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国内给水管材现状及发展

665人已浏览 时间 : 2018-12-21 17:49:04

导语:目前我国经济高速发展,各种产品比较丰富,人民生活水平不断提高。但是,人类基本的日常生活用水问题还时不时困扰我们,尤其是影响室内外给水水质重要因素之一的管材问题。一方面是给水管材品种非常繁多,需要通过试用验证产品的性能,确定统一的使用、选用和施工要求等;另一方面设计技术人员如何选择适合施工单位有效施工,并切合建设单位经济与发展实际水平的给水管材,这都需要我们系统地熟悉掌握其特性与适用要求,作…

目前我国经济高速发展,各种产品比较丰富,人民生活水平不断提高。但是,人类基本的日常生活用水问题还时不时困扰我们,尤其是影响室内外给水水质重要因素之一的管材问题。一方面是给水管材品种非常繁多,需要通过试用验证产品的性能,确定统一的使用、选用和施工要求等;另一方面设计技术人员如何选择适合施工单位有效施工,并切合建设单位经济与发展实际水平的给水管材,这都需要我们系统地熟悉掌握其特性与适用要求,作出科学合理地选择。截止现在,我们尚难于找到一个完整的、系统归类的模式。本文试图在这些方面进行一些有益地探索。
一、给水管材的过去
同我国建筑给水排水专业的发展一样,我国给水管材也经历了品种单一、卫生标准低、缓慢发展的过去与品种多样、卫生标准提高快、更新发展迅速的现在。沿用了近三十多年的不镀锌钢管(黑铁管),包括曾经被视作提高建筑标准档次象征之一的镀锌钢管,现在已经被多数省份部分(冷镀锌钢管)淘汰;为节省钢材,五十年代推广使用的钢筋混凝土管(又分为钢筋混凝土管、预应力钢筋混凝土管和自应力钢筋混凝土管),可承受较高的工作压力(0.40-1.20mpa)、耐腐蚀、价格低廉(和金属管材相比)、经久耐用,不会减少水管的输水能力,但自重大,质地硬而脆,怕碰撞,接口易渗漏,管沟沟底平整坚实要求高,配件缺乏给日后维修增加难度,现在用量正逐渐减少;……;塑料管具有较好的防腐与抗震能力,有一定的抗拉抗弯曲的弹性,表面光滑水力条件好,耐冻性能比金属管强,重量轻等优点。由于管材承压力不够高,质脆易老化,而且价格昂贵,仅用于室内的小口径管道上。
二、给水管材的现状
目前给水材料品种非常繁多,我们的重点就是对新型室内、室外给水管材给予介绍,并对过去使用目前又有一些新的性能提高的应用点给予介绍。下面从管材主要使用场所上分两大类归纳介绍:

(一)室外给水管材

室外给水管材可分为金属管和非金属管两大类。
1、金属管
现在推广应用较多的室外金属给水管材主要有钢管、给水球墨铸铁管。
1.1钢管
钢管有焊接钢管和无缝钢管之分;以防腐蚀性能来说可分为保护层型、无保护层型与质地型;按壁厚又有普通钢管和加厚钢管之分。
焊接钢管分为螺旋缝焊和直焊钢管,螺旋缝焊钢管分为自动埋弧焊接钢管和高频焊接钢管,直焊钢管又分为普通直焊钢管和不锈焊接钢管。无缝钢管按制造方法分为热轧管和冷轧(拔)管,其精度分为普通和高级两种。冷轧(拔)管的公称直径为200mm,热轧管公称直径为600mm。无缝钢管还有不锈钢无缝钢管,不锈钢无缝钢管分为热轧、热挤压不锈钢无缝钢管和冷轧(拔)不锈钢无缝钢管两种。
无保护层型有无保护层钢管,过去通常叫不镀锌钢管(黑铁管)。质地型钢管主要是指不锈钢无缝钢管和不锈钢焊接钢管,在室外大中管道给水上,由于造价、连接等原因未曾推广应用过。
保护层型(主要指的是管道内壁)现在有金属保护层型与非金属保护层型,金属保护层型常用的有表面镀层保护层型、表面压合保护层型。表面镀层保护层型中常见的是镀锌管,镀锌管也有冷镀锌管和热镀锌管,热镀锌管因为保护层致密均匀、附着力强、稳定性比较好,目前仍大量应用。而冷镀锌管由于保护层不够致密均匀、稳定性差,一般使用寿命不到5年就锈蚀,出现"红水"、"黑水",铁腥味严重,各种有害细菌超过国家生活饮用水水质标准,各地已在生活给水管道禁止使用。表面压合保护层型按生产工艺不同也分为物理覆盖型复合钢管和化学爆破法覆盖型复合钢管,其中物理覆盖型复合钢管目前已生产的有钢复不锈钢复合钢管、铜钢双金属复合钢管,都是利用物理的方法将受热软化薄壁不锈钢管或冷薄壁铜管通过一定工艺压合在钢基管内壁上。这两种管材的规格分别为dnl5-dn300和dnl5-dnl50。物理覆盖型复合钢管管道连接多采用专用配件连接。化学爆破法覆盖型复合钢管有双金属复合管。
非金属保护层型有非金属涂层型与非金属衬里型两大类,《建筑给水钢塑复合管管道工程技术规程》(cecsl25:2001)(简称《钢塑技术规程》)把这两类钢管统称为钢塑复合管,并将钢塑复合管所依附的钢管基本材料不同又分为涂(衬)塑焊接钢管和涂(衬)塑无缝钢管。根据所涂(衬)的非金属材料不同,现行行业标准《给水涂塑复合钢管》(cj/t120-2000)把给水涂塑复合管分为聚乙烯(pe)钢塑复合管与环氧树脂(ep)钢塑复合管,有的厂家还生产乙烯-丙烯酸共聚物(eaa)钢塑复合管,《给水衬塑复合钢管》(cj/t136-2001)把给水衬塑复合管分为聚乙烯(pe)、硬聚氯乙烯(pvc-u)、交联聚乙烯(pex)、氯化聚氯乙烯(cpvc)和聚丙烯(pp)钢塑复合管。生产厂家从管道连接方式和配件的不同将钢塑复合管分为法兰式、沟槽式和螺纹式三种,按涂(衬)层耐热性分为热水用钢塑复合管与普通性或冷水用钢塑复合管。另外,依据涂层的方式不同有外镀锌与内涂层相结合型(沟槽式给水钢塑复合管、螺纹式给水钢塑复合管等)与内外全涂层型钢塑复合管(法兰式给水钢塑复合管)的区别。依据外涂层的金属材料不同衬塑复合钢管又分为外镀锌型、外涂塑型和外镀锌铝合金型衬塑复合钢管(厂家又叫合金钢塑复合管)。此外,还有一大类是注塑钢管,目前知道的有聚丙烯(pp)和聚氯乙烯(pvc)给水钢管,但在《钢塑技术规程》中未予确认。钢塑复合管是一种比较好的防腐管材,钢塑复合管目前较大的管径有dnl25-dn300,在室外大中管道给水上使用受到一定的局限。
低压流体输送用焊接钢管与镀锌焊接钢管也有普通钢管和加厚钢管之区别。对焊接钢管来说,管壁加厚其承压能力随之适当提高,而相对无缝钢管类型管材来说,造价仍属低廉型钢管之列。无缝钢管主要体现在管壁厚度随多种档次和材质之分而承压不同。
我们知道,钢管的机械强度好,可以承受高的内外压力,管身的可焊性方便制造各种管件、特别能适应地形复杂及要求较高的管线使用。易腐蚀是其大缺点。但钢管内外防护处理得当,使用年限也很长。据介绍,上海杨树浦水厂一根1m直径的出厂管已使用60年,至今仍然很好。
目前国外已普遍使用承插式焊接接口的钢管,是传统钢管的第二代产品,它把传统钢管的对接焊缝接口改为搭接焊缝接口,提高了接口焊缝的质量,使环向焊缝减少应力集中,避免管道发生爆漏。1999年广州市的刘屋洲120万m3/d的输水工程,在国内安装了dn2000-dn2400的该种承插式焊接接口钢管近10km,其中有近3km是过河管段,至今使用情况良好。
2000年获得中国专利[1]的"扩胀成型的承插式柔性接口钢管"已在广州自来水公司首先应用,它的性能及优点比第二代钢管更好,填补了"低成本生产钢制柔性接口管"的国内外空白。该管是采用先进的扩胀成型工艺,将钢管两端分别扩胀成具承插口的新管型,经扩胀后的钢管强度及刚性都得到提高,同时该工艺又达到用低的加工成本获得成型尺寸精度高的承插式柔性接口新管型。扩胀成型柔性承插式接口钢管是继"承插式刚性接口钢管"后发展的新型高级钢管。具有安装方便、施工时间缩短、安全,其推广可有效提高管线的质量水平。
在过河管、架空管等需要刚性连接的管道,可通过对承插口套入的搭接面进行角焊焊接,就可以得到高质量的刚性接口连接。
1.2给水铸铁管
给水铸铁管能承受较大工作压力(0.45~1.00mpa)、耐腐蚀、价格便宜,管内壁涂沥青后较光滑,因而被大量用于外部给水管上。但是它的缺点是质硬而脆、重量大、施工困难。公称直径从dn75~dnl500,工作压力有0.45、0.75、1.00mpa等几种。
铸铁管的接头通常有承插式、法兰式和柔性接口三种。给水铸铁管按制造材质不同分为给水灰口铸铁管和给水球墨铸铁管两种。由于同给水灰口铸铁管比较起来给水球墨铸铁管具有强度高、韧性大、密闭性能佳、抗腐蚀能力强、安装施工方便等优点,给水球墨铸铁管已经成为给水灰口铸铁管的替代产品。
给水灰口铸铁管过去通常称为给水铸铁管,给水灰口铸铁管按铸造方式不同分为砂型离心铸铁直管和连续铸铁立管,砂型离心铸铁直管按壁厚分为p和g两级,连续铸铁立管按壁厚分为la、a和b三级。这些在已经出版使用的各种设计手册上均有较详细完善的技术资料。给水球墨铸铁管按接口方式不同分为k型机械式柔性接口管和t型承插式柔性接口管。这种管材由于受配件品种数量少而影响推广应用的局面,现已基本缓解,有专门从事配件生产的大型厂家,供国内建设选用。据已有的资料[3]可知,综合比较给水球墨铸铁管承压、耐腐等功能以及管材造价、开挖施工、维护等各种费用,实际建设选用管径在dn200-dn800其优势比较突出。
2、非金属管材
非金属管材有混凝土管、钢筋混凝土管、石棉水泥管、玻璃钢管、塑料管和(钢骨架增强)塑料复合管几大类。其中混凝土管由于承压小、管壁较厚现在在压力给水方面应用较少,其技术资料在一般手册也有,这里就不做介绍。
2.1钢筋混凝土管
钢筋混凝土管有普通的钢筋混凝土管(rcp)、自应力钢筋混凝土管(spcp、预应力钢筋混凝土管(pcp)和预应力钢筒钢筋混凝土管(pccp)。它们共同的特点是:节省钢材,价格低廉(和金属管材相比),防腐性能好,不会减少水管的输水能力,能够承受比较高的压力(从0.4-1.2mpa不等),具有较好的抗渗性、耐久性,能就地取材,节省钢材。资金不足的情况下,应用价值大些。目前大多生产的钢筋混凝土管管径从100-1500mm规格。预应力钢筒钢筋混凝土管我国80年代后期开始试制应用,大管径可达9m,承压达4.0mpa。但钢筋混凝土管重量大而质地较脆,装卸和搬运困难。管配件缺乏,日后维修难度大。这些都制约了该类管道的应用。
2.2石棉水泥管
石棉水泥管的优点是:重量轻,内壁光滑,通水能力较铸铁管大,抗腐蚀性能好,容易锯断,加工方便,价格低廉等。但是,它质脆,抗冲击能力与抗动荷性能差。目前应用较少。
2.3玻璃钢管
玻璃钢管按制造工艺不同分为:离心浇铸型玻璃钢管和纤维缠绕型玻璃钢管。给水上常用的是属于纤维缠绕型的玻璃钢夹砂给水管。玻璃钢夹砂给水管具有管轻、强度好、耐腐蚀、水头损失小等优点,并且运输、吊装、连接方便。
但管价较其他管材高,以及由于刚性较低,易损坏,管坑的开挖回填的要求高,专业性安装要求高,增加了安装费用。这制约了该类管的普及使用。玻璃钢夹砂给水管规格有dn25-3000mm的30多种,一般小于或等于dn400的玻璃钢管道不夹砂。使用压力范围为0.1-1mpa,而大于0.6mpa的产量较少。据已有的资料可知,综合比较给水玻璃钢管性能及各种费用,实际建设选用管径在dn500以上其优势更突出。
2.4塑料管
近些年,陆续出现了品种繁多的室外给水塑料管材。主要有:聚乙烯(pe)管、硬聚氯乙烯(pvc-u)管、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)管等。
2.4.1pe管
pe管根据生产管道的聚乙烯原材料不同[3],分为pe63级(第一代)、pe80级(第二代)、pe100级(第三代)及pe112级(第四代)聚乙烯管材,目前给水中应用的主要是pe80级、pe100级,pe112级是今后我们应用原材料的发展方向,由于pe63级承压较低较少用于给水材料。也分为高密度hdpe型管和中密度mdpe型管,高密度hdpe型管要比中密度mdpe型管刚性增强、拉伸强度提高、剥离强度提高、软化温度提高,但脆性增加、柔韧性下降、抗应力开裂性下降。由于高密度hdpe型管应用较多,通常用高密度hdpe型管代表pe管。
其优异的性能特点:(1)卫生条件好。pe管无毒,不含重金属添加剂,不结垢,不滋生细菌。(2)柔韧性好,抗冲击强度高,耐强震、扭曲。(3)独特的电熔焊接和热熔对接技术使接口强度高于管材本体,保征了接口的安全可靠。
据已有的资料[4]可知,hdpe给水管道国内产品分pe80及pel00两级,又各分sdr11、13.6、17.6、26和33系列,工作压力有0.4、0.60、0.80、1.00、1.25、1.60mpa档次。公称外径dn有16-1000mm。
连接方式主要有电热熔、热熔对接焊和热熔承插连接。管道敷设既可采用通常使用的直埋方式施工,也可采取插入管敷设(主要用于旧管道改造中的插入新管,省去大开挖)。
2.4.2pvc-u管
pvc-u管是由硬聚氯乙烯塑料通过一定工艺制成的管道。目前积累了较多的使用经验,技术也比较成熟。pvc-u管材不导热,不导电,阻燃。突出应用于高腐蚀性水质的管道输送,质量和经济效果达到佳。
国内产品pvc-u给水管材主要规格有公称通径dnl5-dn700十多种。管材许可压力为o.6mpa、0.9mpa和1.6mpa三种规格。管道主要连接方法有承插式连接、粘结剂粘结。
2.4.3abs管
abs工程塑料是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种化学材料的聚合物。
其主要优点(1)耐腐蚀性强。(2)耐撞击性好。abs管道能在强大外力撞击下,材质不破裂。(3)韧性强。
主要规格有公称通径dnl5-dn400十多种。管材许可压力为0.6mpa、0.9mpa和1.6mpa三种规格。应用于高标准水质的管道输送,质量和经济效果达到佳。abs管连接方式主要为冷胶溶接法。
2.5(钢骨架增强)塑料复合管
钢骨架增强塑料复合管[5]是以钢骨架为增强体,以热塑性塑料为连续基材,在自动控制生产线上将两者均匀复合在一起的一种新型双面防腐压力管道。基体原料为高密度聚乙烯、聚丙烯、交联聚乙烯,还可加入必要的添加剂、抗氧剂、紫外线稳定剂和着色剂等。增强体原料为优质低碳钢钢板网和低碳素结构钢丝网。按骨架形式可分为:钢板网骨架增强塑料复合管、钢丝网骨架增强塑料复合管。按基体原料可分为:钢骨架增强高密度聚乙烯管、钢骨架增强聚丙烯管、钢骨架增强交联聚乙烯。
该管的特点有:(1)较强的承压能力,钢板网骨架增强塑料复合管其管径de50-200,其承受压力1.00-2.50mpa;钢丝网骨架增强塑料复合管其管径de80-300,其承受压力1.00-3.50mpa。(2)既有柔韧性,又有较高的强度和刚性。管道连接有电熔连接和法兰连接两种。管道连接工艺要求高,并且管材、管件等造价也比较高,这些也制约其大量推广应用。
pvc-u管、abs管在专业设计手册中有详细资料。pe类管的室内管道工程技术规程今年上旬已通过审查。在价格上,pvc-u管比hdpe管有优势。但是它刚性差,硬度高不易煨弯加工。
从1996年进行的全国城市市政公共设施普查结果可以看出:在城市供水管网中,dn500以下管道占87.18%(按长度计算);……。其二,塑料管管径在一定范围,与金属管相比具有经济优势,随着管径增大,经济性下降;其三,大口径塑料管管件,由于生产投资大,生产企业很少,容易造成管件与管材不配套,给工程施工带来不便。因此,发展城市供水塑料管应以dn500以下为主,……。
国家化学建材产业"十五"计划和2010年发展规划纲要[6]明确提出:到2005年,塑料管道在全国各类管道中市场占有率达到50%以上。其中,城市供水管道(dn400以下)50%采用塑料管,村镇供水管道60%采用塑料管,……。到2010年,城市供水管道(dn400以下)70%采用塑料管,村镇供水管道70%采用塑料管,……。
同时,我国在制定国家"十五"化学建材及塑料管发展计划时明确提出:"十五"期间塑料管的推广应用主要以pvc-u管和pe管为主。pe管在我国应用起步较晚,发展空间较大。并推崇"十五"期间市政塑料管的发展应以pe管为重点。这样室外给水塑料管的应用发展就显而易见了。
(二)室内给水管材
同室外给水管材一样,室内给水管材也主要分为金属管和非金属管两大类。
1、金属管
现在应用较多的室内金属给水管材主要有钢管、给水铝合金衬塑管、给水铜管。
1.1钢管
钢管有焊接钢管和无缝钢管之分;以防腐蚀性能来说可分为保护层型、无保护层型与质地型;按壁厚又有普通钢管和加厚钢管之分。保护层型分为金属保护层型与非金属保护层型。非金属保护层型有钢塑复合钢管,金属保护层型有表面镀层保护层型表面压合保护层型。表面镀层保护层型有冷、热镀锌钢管,表面压合保护层型。
普通焊接钢管、普通无缝钢管、不锈钢管和镀锌钢管常用规格在各种设计手册中都有详细的资料,其应用技术已经比较成熟,因此我们就不再多介绍。这里分别按不锈钢管、钢复不锈钢管、金属表面压合保护层型钢管、铜管等几大类介绍。1.1.1不锈钢管
不锈钢管按制造方式有不锈焊接钢管和不锈无缝钢管两种。按管壁厚度不同又有不锈钢管与薄壁不锈钢管。90年代末才在国内出现的薄壁不锈钢管的推广应用正逐步为大家所认同和接受。
1.1.1.1薄壁不锈钢管
由特殊焊接工艺处理的薄壁不锈钢管,因其强度高,管壁较薄,造价降低,从而有效地推动了不锈钢管的应用和发展。薄壁不锈钢管的优越性能还有:(1)经久耐用,卫生可靠,防腐蚀性好,环保性好。(2)抗冲击强。具有较好连接形式(如插接压封式连接技术)的管路强度是镀锌管和普通钢管的2-3倍。(3)韧性好。比一般金属易弯曲、易扭转,不易裂缝,不易折断。(4)采用成熟、可靠的专用连接技术,大大提高了工程进度和效率。
不锈钢管连接方式[7]:常见的管件类型有压缩式、压紧式、推进式、焊接式及焊接与传统连接相结合的派生系列的连接方式。
薄壁不锈钢管由于管价相对较高,用于沿建筑外墙安装的直饮水管或高标准建筑室内给水管路。
1.1.1.2超薄壁不锈钢塑料复合管
超薄壁不锈钢塑料复合管是一种外层超薄壁不锈钢管,内层塑料管和中间粘接剂复合而成的新型管材。
其性能特点:(1)外层不锈钢管管壁更薄,内衬塑料管壁厚也减少,主材价格进一步降低。(2)表面不锈钢把塑料管与外界隔绝,克服塑料易氧化老化之缺点,又提高了塑料管阻燃性能与承压强度。(3)中间粘接剂约束了内衬塑料管膨胀,管材线膨胀系数很小。
既可使用不锈钢粘结管件,又可采用的不锈钢、铜等卡套式管件,连接方式多样,安装方便。可以沿用已经有的塑料管技术标准规范设计、施工。

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