1、供水管网的管材综述何 维 华本文阐述了供水管网的功能要求；扼要叙述了管材的类别及适用范围；具体讲述了各类管材的特点及质量情况；并对各类管材从水力条件、物理性能、价格、工程造价等方面进行了比较，提出了推荐性建议。 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
2、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
3、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，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
4、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
5、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；(1.2) 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(
6、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
7、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。(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
8、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
9、。 表 1项目 允许偏差（mm）D600 2.0周长D600 0.0035d椭圆度 管端 0.005D；其他部位 0.01D端面垂直度 0.001D,且不大于 1.5注：1D 为管内径(mm)；2 椭圆度为同端管口相应垂直的最大直径与最小直径之差，除以D。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
10、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。 表 2衬里厚度（mm） 厚度公差（mm）公称管径（mm）机械喷涂 手工涂抹 机械喷涂 手工涂抹500-700 8 2 800-1000 10 2 1100-1500 12 14 +3 +3-2 -21600-1800 14 16 +3 +3-2 -22000-2200 15 17 +4 +4-3 -32400-2600 16 18 +4 +4-3 -32600 18 20 +4 +4-3 -3d.水泥砂浆内衬后的内壁粗糙系数 n0.012。 e.内
11、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，深度大于内补厚度允许公差值，空鼓面积大于 400cm2则应修补。B.环氧树脂内喷衬的质量要求 内喷衬用环氧树脂的材质及作业要求，由于目前国家还没有相应标准，而是参考石油天燃气行业标准SY/T4057-93标准提出以下要求: a.钢管内壁喷砂等方式除锈达到 GB/T8923 的 Sa2.5 级标准的要求，使管壁呈现金属本色； b.作内喷衬的液体环氧树脂应具有卫生部的卫生许可证，且施工过程中对人体无害； c.衬层总厚度400m（通常喷涂五道
12、，第一道底漆在喷砂除锈后一小时内完成，待表干后喷下一道）； d.涂层附着力达 12 级（试验方法 GB1720）； e.表面硬度，用 2H 铅笔试划无划痕（试验方法 GB6739）； f.柔韧性 1.0mm（试验方法 GB1731）； g.耐冲击性能4.9（试验方法 GB1732）； h.粘度0.2Pa.s（试验方法 GB1723）； i.细度80m（试验方法 GB1724）； j.表干时间4h，实干时间24h（试验方法 GB1728）； k.甲组份固体含量70，乙组份固体含量80（试验方法 GB1725）； .分别在 10NaOH、30H 2SO4、10NaCl 中耐化学试剂性 180d 合
13、格（试验方法 GB1763）； m.耐盐雾性 500h 试验达一级（试验方法 GB1771）； n.耐污水性 100；C 90d 合格（试验方法 GB1733 乙法）； o.喷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。 (1.4)钢管外防腐的质量要求 参考石油部部标准“SYT28-87”，提出以下要求：a.钢管表面除锈应达到 GB8923-88 的 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盐酸及 10苛性钠溶液中，分别浸泡 90 天；在30硫酸溶液中浸泡 7 天，防腐层外观无
14、变化；c. 剪切粘结强度4Mpa；抗冲击强度 1.2J；工频击穿强度20kv/mm；体积电阻率110 12.cm；阴极剥离3 级；吸水率0.4%；耐好气性微生物侵蚀2 级；d.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；e.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.防腐层表面硬度好，耐磨性好，钢丝绳悬吊不产生 0.1mm的痕迹；g.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 6000v 以上针孔击穿；h.操作方便，
15、对人体及环境无害；i.采用环氧煤沥青防腐蚀涂料时，底漆应在喷砂除锈后一小时内完成，以五油二布、总厚度600m，可符合以上要求。（1.5）钢管的阴极保护措施 a.埋地钢管在腐蚀性土壤中采用阴极保护措施。 土地按实测的土壤电阻率(.m)值来判别其腐蚀性程度，如表 3。 表 3腐蚀性程度 强 中 弱 非土壤电阻率 、m 100b.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) (2)镀锌钢管 在国内过去小口径管道上，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，近年多数城市已不再使用。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
16、响水质，使用 35 年就腐蚀穿孔，不符合供水管道使用，作为伪劣产品，已禁用。 (3)薄壁不锈钢管（LGSSP） 近几年国内已有一些企业可制造薄壁不锈钢管，并制造出胶圈快速连接的管件，它在冷热水管应用上前景广阔，各种规格的管材、管件及阀门、水咀等已形成“白钢系列”产品，它不存在锈蚀与材质老化的问题，使用寿命长，外形美观，它在小口径管材中将是竞争力很强的品种。 用于冷热水供应的不锈钢管系 0Cr18Ni9 牌号的不锈钢薄板，它的抗拉强度达 520Mpa，延伸率35。在小口径埋地及明敷管道中，有多种连接方式，通常采用压缩式密封圈连接较好，也就是先把螺母管件套在配管上，再用专用工具将配管胀成一山形台凸
17、缘，将密封圈放入连接管件的内壁，用手拧螺母，使螺母与连接管件相接，后用扳手拧紧。此种连接方式有防滑脱的功能，亦便于装拆。若是管道埋于墙壁内，通常用对接焊连接，局部用法兰连接。输送热水的管道，外套保温胶管。薄壁不锈钢管的管件制造有铸造成型及焊接冲压成型等工艺，以后者的质量较稳定，且美观。薄壁不锈钢管的工程造价仅比铝塑复合管、PP-R 管高 1020，而从使用寿命而言它是价廉的管材。 3.2 铸铁管 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。 (1)国外铸铁管生产概况 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
18、了球墨铸铁管，现年年产量约 600 万吨，产品规格为 DN502900mm，其中美国年产量 150180 万吨，日本年产量 90 万吨，法国年产量 6080 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。目前国外球墨铸铁管铸造技术发展方面，主要是采用的水冷金属型离心铸管技术。但日本对大口径管用树脂砂衬离心铸造技术；独联体地区对大口径管却用半连续铸造技术（带热处理退火工序）。(2)国内铸铁管生产概况 我国有铸管厂 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，近年部分铸管厂通过
19、技改，转向生产球铁管，也有一些厂自然淘汰。 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；国内也自行研制开发了水冷金属型、热模法及树脂砂衬离心球管工艺生产线。现国内球墨铸铁管的生产能力达 100 万吨/年，口径从 DN100DN2200mm，使我国球墨铸铁管铸造技术，已赶上及达到国际较好水平，管材、管件除满足国内需求外，还有一定量的出口。 (2.1) 管材行情分析 （2.1.1）球墨铸铁管是供水管网的主要管材 A.城市供水管网的功能需要球墨铸铁管 城市供水管道是输送饮用水的，必须内衬材料符合卫生要求。 球墨铸铁管内衬了水泥砂浆，管内输水符合卫生要求；若输送水的水质不稳
20、定，则砂浆内表面应刷涂卫生级树脂保护，从而并不比非金属管材差。 城市供水管道是输送有压力的水，必须管道有承内压的功能。 球墨铸铁管可承受内水压力超过 2.0Mpa 以上，它比非金属管材强。 城市供水管道是敷设在道路下面，必须管道有承受土壤静荷载及地面动荷载的功能。球墨铸铁管系延伸率、刚度、抗拉强度均较大的金属管道，承受土壤静荷载及地面动荷载的能力通常比其它管材强。当然若覆土过浅、过深时，也应通过结构计算确定相关措施。 城市供水管道的分支管件规格多、数量大。 球墨铸铁管的管件规格齐全，能适应新安装需要，也能适应运行管道上不停水引接分支的需要，它比非金属管材解决起来方便。 城市道路下面管线种类多、
21、布置紧凑、立面交错、更改频繁，这些都要求管材的适应性强、折装方便。 球墨铸铁管系柔性接口，折装方便、承受局部沉陷的能力好，特别在有地下水或管内有少量余水的状况下维修容易，它比非金属管材维修难度小。 城市道路下面的雨、污水管道容易渗漏，土壤腐蚀性强，要求管道耐腐蚀性好。 球墨铸铁管通常外表面首先喷涂锌层，再喷涂沥青保护，这方面比非金属管材弱，但比钢管强。 在城市道路已按规划定型的条件下，要求道路下面的管道能长期不维修。 球墨铸铁管通常有 50100 年的使用寿命，比化学管材及钢管使用寿命长。 B.当前城市供水管网组成状况，预示着球墨铸铁管的发展前景 我国城市供水管网中，铸铁管占 80以上，近几年
22、逐渐淘汰了灰铸铁管，大量使用球墨铸铁管。 我国台北市在 1996 年敷设 3412km 管道中，球墨铸铁管占 84.82。 日本东京市城市供水管网中，球墨铸铁管约占 90。 美国近几年内，年安装供水管道 23 万 km，球墨铸铁管占47.7。 （2.1.2）城市供水管网不可能使用单一管材 以上所述，球墨铸铁管是城市供水管网的主要管材，在国外 DN502900mm 之间均有球墨铸铁管的产品，在国内DN1002200mm 之间也有球墨铸铁管的产品，但并不说明城市供水管网要使用单一管材，其理由如下： A. DN1400mm 及 DN200mm 的球墨铸铁管，铸造难度大、相对价格高。 B. 大口径球墨
23、铸铁管的管件，铸造难度大、相对价格高。 C.大口径球墨铸铁管管壁簿，承、插口端容易变形，影响管道敷设。 综上所述，在国内各城市供水管网中，球墨铸铁管目前宜适用于 DN3001200mm 之内。（2.2）推广球墨铸铁管时应注意的几个问题 A. 管材质量控制是关键 球墨铸铁管不同于灰铸铁管的铸造，它是铸管行业的高科技产品，它从原料选择及每道工序的质量控制都有严格的要求。 球墨铸铁的原材料要求含磷0.1、含硫0.015，否则应有脱磷、 脱硫措施。 熔炼的铸铁铁水，再以电炉提高铁水温度达 1550左右。随之添加镁、钙、铈等碱土金属或稀土金属的球化剂，使含在铸铁中的石墨组织从片状变成球状； 添加球化剂后
24、的铁水应以光谱仪快速检验铁水中主要化学元素的含量及金相分析。 主要化学元素含量应符合要求（碳 3.63.75%；硅1.82.1%；锰0.4%；磷0.05%；硫0.02%；镁0.030.05%；稀土元素 0.010.03%）。 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 67 级(在 400 倍视场下，球径为 1.54mm)，石墨球数达 600800 个/mm 2；渗碳体1%；小口径管铁素体90%，大口径管为 85%左右(球光体控制在812%内)。 上述快速检验合格后，则铁水在 10-15 分钟内倒入钢模中离心铸造成管坯。 这种管坯必须经热处
25、理后成可延性的球墨铸铁管（中、小口径的管材延伸率应10；大口径的管材延伸率应7）。 根据 ISO2531-91 国际标准的要求，这种球墨铸铁管的力学性能指标为：抗拉强度420MPa；抗弯强度590MPa；屈服点强度300MPa；布氏硬度230。 根据 ISO8179-1995 标准，外涂层应为锌+沥青，喷涂应在管材表面洁净、预热的条件下进行，规定喷锌量130g/m 2，焦油沥青喷涂层厚度约 0.08mm。现不少用户忽略了喷锌这一要求，国外明确提出只有锌层与管表面结合为一体时，再喷涂沥青后才能对管材提供有效的保护。 根据 ISO4179-1985 标准，管内表面均应水泥砂浆衬里，日本还在砂浆表面
26、喷涂卫生级不饱和树脂。 管材、管件的补焊问题，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，向原意接受的用户出售。 管材出厂前逐根试压检验、承口内清除铁瘤、抛光处理、承插口胶圈工作面刷涂卫生级的环氧树脂，口径400mm 时建议管材运输与堆放期间，承口端应加内支撑。 B.管件问题 管件的问题包括管件质量及规格品种配套的问题。 管件质量长期影响着球墨铸铁管的发展，近五年内蒙赤峰管道铸造有限公司、湖南桃江铸管厂、四川川建管道有限公司等单位运用消失模法
27、（EPS）负压实型铸造球墨铸铁管件在国内得到可喜的成功，川建管道有限公司铸造的管件完全不必机械二次加工，使管件质量赶上了管材的质量。消失模法负压实型铸造的主要设备有：制模设备（预发机、成型机）；模型粘结组合设备（简易或自动粘结机）；涂料及涂层制备设备（涂料研磨机、涂料箱）；造型设备（振动台、加砂装置）；落砂设备（翻箱机、底泄砂装置）；砂处理设备（筛分设备、冷却装置、水平及垂直输送设备）；负压浇注设备（真空系统）；抛丸除锈设备；环保设备（除尘系统、浇注尾气净化装置）。 消失模法负压实型铸造的主要原辅材料有：泡塑模型原材料（可发性聚苯乙烯珠粒 EPS）；模型粘结胶；模型粘结胶带纸；模型表面修补剂、
28、修补膏；型砂等。利用消失模法负压实型铸造球墨铸铁管件，表面平整，可使管件厚度减少 1/4，法兰盘端面及法兰盘孔不另行加工，承、插口工作面可不加工或少加工。消失模法负压实型铸造属精密铸造工艺，目前主要在中、小口径管件上应用，各个工序上质量控制较严，泡塑模型原材料的质量、模型粘结胶的质量、模型成型的质量、涂层的质量、造型工艺、浇注工艺等对铸件的质量影响是不可忽视的，只有严把质量关才能使铸件质量稳定。铸件外观质量好了，还不能说明铸件质量的全面情况，法兰盘的平整度及尺寸、柔性接口工作面尺寸，都应核查，特别是产品逐件的水压检验不可免除。消失模法铸造的管件售价较高，但管件重量轻、免机械加工，工程造价基本持
29、平，它应是当前球墨铸铁管件的较理想的铸造工艺。 大口径管件目前较好的铸造是采用树脂砂成型，质量较好。近年国内有厂家试用金属模上高压喷射树脂砂，一方面使金属模重复使用，再方面使管件表面质量提高，也是很有前途的铸造工艺。 管件的规格品种一定要与管材的口径配套，一定要与异形管件柔性接口防滑脱的措施衔接好。 C.柔性接口防滑脱问题柔性接口的优点己经得到公认，但在异形管处支礅尺寸较大，有时在道路下面无法实施，因此研究柔性接口防滑脱问题十分迫切，归纳起来有以下几种方式： 承插接口处加拉箍利用拉箍与管表面的摩擦力来减少柔性接口滑脱力，从而减小支礅尺寸。如若管道口径不大，多个承插接口处又加拉箍，甚至免砌筑支礅
30、。 带止退槽的螺旋式接口管承口端有内螺扣，螺纹压兰压紧挡环，使密封胶圈限位，若插口端加工有止退槽，则具有防滑脱功能。 自锚式接口它是一种特殊的机械式接口，它由焊接于管插口端的挡环、外形带曲率的锁紧环、特殊的压兰及螺栓组成，它通过压兰、锁紧环实行自锚，较好地结合了柔性接口的密封性与防滑脱性。 座圈卡固接口它也是一种特殊的机械式接口，承口较长，承插口间用座圈卡固，其抗剪强度大，抗滑脱性能好，适用于较大口径管道上。复合接口它是承口端用传统的 T 型接口外增加了防滑脱接口，因此承口较长，防滑脱接口系防滑脱胶圈与锥形钢环组成。 防滑脱胶圈它是不改变管承插口 T 型接口的形式，仅是传统的 T 型胶圈的内斜面均匀分布了数个防滑脱钢钉，从而具有 8-9 倍传统的 T 型胶圈的防滑脱力。
