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欧洲杯供水管网的管材评述

发布时间:2020-09-17 10:19

  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:

  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,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。

  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的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、测流测压孔等。这些设备的完好是保证管网运行畅通、安全供水、避免污染的前提。

  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途径。

  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)。

  包括离心灰口铸铁管、半连续灰口铸铁管以及稀土铸铁管即蠕墨铸铁管(适用于中小口径管道)。

  包括退火球墨铸铁管(目前适用于中小口径管道)、铸态球墨铸铁管(目前适用于中小口径管道)。

  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)、钢筒预应力管(PCCP),适用于大中口径管道。

  包括硬聚氯乙烯管(UPVC)(适用于中小口径管道);高密度聚乙烯管(HDPE)、聚乙烯夹铝复合管(HAH)、交联聚乙烯管(PEX)、聚丙烯管(PP)、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)(适用于水厂投加氯及净水剂的管道)。

  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管在大口径管道上有较大的适用前景。

  根据1990年对32座城市的调研(这32座城市的综合供水能力已占全国的44.74%,具有一定的代表性),其情况分析如下:

  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。

  剪板——创坡口——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)。

  螺旋焊管的制作过程分三个阶段,即条形钢板制作,螺旋成形及内焊,螺旋管外焊及管段定长的切割。

  钢管焊接符合现行的《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》(GBJ236-82)的规定。重要管线钢管焊接等级应达到III级标准。

  钢管焊缝检验X-射线标准,超声波探伤应符合JB1152-81标准。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%。钢管出厂前还应逐根作水压试验,试压值为管线倍。

  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。

  a、内衬前检查管道椭圆率不大于管内径的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。

  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,深度大于内衬厚度允许公差值,空鼓面积大于400cm2则应修补。

  a、钢管内壁喷砂等方式除锈达到GB8923-88的Sa2.5级标准的要求,使管壁呈现金属本色。

  g、涂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。

  a、钢管表面除锈应达到GB8923-88的确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%硫酸及10%苛性纳溶液中,分别浸泡60天,防腐层不脱落,钢板不生锈。

  c、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。

  d、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在6000v以上针孔击穿。

  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)

  在国内目前小口径管道上,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。内衬聚乙烯或聚丙烯的镀锌钢管,通常称钢塑复合管,改善了以上缺陷。

  镀锌钢管衬塑有两种方式,一种是内衬涂聚乙烯,另一种是薄镀锌钢管内挤压聚乙烯管。目前国内均有此两种方式的产品,前种涂衬层不易粘牢,不易衬匀,容易分层;后一种方式效果较好,管件亦内衬聚乙烯,管道不套丝,采用快速接头工艺,而且综合价格类同镀锌钢管,有良好的适用前景。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,应以禁用。

  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。

  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,现年产量约600万吨,产品规格为DN50~2900mm,其中美国年产量的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。

  目前球墨铸铁管生产技术发展方面,世界上大体有三种模式。如西欧、加拿大等国家采用的水冷金属型离心铸管技术生产各类管材;日本则对DN≤300mm管用水冷金属型离心铸造技术,而大口径管用树脂砂型离心铸造技术;前苏联地区对DN≤300mm管用水冷金属型离心铸造技术,大口径管用半连续铸造技术。

  我国目前有铸管厂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,年产量超过10万吨的生产厂家有鞍钢铸管厂、首钢铸管厂、广州铸管厂、马鞍山铸管厂、营口铸管厂。

  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,上前年产量25~30万吨。如侯马风雷机械厂、大连企荣铸管厂、济南铸管厂、黄石鑫宝铸管厂、马鞍山铸管厂、邯郸新兴铸管厂、本溪北台球管厂、徐州光大铸管厂、青岛北钢球管厂等。邯郸新兴铸管厂还已将引进设备消化、吸收,开发出国产化的设备。目前这些厂家供货的规格不超过1000mm,石家庄新兴铸管厂采用树脂砂型离心工艺可生产DN1200~14000mm大口径离心球铁管。

  国内亦有不少铸管厂家利用原有设备适当改造,生产出稀土铸铁管(蠕墨铸铁管)及微延伸率的铸态球墨铸铁管。其中规模较大的有鞍钢铸管厂、首钢铸管厂、贵阳立新铸管厂、四川省元通机械厂等。鞍钢铸管厂自行设计的树脂砂型离心球管工艺生产线)国内球铁管发展动态

  根据有关资料分析,在2000年前我国需用球铁管150万吨/年,而我国现有铸铁管年产量约120万吨,主要是连铸或离心灰铸管,有15家从国外引进了球铁管的生产设备,而今年实际产量仅25~30万吨。相对而言,近十年来国内球铁管的产品有了迅速的发展,一方面部分球铁管厂家从国外引进了整套的球铁管铸造的设备及技术,强化了原材料的检验,采用直读光谱仪快速分析铁水的球化率,并用计算机进行生产过程的质量控制;再方面消化、吸收国外技术使球铁管生产线设备国产化;另一方面有些铸管厂坚持自务更生不断革新改造,建立了一套铸态球铁管的生产工艺。从而使我国球铁管铸造水平赶上了世界九十年代的先进水平。当然问题是存在的,除少数几个厂家外大部分效益不佳,从这些厂家本身而言,利用引进设备增大了成本,有些管厂投产不久,职工素质及管理水平还有相当差距,而球铁管生产,科技含量较高,有先进的硬件,没有过硬的软件,是经营不好的,有些厂家成品合格率达不到90%,企业处于亏损经营状态,因此球铁管的生产与使用,还有一个扶植与推广的过程。

  各球铁管厂对每根管材均作水压试验,但柔性接口状况无检验手段。承口内有铁瘤,插口端失园均无法检出与纠正,作为用管的大户,我们对此表示担忧,建议水压检验设备改造,接口参加检验,要求接口在试验压力下无滴水现象。需要强调的是,水泥压力管在水压试验时,接口要参加检验。

  有些厂明确补焊的措施,有些厂口头表示不补焊,而实际上又存在补焊的情况。作为用户,原则上不同意管材、管件进行补焊;国外相关标准提及,若管材、管件进行了补焊,并通过了相应复核性检验,建议向用户说明原因,向愿意接受的用户出售。

  根据ISO2531-91国际标准的要求,球铁管力学性能的指标为:抗拉强度≥420MPa;屈服点强度≥300MPa;延伸率≥10%;布氏硬度≤230。球铁管的化学成份的控制指标为:碳3.6~3.75%;硅1.8~2.1%;锰≤0.4%;磷≤0.08%;硫≤0.02%;镁0.03~0.05%;稀土元素0.01~0.03%。球铁管按GB9441-88标准进行金相检验,要求球化等级以二级为主;球化率大于80%;石墨大小为6~7级(在400倍视场下,球径为1.5~4mm),石墨球数达600~800个/mm

  2;渗碳体≤1%;小口径管铁素体≥90%,大口径管为85%左右(珠光体控制在8~12%内)。以上数据基本是退火球铁管的控制范围,但铸态球铁管亦应符合上述要求,主要差距在延伸率偏小,仅3~5%,铸态球铁管的表面硬度偏大,存在由渗碳体构成的过冷墨层,质脆,影响抗拉强度,且锯削加工较难。而国外对大口径球铁管的延伸率亦控制在7%左右。因此对球铁管延伸率引起了争议,有些铸管厂提出延伸率不宜过高,他们提出,自行开发的树脂砂型离心铸态球铁管工艺及热模法离心铸态球铁管工艺,可使延伸率达5%,加上退火工序后可达10%以上。

  综上所述,作为供水用管材应以退火球铁管为主林管材,对于中小口径球铁管延伸率控制在10~15%内;大口径球铁管延伸率控制在5~10%内为好。

  近年河北新兴铸管有限公司等单位成功地国产化了水冷金属型离心球铁管生产线,鞍钢铸管厂等单位亦成功开发了树脂砂型离心铸态球铁管及热模法离心铸态球铁管生产线,这些标志着我国的球铁管生产水平已经开始走向世界先进行列。

  当然这些生产线还有待完善,譬如有些厂在质量控制上尚不完善;有些厂产品合格率还偏低;有些厂在水泥砂浆内衬上还存在诸多问题(不光滑、浮灰重、厚度偏差大等),使现有设备尚不能充分发挥作用。加之这些骨干球铁管厂分布在东北、华北、华中地区,而华南、西南、西北地区还没有相应的球铁管厂,我们希望通过引进或现有厂家的扩展方式,在这些地区亦兴建相应的球铁管生产基地。

  在国内现有近200家连铸管厂,他们生产的连铸灰铸管,强度和韧性较低,承受不了较高的外载荷,因此在供水管网中爆管、泄漏事故屡屡发生,但这些管厂势必在市场经济的竞争中自然淘汰,建议国家通过相应法规进行导向,加速淘汰。但其中管理水平较好的管厂,通过工装设备和工艺的改善,可较容易地改造为铸态连铸球铁管厂,将刚性接口改为柔性接口,加之水泥砂浆衬里。由于前述原因,希望注意管壁厚度不要过多的减薄,仍然有广阔的市场需求,为了推广退火球铁管,对铸态球铁管一刀切看来是行不通的,而对刚性接口的连铸灰铸管,供水企业不再采购又是必须强调的。

  当前国内退火球铁管生产已接近国外九十年代的水平,但球铁管管件的生产差距较大。有些球管厂拥有九十年代国外生产球铁管的设备,但管件生产还处于五十年代国内的水平,反差明显。

  据悉,赤峰管道铸造有限公司建立了一条比较完整的EPC(消失模铸造法)球铁管件生产线,它使球铁管件生产达到国际先进水平(唯管件规格偏小,价格较高)。当然,只有管件的质量怀管材质量相近,球铁管的普及应用才能达到实际效果。

  橡胶圈的质量关系到球铁管管道的使用寿命,但铸管厂家中,橡胶圈有的自行设立车间独自生产,有的厂家由外协橡胶厂供货;有的用天然橡胶,有的用合成橡胶,各自选用的制造标准不一,是滞符合卫生要求无严密的审定手续,建议国家应制定相应标准或规定,生产的橡胶圈,应归口一质控部门认可或指定少数专业厂供货。

  退火球铁管管材及管件的国家标准是有的,但未覆盖所有规格的产品;铸态球铁管及管件还没有相应的国家标准;球铁管管道的设计规范及施工验收规范还没有出台等。这些标准及规范的制定与完善,是推广使用新管材的前提。譬如球铁管的管壁较薄,根据国外使用的经验,在腐蚀性土壤中埋设,容易腐蚀穿孔,因而管外壁必须喷锌后作沥青涂层才能达到灰铸铁管的使用年限,国内同行对此还未引起重视。另外大口径球铁管在较大复土条件下,必须通过结构计算,采取相应措施,才能确保球铁管管道的安全运行。

  自应力管是用自应力砼并配置一定数量的钢筋制成的。制管用的自应力水泥是用425号或525号普通硅酸盐水泥、325号或425号矾土水泥和二水石膏,按适当比例加工制成,所用钢筋为低碳冷拨钢丝或钢丝网。

  国内生产的自应力管规格在100~600mm之间,由于工艺简单,制管成本较低,有100多个生产厂家,年产量近1000km,但由于容易出现二次膨胀及横向断裂,目前主要用于小城镇及农村供水系统中。

  一阶段管的制管过程是先把作为环向预应力钢丝的钢筋骨架放到装配好的管模中,布置上纵向钢筋,用电热法或机械法使纵向钢筋获得预应力,然后浇注砼,此后向特制的橡胶内膜中注水升压,使胶模膨胀,砼、外模和钢筋一道膨胀变形,把砼中水份排挤掉。环向钢筋获得了预应力,并立即进行蒸汽养护,待砼凝固后将内模中的水压泄放,脱外模即成产品。

  此种工艺由瑞典“逊他布”公司于1952年试制成功,所以在国外称“逊他布管”,我国于1968年研制成功,以西安红旗水泥制品厂,北京水泥制品厂及株州水泥制品厂等单位生产,最大口径达2m,其中株州水泥制品厂还从瑞典引进了制管技术及设备。

  此种工艺的特点是强度及抗渗性较好,管壁较薄,但外模合缝处容易漏浆,修补率高,承口要磨削加工。

  三阶段管是指一根管材分三个阶段制成,先做成一个带纵向预应力钢丝的砼管芯,管芯外缠环向预应力钢丝,然后作水泥砂浆保护层。

  管芯成形工艺又分离心法与悬辊法。国内以辽阳水泥制品厂、四川双流水泥制品厂等单位制造,辽阳厂还从澳大利亚引进了悬辊法制管技术及设备。

  钢筒预应力管是管芯中间夹有一层1.5mm左右的薄钢筒,然后在环向施加一层或二层预应力钢丝。这一技术是法国Bonna公司最先研制的,到四十年代欧、美竞相开发,目前,美、法各国的年产量达数十万公里,其中美国发展最快,Ameron、Price公司产品处于世界领先水平。它可分两种类型:内衬式管及埋置式管。

  世界上使用钢管预应力管最多的国家是美国和加拿大,目前世界上规模最大的钢筒预期应力管工程在利比亚,全长1900km,直径4m,工压2.8MPa,现工程已全部完工。

  国内是九十年代引进这一制管工艺,现形成批量生产钢筒预期应力管的工厂有三家,即深圳太阳管道公司、无锡华毅管道有限公司及山东兴汶电力管道工程公司。

  深圳太阳管道有限公司,始建于1992年,1995年正式建成投产。该公司技术来源系全套引进美国Price Brothers公司(PB公司)技术,所有生产设备也全来自于PB公司。其中主要设备有薄钢板直缝焊卷筒设备,钢筒水压检验设备,管芯振动成型蒸养设备,砼搅拌、提升设备,预应力钢丝缠绕设备,砂浆喷涂设备,承、插口环成型、高频对焊设备。

  该公司能制造DN900~DN4000等一系列管道,单根管材长度为6m,工作压力0.2~2.5MPa,年生产能力达38km,目前制造的最大管径达DN2600。

  该公司生产标准采用美国AWWAC301标准,具有较完善的质保体系和先进的试验检测手段,以确保产品质量。该公司对原料质量要求严格,譬如水泥必须是标号525号的硅酸盐水泥,不得掺和矿渣,铝酸三钙(C

  3A)含量不得超过8%;薄钢板不用冷轧制品;预应力钢丝的极限应力不得小于1740MPa,并对钢丝抽样作抗扭试验,要求钢丝达到断裂前最少扭转圈数不少于8圈;薄钢板卷焊前要砂磨掉表面氧化层,并采用埋弧焊;薄钢筒成形后要作水压检验;缠绕环向钢丝过程中,喷水泥净浆,增长摩阻力及提高耐磨性,并用计算机及液压控制系统确保环向钢丝附加预应力的均匀性及环向钢丝间距的准确性;预应力钢丝断头间不用捆扎连接,而是铆固连接;承插口钢圈采用整体模具挤压,高频对焊工艺成型;采用高速水泥砂浆喷枪确保外保护层的质量;承插口钢圈工作面以喷锌加涂专用防锈漆来保证防腐质量;管体插口密封凹槽的尺寸要使逗管后“O”型胶圈经压缩的面积,占满凹槽的全部空间;现场管道逗接后,内外间隙用特殊模具确保水泥砂浆满灌,提高承插口金属表面的防腐效果。经现场检查产品质量,发现在现场堆放的管材中,纵向裂纹没有,模向裂纹修补较少,承插口端面修补是存在的,承插口环锈蚀情况是普遍的,一般在管材出厂前,补刷一道防锈漆。

  该公司现能将大部分设备利用该公司引进的图纸进行国产化。唯自动焊机、风动振动头、计算机预应力控制系统需要引进。

  该公司能生产弯管、T型管、Y 型管、变径管等多种管件,其制作过程大致为:先切割焊接钢板异形卷管,其承插口工作面焊制特制的承插口环,然后在钢板管件内外作钢丝网,喷抹水泥砂浆保护层,蒸养后适当修整即可。

  该公司产品除用于城市供水管网外,还用于引水工程、排水工程及核电站中。该公司的最大用户为东莞市建委,在工地现场考察中了解到,DN2200mm管线mm厚的砂垫层;接头内外间隙偏差不到10mm,承插口内外间隙均作了水泥砂浆满灌处理,据介绍有7km、DN2200钢筒预应力管及部分钢管于97年11月正式通水,没有发现问题。

  无锡华毅管道有限公司地1994年建成,可DN1400~DN3000的钢筒预应力管,单根管长5m。年制造大口径管材能力达24km,现已制造DN1400~DN2400管35.255km。该公司有重点地引进了美国Ameron公司的技术及设备。主要设备:螺旋制筒设备,钢筒水压检验设备,管芯立式振动成型及蒸养设备,立式差速缠绕预应力钢丝的设备,立式辊射喷浆设备,承接口环成型设备(采用分层手工对接焊)。工艺流程如图6所示。

  该公司对DN≥2000mm的钢筒预应力管均采用双胶圈密封,并逗接后在管体内试压检验其密封性,以便函发现问题及早返工。该公司没有砼搅拌设施,系由相邻的无锡市水泥制品厂提供商品砼。

  该公司的场地较小,管材均立式堆放,承插口环锈蚀问题是存在的,端面修补较好,管材内侧环向裂缝较多。

  据无锡市自来水公司介绍,已安装通水两年DN1800管3Km,试压1MPa合格,使用未出现问题;DN2000管已安装6Km,其中1Km已试压,无问题;DN2200管已安装1Km。总的来说,钢筒预应务管安装速度是快的,一天安装DN2200管22根,即110m,比原先的一阶段预应力管接口密封性好。

  山东兴汶电力管道工程公司是1957年成立的老企业,于1989年国内首家从美国Ameron公司引进关键设备及技术,可制造内衬式及埋置式两种工艺的多种规格的产品,一条DN600~1200内衬式管生产线埋置式管生产线Km。

  (1)螺旋制筒机比直缝焊制筒设备占地少一半,工序也简单,焊接质量更可靠。

  (1.1)硬聚氯乙烯管(UPVC):这种管材在四十年代由欧州、美国、日本等国相继开发、推广,在DN≤200mm供水管道中占了重要市场。我国在六十年代开始使用,1983年沈阳塑料厂从奥地利引进了生产设备及技术以来,国内已有几十个厂家建立了生产线万吨左右,现正在城镇及农村中推广使用。

  硬聚氯乙烯管的接口方式可粘接亦可胶圈柔性接口,粘接务必专业性较强的安装队伍施工,才可能保证质量,柔性接口适应性好,安装简便。近年上海、青岛、武汉等城市对于埋地的DN≤50mm的供水管道,均使用或正在试用胶圈柔性连接的硬聚氯乙烯管,而不再使用镀锌钢管。江苏省江阴市大伟塑料制品厂针对用户的要求,正积极开发DN≤200mm硬聚氯乙烯柔性管件系列,为在建筑小区内更好地推广使用硬聚氯乙烯管创造了条件。

  (1.2)高密度聚乙烯管(HDPE):这种管材可采用电熔、热熔焊、胶圈柔性连接,它的优点是无毒、耐腐蚀、张力大、不干裂,小口径可绕在卷盘上,安装迅速,接口量少;缺点是刚度上、抗老化性能差、埋于地下易受老鼠咬破。

  近年国外高密度聚乙烯管用量增长速度较快,主要是用于供水管接至住宅的小口径进水管道上。国内上前有DN≤200mm的系列产品,通常能制造硬聚氯乙烯管的工厂均可制造,唯原料暂时还是进口,在户管线上的使用,估计有逐年增大的趋向。

  (1.3)交联聚乙烯管(PEX):在普通聚乙烯原料中加入硅烷接枝料,使其由线性分子结构改性成三维交联网状结构,它具有耐温(-70℃~110℃)、耐压、稳定性和持久性好,而且无毒、无味,一般采用机械连接,是室内冷热水小品径推荐的管材。

  (1.4)聚乙烯夹铝复合管(HAH):这种复合管材的结构是在薄铝管与内、外层高密度聚乙烯管之间,含高分子胶合层,它既保持了聚乙烯管和铝管的优点,又避免了各自的缺点。可弯曲(弯曲半径=5D),耐温差强(+110℃至-100℃)、耐高压(1.0MPa以上)。它用铜管件机械挤压连接,通常产品规格DN≤25mm,它是建设部近年在室内冷热水供水管道上推荐使用的一种新型管材。

  (1.5)聚丙烯管(PP):这种管材无毒、耐热、耐寒、耐老化、有较高强度、价格比镀锌钢管便宜一半,但易龟裂,小口径聚丙烯管在农村供水管道上有所使用。

  (1.6)聚丁烯管(PB):聚丁烯是一种高分子惰性聚合物,聚丁烯管具有耐高温、耐寒冻的特点,化学稳定性好,可塑性强,无味、无毒,有多种连接方式(热粘接式接头焊接、热螺旋式现场焊接、机械夹紧式连接),是理想的小口径供水管道新型管材,已被欧共体、美洲、亚洲的部分国家广泛采用,国内现已有产品,但原料必须进口。

  我国八十年代开始研制,九十年代又从意大利、美国、日本等国家引进设备和技术,形成了近五十条生产线,主要的近十家。

  A、离心浇注工艺——在制管过程中,切短的玻璃纤维增强材料和砂,喂入固定在轴承上的钢模中,钢模由电动机驱动,随着钢模的高速转动,在钢模一端注入含催化剂的树脂,使其浸渍增强材料,在离心力作用下,树脂转换出纤维及填料内的空气,从而制造出无孔隙的致密的复合材料。由于离心力作用,管内壁形成一个平滑、光洁的富有树脂的内表面层,管材在较高温度下固化。北京北辰现代管道有限公司及浙江东方集团管道公司均引进Hobas的设备与技术,形成了由计算机控制的半自动化生产线,制造离心法的加砂玻璃钢管。

  管材外模在离心旋转的条件下,喂料机由计算机控制往复输送数十次不同的原材料。其管壁按功能可简化分为内衬、增强、结构、增强、外保护五层。各层的材料及作用如表4。

  这种管材内外壁光滑、管壁致密性好、由于外形尺寸规范,一旦破管有利于用卡箍法进行维修。这种管材不带承口,南非用双承柔性套管连接,这比承插管材多了一倍的接口数,而增大了故障概率。套管是采用二重水密封唇的三元乙丙橡胶与缠绕玻璃钢为一体的结构,通常套管与管材在厂内首先组合好,但放在堆场上日晒雨淋,套管的玻璃钢外壳与橡胶内衬线膨胀系数不一,容易脱层变形。

  B、连续缠绕工艺——在芯模上,用长纤维玻璃丝,以一定的斜角径向连续缠浇,在管芯树脂中要掺和一定比例的短纤维和砂,这样的制管工艺原系丹麦的专利,可生产任意长的管段,它的承水压能力一般在1.6MPa以下,管径在300-3000mm间,国内也有这方面的制管厂家,如河南省安阳复合材料厂从意大利引进了设备,吉林省长春复合材料厂从美国引进了相关技术及设备。

  C、往复缠绕工艺——在芯模上,用长纤维玻璃丝以一定的斜角,经径向交叉缠绕,对于有高刚度要求的管材可以加砂。但承受内压较高的管材一般不加砂。国内现引进 这种制管工艺的厂家较多,如河北省中意玻璃钢有限公司、江苏省连云港市复合材料厂、四川省自贡市中嘉玻璃钢有限公司等。

  结构树脂 24-32 68-76 高强度的结构层 外表层 含紫外线 形成防老化的外保护层

  A、三种工艺比较,往复缠绕工艺承受内水压能力较高,接口数较少,连续缠绕工艺建厂投资较少;离心浇注工艺抗渗性好,制管成本较低,管材有利维修。

  B、玻璃钢管可以根据不同的使用条件进行结构设计与制造,选用不同的树脂与纤维等将影响它的质量与价格。一般结构层所用树脂为邻苯性不饱和聚酯树脂或改性邻苯性不饱和聚酯树脂;内表防渗透层,一般使用间苯性不饱和聚酯树脂,产品质量要求较高时,内防渗透层也有用乙烯基酯树脂,而这些树脂的价差是很大的。

  C、玻璃钢管与其它塑料管一样,均存在应变腐蚀问题,通常以时而蠕变系数来表示。蠕变的定义是管道的强度等性能,随使用时间的延长而下降,因而在保证管材一定使用寿命的条件下,确定管材制造的性能指标。塑料管材的需变与可用材料的本身性能有关,也和管壁结构有关,玻璃钢管刚度的蠕变系数,对无压管为0.4,承压管为0.5。

  D、玻璃钢管无论采用何种工艺,制管过程中的质量控制手段和检测手段的完善都是至着重要的,否则难以保证质量。

  E、管材始终存在废旧料的再生回收、焚烧处置的问题,热塑性塑料管及热固性塑料管的最终焚烧处置大多灵敏对环境造成不同程度的危害。目前只有聚丁烯这类管材的旧废料可同生活垃圾一起焚烧转变为热能,由于它的分子结构不含卤化物,燃烧的产物不产生腐蚀性及有毒的物质,不对环境造成危害。

  F、输水用的玻璃钢管,它的内衬层应耐磨、有韧性、表面光洁、厚度适当、树脂固化效果好,不允许存在裂纹。否则影响其抗渗透性,结构层的纤维有可能游离至水中,影响输水的卫生条件。一般而言,大口径玻璃钢管在源水引用管道上,国内外使用较多。而在供水管网中使用较少。

  (1)焊接、粘接的管道,应考虑热涨冷缩的对策措施,适当距离安装柔性接口伸缩器或U形弯管。

  (3)柔性接口的胶圈务必按标准定点供货。对于铸铁管而言,楔型胶圈符合国际标准(ISO2531),但对承口铸造尺寸要求较严;国内推行的梯唇型胶圈,用胶量较大,承口内侧铸造成形容易。

  (4)柔性接口逗管要求管子放平,中线对齐,一次逗进。若顶管施力过大则应退出,查找原因后返工。强行逗管、胶圈卷曲,难以退出。

  (5)管材、管件的接口不推荐刚性接口,就是抢爆修复中,力求安装柔性快速抢修接头,这样减少停水时间,又可提高管道的安全性。

  (8)阀门在管道上连接,应有可拆装的活动部件。对于DN≤300mm的可使用活法兰(单盘连接器),否则用可固位的伸缩器。

  现将可作大、中口径的管材中,钢管、球墨铸铁管、铸态球墨铸铁管、半连续灰口铸铁管、玻璃钢管的性能比较,如表6。

  管径(mm) 推 荐 意 见(以次序排列) DN≥1800 钢管、钢筒预应力管、夹砂玻璃钢管、三阶段预应力管 DN〈1800

  DN≥1800 钢筒预应力管、钢管、三阶段预应力管、夹砂玻璃钢管 DN〈1800

  ≥300 退火球墨铸铁管、铸态球墨铸铁管、三阶段预应力管、钢管 DN〈300

  ≥100 聚氯乙烯管、铸态球墨铸铁管、退火球墨铸铁管 DN〈100 室内

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