供水管网的管材综述

1、供水管网的管材综述    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

2、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

3、，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5070，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

4、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.

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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0.151.2mm)，水泥砂浆重量配比在112内选用，坍落度宜取6080mm，抗压强度30MPa。 c.内衬厚度及允许公差如表2。 近几年国内有些厂家能自制设备，用往复缠绕工艺制造玻璃钢管。(2)管材分析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

10、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；内表防渗层，一般使用间苯性不饱和聚酯树脂或卫生级邻苯性不饱和聚酯树脂，产品质量要求较高时，内防渗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。塑料管材的蠕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，制管及制做管件的过程中，质量控制手段和检测手段的完善都是至关重要的，否则

11、难以保证质量。 E.玻璃钢管刚度小，管道基础要求较严，必要时需作砂垫层，但它重量轻，抗腐蚀，安装容易，是它的优点。 F.玻璃钢管破裂维修，通常采用玻璃钢粘补，它必须在干燥的环境下作业，这正是供水管道难以具备的条件。 G.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数对环境造成不同程度的危害。 H.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。 4.管材

12、的接口 (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。(2)目前各类管材中采用胶圈柔性接口时，基本上均采取推入式滑动逗管方式，故逗管的插口工作面应涂润滑剂，润滑剂的选择应对胶圈及水质无害。逗管后的内间隙不宜过大，胶圈滑不到工作面，出现局部沉降时容易渗漏水；内间隙没有也是不好的，接口的柔性受到削弱。(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。若逗管施力过大则应退出，查

13、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。 (6)刚度较差的管材，在逗管前插口端应有支撑设施，保持圆度。(7)大口径管件的柔性接口，力求有防滑脱装置等具体措施，减少支墩尺寸。 (8)阀门在管道上连接，应有可拆装的活动部件。对于DN300mm的可使用活法兰(单盘连接器)，否则用可固位的伸缩器。 (9)热塑性塑料管材有多种类别，但连接方式归纳起来有四种，即胶合剂粘接、胶圈夹紧式连接、热熔式插接、电熔合连接。 针对UPVC管而言，采用粘接时应注意以下几点：·管材与管件

14、的配合间隙不大于0.2mm；·胶合剂质量稳定；·粘接操作过程规范、认真；·管路粘接后应在24小时内不被振动；·施工环境干燥，湿度较低；·管路安装应考虑管材热胀冷缩的对应措施。由于在施工中，上述各点落实上有一定难度，不少供水企业在安装UPVC管时，乐于使用胶圈柔性连接，且使用一次注塑成型的柔性接口管件。但也应注意以下几点：·胶圈材质符合要求；·逗管操作时，注意轴线一致，用力匀称；·管材接口工作面清洁，并涂润滑剂，选择润滑剂时，一则对人无害，二则对胶圈无损；·柔性连接的三通、弯管的受力面应作挡墩；·

15、逗接过程应保持内留一定间隙。对于HDPE管材而言，通常采用电熔合连接。它是将电阻丝预先埋在管件中，在施工现场，只需将专用焊接仪的插头与管件的插口连接，便可将管件与管材熔合在一起，它要求管材与管件配合间隙适当，接触部位干净；HDPE管可以注塑热熔管件现场用热熔承插焊机对接方式连接；也可用热熔对接焊机将两管端面热熔后对接，其中较大口径管件是用多角焊机加工成型。由于后两种连接方法容易，管件便宜，有利于管材的推广。 但是HDPE管采用热熔对接时，管内出现缩径凸缘，特别是多角焊机加工的管件内更多，这增大了水流阻力；另外在小区敷设中，工程分散、量小、管件多、沟内作业面窄、与其它管线穿插频繁，热熔对接难度大

16、，需要电源，焊机维护保养烦，影响了HDPE管在这方面的推广使用；相反，承插式柔性接口的HDPE管及管件则安装方便，且接口处不存在阻水的凸缘。江苏江阴大伟塑料制品有限公司根据供水企业的具体情况，开发了de315、200、160、110、90、63mm的承插式柔性接口的HDPE管及管件，已在佛山、成都等城市供水管网中试用成功，因此承插式柔性接口的聚乙烯管及管件将是供水行业乐于使用的管材之一。 复合管材的连接，多数采用金属管件或聚甲醛管件，以胶圈夹紧式连接，这种方式操作方便，拆改容易，唯锥形胶圈及压圈的方向不可倒置，夹紧用力适当。 5.管材的选择 5.1管材水力条件的比较 为了便于比较，第一类管材为

17、水泥压力管、衬水泥砂浆防腐的金属管；第二类管材为热固性塑料管及热塑性塑料管，第一类管材的管壁粗糙系数n1=0.013；第二类管材的n2=0.009。 通过水力学中的达西公式(1)与曼宁公式(2)的关系，可求得以下的比较； Q=AC(Ri)0.5(1)C=1/n R1/6(2)式中：Q流量；A管道的过水断面积，对于园管，A=/4 D2；C谢才阻力系数；i水力坡度；n管道的粗糙系数；R水力半径，对于园管R=D/4。将(2)式代入(1)式得：Q=k/n D8/3i0.5 (3)式中：D管径； K=(/4)×(1/42/3)。(1)当管道输水流量、水头损失一致时，则：D2/D1=(n2/n1

18、)3/8=(0.009/0.013)3/8=87%；(2)当管内径、水头损失一致时，则：Q2/Q1=n1/n2=0.013/0.009=1.44；(3)当管内径、输水流量一致时，则：i2/i1=(n2/n1)2=(0.009/0.0013)2=0.48；因此，对各类管材评述时，应考虑以上因素。5.2管材综合性能比较现将可作大、中口径管材中，钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管的性能比较，如表6。5.3管材的重量比较 (1)大口径管道(2)中大口径管道(3)中小口径管道5.4 管材的价格比较(1)大口径管道 (2)中大口径管道 （3）中小口径管道 （4）部分热塑性塑料管价目表 注：1.以上四个表的价格系成

19、都市场价；2.以上管材、管件均承受1.0MPa公称压力； 3.钢管价格包括内衬、外防腐及阴极保护费用；4.由于是三年前的管材价格，玻璃钢管的树脂、玻璃纤维均按国外材料价计，故以上四表数据待核，必要时以下三表数据亦有待修正。 5.5管材的工程造价比较 (1)大口径管道 （2）中大口径管道 （3）中小口径管道注：(1)管材单价按(5.4)节所述计；(2)管件及阀门费用按管材费用的20%计；(3)未考虑障碍处理费、路面赔偿费、农田赔偿费等；(4)其它费率以直接费的30%计。5.6管材卫生状况的评价 作为输送饮用水的管材应该是无毒的，这是选用管材最基本的要求。在目前市场上，管材的品种繁多，怎么去鉴别管

20、材的卫生状况值得商讨。 在1998年10月1日国家技术监督局与卫生部联合发布了“生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准”（GB/T17219-1998），这是目前评价输送生活饮用水管材卫生安全性的重要依据。 该标准提出管材及内衬材料浸泡水后的卫生要求如下：因此大批量选用一类管材时，就应委托水质监测中心作管材浸泡水后的水质分析，倘若多次检测有某些元素含量超标，此管材不宜选用。 成都水质监测站按国家标准对不同厂家的PVC-U管材和管件进行安全性抽验，有四次浸泡液中铅含量严重超标，有一次出现氯仿、四氯化炭超标。监测站技术人员指出，铅是一严重的蓄积性毒剂，是一种致癌变物质，无论是由于短期还是长

21、期摄入人体的铅，都会严重损害健康或造成死亡；氯仿、四氯化炭也均为高致癌风险的有机毒物，由于生产成本等因素，有不少厂家采用低价的三盐基性硫酸铅或二盐基性亚磷酸铅作为产品的热稳定剂，因此产品中含有铅，产品经高氯水的浸泡后，水中自然会出现大量的铅。而氯仿、四氯化炭超标则是由于管件与管材粘接时所使用的粘合剂的溶剂引起的。 但需要指出，1997年5月1日由国家技术监督局发布的“给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材国家标准（GB/T10002.1-1996）中，对卫生指标有些项目的要求偏松，如下： 这也是有些厂家没有执行GB/T 17219-1998 的主要原因。在此应建议国家技术监督局出面澄清与纠正。 我

22、们认为 GB/T 17219-1998 标准发布在后，故应以此为依据。再则，国内聚氯乙烯原料中氯乙烯单体含量约在58mg/l左右，通常制成的管材中单体含量可1.0mg/l，但据了解各制管厂并不经常作这方面的检测，因此应引起我们的关注。 当然，管材的卫生问题不仅在硬聚氯乙烯管材上，玻璃钢管对内防渗层树脂有明确的要求，要无毒、防渗、耐磨，厚度宜2mm。这样防渗层应采用价格较贵的间苯性不饱和聚酯树脂，但有的厂家采用价格较低的邻苯性不饱和聚酯树脂，厚度也相当薄，倘若此层出现裂纹，纤维容易浸入水中。离心工艺制管来源于奥地利，缠绕工艺制管来源于意大利，可是维也纳、罗马以及经济发达国家的大都市的自来水管网中

23、，没有或很少采用此类管材。这些国家的一些厂商却不断向发展中国家倾销此类制管设备，大量用于城市供水管网中，应该三思。 对于薄壁不锈钢管的浸泡试验仍是不可忽视的，若厂家选用牌号不当，管材也会生锈，管材浸泡后重金属游离的问题亦是容易出现的。 对于水泥压力管、内衬水泥砂浆的球墨铸铁管及钢管，在卫生状况上乃有两点应请注意： ·水泥成品往往渗入矿渣，这种水泥有无放射性指标超标的问题值得留心，有些管厂的样本上标注他们选用的水泥，放射性指标检验是合格的证明文件，应示欢迎。 ·上述管材内表面不应存在浮浆，就是管道清洗后灰粉层也往往会使输水过程中悬浮物增多。 另外，钢管内涂环氧树脂的问题更应小心，采用环氧树脂内喷工艺，在选择涂料的厂家时，要求有卫生部颁发的卫生许可证；要多次抽样检验是否符合GB/T17219-1998的要求；要考察工程实例；在施工过程中有严格的工艺规程及质量保证体系。 5.7管材选择的推荐性意见 管材选择的综合评价应进行技术经济分析，并从下五个方面评定：(1)管材性能可靠，能承受要求的内压和外荷载；(2)管材来源有保证