常见的大口径输水管材优缺点及应用论述
时间：2020-12-29 00:01:38 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：根据我国工程技术的发展和实践运行的经验，在目前的大型给排水工程中，大口径的输水管道主要有五种，分别是复合钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、玻璃钢类管（GRP）、聚乙烯塑料管（PE）和预应力钢筒混凝土管（PCCP）。五种管材各有优缺点，应针对不同情况选取最适合的管材。文章对常见的大口径输水管材优缺点及应用进行了论述。
关键词：大口径输水管道；给排水工程；复合钢管；球墨铸铁管；玻璃钢类管 文献标识码：A
中图分类号：TU821 文章编号：1009-2374（2016）32-0121-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.060
1 钢管（SP）
1.1 优点
钢管的应用历史长、适用范围较广、机械强度最好，具有极好的力学性能，当可以承受极高的内压和较高的外压，经试验验证压扁性变度达30%不会出现管道破损。近几年市场上出现的复合钢管，是以钢管为基管，通过抛丸、高温等工艺，在其内外壁复合高分子化学材料而成。它是钢管与塑料管优良性能的结合，既有钢管高强度、抗拉力等优点，又有塑料管的超强耐腐蚀性。它的内涂层为环氧树脂，外涂层热熔聚乙烯结构，以DN1600的复合SP为例，钢的厚度为14mm，内环氧涂层厚度为0.45mm，外聚乙烯厚度为1.8mm，涂层发生损坏易修补，使用酒精喷灯喷涂即可，经过实验验证涂层附着度高。接口处连接方式灵活，可以做成：法兰连接、承插连接、焊接，现在大口径的管道多采用焊接连接，焊接为柔性连接，可最大程度地适应地基不均匀沉降问题，接口处保留无涂层焊接区，焊接之后内外再做防腐涂层，采用热熔的方式，内涂环氧，外涂聚乙烯，涂层用料和厚度的标准均高于管身，钢管在火电厂中有大量应用。
1.2 缺点
SP输水最重要的问题是防止腐蚀，必须做好内、外壁的防腐，SP的使用寿命在很大程度上取决于内外防腐层的材料和施工过程中对内外涂层的质量，投运之后可加设外加电流、牺牲阳极的保护来监测和保护钢管的使用。钢管手工焊接的管道接口环向焊缝随着管径的增大，成为最突出的薄弱环节，温度变化，地基不均匀沉降，接口使整个钢管形成一根长的受力梁，在有缺陷的环向焊缝易形成应力集中发生爆漏。同时按钢管管端不圆度的质量标准01005 D计算，安装相邻两根管的管壁错边量会高达28%。
按焊接规范，即使焊缝完全合格，此时接口的焊缝强度也仅为正常值的70%左右，为此传统钢管管壁厚度的选用一般都采用增大30%以上的钢板厚度方法来弥补这一缺陷，这就造成了钢管的安装费用高于PCCP、玻璃钢等采用承插连接的管材。
1.3 工程案例
工程案例如表1所示：
2 球墨铸铁管（DIP）
球墨铸铁管是使用18号以上的铸造铁水经添加球化剂后，经过离心球墨铸铁机高速离心铸造成的管道，称为“球墨铸铁管”。球管具有铁的本质、钢的性能，延展性能好，其抗拉强度、屈服强度与SP相当，抗腐蚀能力比钢材好，承受沉降能力好，主要用于市政、工矿企业给水、输气、输油等。球管的主要成分有碳、硅、锰、磷和镁。外涂沥青，内壁喷锌、水泥砂浆防腐材料等。球墨铸铁管的使用历史可以追溯到1668年巴黎郊区从塞纳河至凡尔赛全长约21.14km的输水管线，300多年的时光流逝，除部分管道和接头维修更换外，主体至今仍在使用。
2.1 优点
（1）具有卓越的承压能力，最大额定工作压力可达2.0MPa，并具有一定的抗轴线拉力能力，安全性很高；（2）具有良好的防腐性能，一般中水管道腐蚀性较大，内水泥防腐受水质影响而脱离；（3）密封性好；（4）抗震性能高；（5）重量相对较轻、安装快。
2.2 缺点
（1）内防腐采用水泥砂浆防腐，易结垢滋生细菌，输水阻力大；（2）外防腐采用喷锌和环氧煤沥青漆，对于土壤的酸碱环境非常“敏感”，常常短时时间被腐蚀，导致渗漏（秦皇岛北戴河输水管道由于离海边较近，球管使用不到10年就有的管体外壁腐蚀承压减低产生爆管）。环氧煤沥青有毒，污染地质环境，对当地的地表水、土壤有一定不利损伤；（3）插口外壁及端口（喷锌+环氧煤沥青防腐）和内输送水接触，腐蚀端口水泥和球铁的结合处，造成连接口部分污染水质，其输水不能直接饮用，存在内部水泥层易结垢等缺陷。根据国外经验，如直接饮用水需要喷涂环氧树脂防腐；（4）抗沉降能力差，有沉降地形地带极易崩管，而需要置换地基土壤，成本较高。土壤污染或有化学工厂或毒物污染区地段禁止直接使用；（5）接口较多（是涂塑复合管的2倍左右），而且接口的渗水率较高，根据不完全统计由于受施工因素或地质环境、厂家产品质量——部分城市渗水率达到20%以上，渗漏导致基础坍塌，给生产、道路、交通及生命财产造成损失，特别是水锤导致管体或接口爆管的较多，带来了非常麻烦的后期维护，破坏市政道路和影响环境，影响供水的安全性和送水率；（6）凡承插衔接的球墨铸铁管线，有必要经核算设支墩，施工比较麻烦。球管基槽垫有承载力的沙层；（7）造价较高，一般每延米比PCCP、钢管以及玻璃钢加筋管要高出30%～50%。
3 预应力钢筒混凝土管（PCCP）
预应力钢筒混凝土管是由预应力钢丝、钢筒、混凝土构成的复合管材，是将预应力钢丝按设计要求缠绕在带有薄钢筒（通常1.5cm厚）的混凝土管芯上，最后在管外部施喷水泥砂浆保护层而制成的。
PCCP性能综合归纳如下：（1）PCCP管芯中嵌入了一层薄壁钢筒，具有较好的抗渗性；（2）预应力钢丝可多层重叠，管材承受内水压力高、埋土深度大，承受内水压0.4～2.0MPa，甚至更高；（3）管材的承插接口是半柔性，可减缓或克服一定程度上的土壤应力影响，偏转角允许约1°；（4）管材的管件配套齐全、简便、可靠、节省造价；（5）粗糙系数n值为0.011～0.0125。
