用水噴灑,不使砂漿與砼幹裂;閑置過久又未喷水養護,管材質量会受嚴重影響,甚至報廢。
復合式鋼板、砼管件運至工地以及安裝過程中,均應用湿麻袋遮蓋保護,定期灑水養護。
F.主管道水平向引出分支短管時,應配法蘭盤,以便與分支管的平承柔性接口组合,通過柔性接口,使分支管道局部沈降時不使主管分支開孔部位承受過大的彎矩應力與剪切應力。對於較大的分支管,主管分支口部位的背向應作擋墩。
G.此類管材類同一階段、三階段預應力管,在敷設中每根管材可弧形借轉一定角度,DN600~1000mm時允許相对轉角1.5°;DN1200~2000mm時允許相對轉角1.0°;DN2200~3000mm時允許相對轉角0.5°。借轉時,亦是軸向逗管,然後借轉。借轉角度過大,使承插口環相碰,在受力狀況下容易產生應力腐蝕,管道損壞。
3.4 塑料管
3.4.1熱塑性塑料管
市場上的熱塑性塑料管大體上分兩大類別,也就是單一材質的塑料管及金屬、塑料復合的管材。
(1)單一材質的塑料管
(1.1)聚氯乙烯管(PVC)
在給排水管道上主要使用的是不增塑的硬聚氯乙烯管(UPVC),通常用於冷水管道上。另外,氯化聚乙烯管(CPVC)是通過氯乙烯樹脂加工而得的一种耐熱性好的塑料管,具有較好的耐熱、耐老化、耐化學腐蝕性能,它特別適用於輸送熱水、汙水、废液等介質。
UPVC管材通常可用粘接劑粘接,也可用膠圈柔性連接。這種管材是國內推廣使用最早的、目前使用量最大的塑料管材。不少自來水公司已经把此類管材用於DN≤200mm的配水管道上,替代傳統的灰鑄鐵管及鍍鋅钢管,但管材、管件連接基本上均采用膠圈柔性連接方式,該管材在de16-710mm之內均有產品,在實踐中發現此類管材較脆,在不均勻受力條件下容易爆管。
(1.2)聚乙烯管(PE)
PE管材以密度區分,有低密度聚乙烯管(LDPE)、中密度聚乙烯管(MPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)。
LDPE管材的柔性、伸長率、耐沖擊性能較好,耐化學稳定性和抗高頻絕緣性能良好,主要用於農田排灌。HDPE管具有較高的強度及刚度,MDPE管還具有良好的柔性和抗蠕變性能,後兩種管材,特別是HDPE管廣泛用於城市燃氣及供水管道上。
新修訂的給水用PE管產品国標中,采用高密度聚乙烯管,管材分PE63、PE80、PE100三個級別,它們在20℃下,在50年後還能保持最小強度达6.3MPa、8.0MPa、10.0Mpa,對於允許最大設計應力分別為5MPa、6.3MPa、8MPa。目前國内產品的規格在de16~315mm之間,最大可達de630mm。
(1.3) 交聯聚乙烯管(PEX) 轉貼于 免費論文下載中心 http://www.hi138.com

下载论文

論文《供水管網的管材綜述》其它版本

材料工程學論文服務

網站聲明 | 聯系我們 | 網站地圖 | 論文下載地址 | 代寫論文 | 作者搜索 | 英文版 | 手機版 CopyRight@2008 - 2014 免費論文下載中心 沪ICP备14015432号-2