一、钢管国内外市场实际应用的情况
1.中国
我国住建部下属的中国城镇供水排水协会编制的《城市供水统计年鉴》提供了历年来我国大多数城市供水管材的使用情况,节选如下:
我国城市供水管材情况表现出了以下特点:
n球管迅速发展,使用比例由年0.%提高到年29.4%,经过24年的发展管材使用比例最高;与之相反,灰口铸铁管迅速萎缩,使用比例由年64%下降到年14%,使用比例由最高下落到排名第四。基本表现为球管代替灰口铸铁管的过程。
n钢管在我国供水管材中的比例一直不高,国内客户习惯于过桥、过河以及穿越公路使用钢管,随着球管自锚式接口的发展,客户将缓慢转变使用球管。
n≤DN口径段,PE管增长较快,其主要原因是该口径段价格有一定的优势,值得我公司重视。近些年,因原材料参入二次回收料,即“白加黑”,导致PE管信誉受损。
2.欧洲
年欧洲供水管材使用比例情况如下:
圣戈班从上世纪60年开始推广使用球管,年欧洲(主要指西欧发达国家)球管使用比例为28%,推广的效果不如中国市场;塑料管(PE管+PVC管)使用比例最高,为62%,集中在DN及以下口径段;钢管使用比例很低,只有5%;另外,欧洲市场几乎没有灰口铸铁管,说明球管替代灰口铸铁管的工作做得很好。
3.美国
美国也是从上世纪60年底推广使用球管,年球管使用比例为45%,推广力度最好;塑料管(PE管+PVC管)使用比例最高,主要是小口径段;钢管使用比例更低,只有3%;另外,美国市场也几乎没有灰口铸铁管。
参阅年住建部出版的《城市供水行业二Ο一О年技术进步发展规划和二Ο二О年远景目标》,美国供水管材使用比例如下:
国内给出的美国供水管材使用情况与圣戈班的资料有所差异,但可以相互印证,即球管的使用比例最高,塑料管其次,钢管的比例很少。
4.日本
通过一些资料来看:目前,日本>DN,基本使用球管;≤DN,基本使用不锈钢薄壁管;其他管材极少。
二、管道承压能力
钢管与球管均属于柔性管材,承压能力的计算方法基本一样。两种管材的机械性能的比较:
从上表可以看出,球管的机械性能要比焊接钢管(Q)略高;另外,球管的壁厚一般情况下比钢管要大许多(球管的DN,K9级的壁厚为8.1mm,钢管的壁厚为3~6mm),所以,球管承压能力比焊接钢管高出许多,安全性比焊接钢管高出许多。
三、接口性能
1.钢管的滚入式柔性接口
由于焊接接口在埋地管线敷设中的缺点,钢管厂家也在推动刚性接口向柔性接口的发展,如滚入式柔性接口,采用O型胶圈,一般适用于≤DN:
与球管的T型接口相比,滚入式柔性接口无法达到相应的密封效果:
nO型胶圈要比T型胶圈的宽度都要窄,高度都要短,密封效果打折;
nO型胶圈没有软硬胶之分,安放的空间较大,胶圈易扭动、翻转,胶圈的压缩比T型胶圈要小许多;T型胶圈分软硬胶,硬胶为卡槽式设计,软胶起密封作用。
n钢管的滚入式接口的承口采用设备碾压加工成型,壁厚减薄,承口承压能力下降;球管的T型接口采用铁水浇注模具成型,各种尺寸精确控制,而且为保证承口的更大的承压能力,壁厚有意增加。
n钢管的滚入式接口一般只用于≤DN的口径范围。如果应用于更大口径,密封的风险会大幅增加。
一些钢管厂家为了更好的密封效果,对O型胶圈进行了改进,见下图。增加了胶圈的厚度,胶圈中部采用楔形设计,增加胶圈贴附承口的效果。
上海原水股份有限公司原总工沈之基在《西南给排水》杂志(VolNo.)发表文章《中国输水钢管柔性接口技术必须尽快给以规范——DN2输水钢管线大事故的教训》,对扩胀成型的滚入式柔性接口提出了批评。
扩胀成型柔性接口
在上海供水系统中长江三期DN2输水管线上使用扩胀成型柔性接口,结果令人遗憾,该管线带病临时运行近二年,问题工程段的来个接口中,已有60来个用钢板补焊或用特制配件给以修补,成为供水业中少有的大事故。事故结果分析,扩胀成型柔性接口与球管T型接口相比,胶圈压缩比、管道偏转的指标无法达到。
2.钢管的柔性接口——仿T型接口
年,天津市XX公司通过工艺研发,将球管的T型接口移植到了钢管上,并将该接口编入到城镇建设行业标准CJ/T-《给水涂塑复合钢管》。
钢管的仿T型接口
无论如何,所谓的钢管仿T型接口与球管的T型接口还是不一样的:
n钢管的T型接口的承口采用设备碾压加工成型,壁厚减薄,承口承压能力下降;球管的T型接口是加厚的,承口的承压能力比管道本身还要高;
n钢管的T型接口只是复制了球管的T型接口部分尺寸,如DE、T1和D2等,其他的并没有复制,密封效果不能等同;
n钢管的T型接口上一些结构上的变化,偏转角不如球管大;
n钢管的T型接口没有做型式试验,按照球管的产品标准GB/T,型式试验是科学的验证试验,如果没有,其接口型式是无效的。
目前,国内一些钢管厂家正在推广仿T型接口,也出现了一些漏水事故,这说明钢管的仿T型接口只是模仿球管的T型接口,而不是等同。之所以如此,是由于生产工艺的不同得到的结果,球管的承口是通过铁水浇注模具获得的,钢管的仿T型接口是机械压制成型的,一些关键尺寸无法在工艺实现。
3.球管的T型接口
球管的T型接口
球管的T型接口是不断科研与长期的工程实践中改进的典型的接口型式,任何的接口型式的开发也应当遵循这一科学过程。现今钢管的接口正处于研发过程,并没有得到长期的工程检验,这是工程人员应当值得注意的问题。即使是接口研发也应当是各类试验进行验证,而不是简单的模仿,然后就工程应用。
这里以球管的型式试验来说明这个问题。型式试验是一个设计验证试验,一般只做一次,除非设计改变时,需要做重新验证。例如T型接口的型式试验,在设计结构完成后,需要模拟工程最极端的条件来进行试验,并由权威的第三方机构进行现场认证。其极端条件包括:
采用接口内部和外部水压和来考验接口的密封性。其中内部水压采用比管道正常允许工作压力高出许多的试验压力。
n偏转角。采用最大允许偏转角。
n垂直合力。模仿管道实际运行时承受的外界荷载以及作用力所产生的变形。
n持续时间。要求持续的高压下至少2小时。
在GB/T中,有对接口密封性的型式试验详细的规定,一般来说,只有生产厂家的生产工艺和质量控制达到了GB/T的所有规定,并且产品通过了型式试验,才能说生产厂家的产品符合GB/T。根据标准要求,在DN0~口径段,选择DN作为代表进行型式试验。
1)内部水压下的接口密封
型式试验内部水压采用的是最高级的试验压力(PEA),例如DN,允许工作压力(PFA)为2.7MPa,PEA=PFA×1.2+0.5=3.7MPa。最大偏转角1o,垂直合力为N。
压力时间在±0.5kg/cm2浮动内至少保持2小时,并在此期间每15分钟进行一次全面的密封检查。
2)外部水压下的接口密封
外部部水压≥2kg/cm2。
其他条件与内部水压下接口密封相同。
3)负内部水压下的接口密封
试验压力为0.9kg/cm2,小于大气压约0.1kg/cm2。
其他条件与内部水压下接口密封相同。
型式试验是国内外验证接口密封的科学做法,钢管的承插式接口也应该进行型式试验,并在第三方权威机构鉴证下出具试验报告,如果没有此类报告,从工程使用角度来看,接口的风险极大。新兴铸管已经通过权威机构法国BV公司认证的型式试验。
四、管材防腐
球管本身耐腐蚀性能是碳钢钢管的2~3倍,国内外大量的腐蚀试验验证这一说法。
1.管材的电阻
管材的电阻可以反映其耐腐蚀能力,电阻值越大,越不易产生电化学腐蚀。
2.ASTM(美国材料实验协会)试验数据
3.管材耐腐蚀试验
久保田铁工株式会社编制的《球墨铸铁管手册》提供的资料,反映出球管耐腐蚀性能远远高于钢管:
n各种管子的自来水水流腐蚀试验结果(用喷枪将自来水雾化,喷洒10小时,停止14小时,反复进行干湿试验)
注:来自久保田试验
n浸入蒸馏水中试验结果
注:来自M.ParisBruniere“腐蚀”年五月
n海水浸入试验结果(海水采用机械搅拌)
注:来自MichelParisB.delaBruniere“腐蚀”年五月
n海水、人工海水、蒸馏水浸入试验结果
注:来自MichelParisB.delaBruniere“腐蚀”年五月
n海水浸入试验结果(每次在海水中浸入20分钟后拉出反复作干湿试验)
注:来自MichelParisB.delaBruniere“腐蚀”年五月
n人工海水试验结果(吹入压缩空气,浸入天)
注:来自MichelParisB.delaBruniere“腐蚀”年五月
4.管材使用中的事故对比
n瑞典哥德堡公开发表了年~年之间供水管网事故:
上图表显示,球管事故率最低,约0.1次/10km,原因为管线塌落;钢管的事故率为2.20.1次/10km,主要原因是腐蚀、接口和管线塌落等。
5.国内球管使用情况
九十年代,我国30个城市使用的各种管材发生事故的情况:
n80年代未北京密云九水厂采用了日本久保田的DN球管,使用20年挖出完好,内衬打磨过的,使用20年不生长微生物,见下图:
n新兴DNmm在西安西影路于年安装使用,年4月,该管段挖出,内外防腐层完好,胶圈完好。见下图:
6.钢管涂塑
由于钢管的耐腐蚀能力比球管弱,现今钢管流行的做法是喷塑。一种是管道内外喷涂环氧,另一种更高级的做法是3PE,即管道内部采用环氧,管道外部采用环氧+粘接剂+PE。外部使用环氧在吊运、堆放及安装过程易碰撞造成损坏,不易修补,3PE耐碰撞的能力要好些。但在实际工程中也出现了损伤的问题,见下图。
目前,钢管喷塑没有国家标准,只有行业标准,如石油天然气的标准SY/T《钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范》,该标准对涂层的质量控制有严格的检测指标,如环氧涂料的质量、厚度、附着力、抗冲击、抗弯曲、化学腐蚀和耐磨性等均有定义,但国内大多数钢管厂家一般不遵从标准进行生产,或者没有这些指标的检测,这样涂层的质量很难得到保证,
涂层的厚度直接影响到成本,如普通级环氧涂层的厚度为um,加强级环氧涂层的厚度为um,如果不能达到相应的厚度,管道长期寿命是很难得到保证的。
7.球管防腐
在一般腐蚀土壤环境条件下,球管外防腐宜选择常用标准外防腐涂层,即金属锌/富锌涂层与终饰层组成的双层涂层,涂层质量控制应符合《球墨铸铁管外表面锌涂层第1部分——带终饰层的金属锌涂层》GB/T.1和《球墨铸铁管外表面锌涂层第2部分——带终饰层的富锌涂料涂层》GB/T.2。在较强或强腐蚀土壤环境条件下,选择聚乙烯膜,聚乙烯膜质量控制应符合《现场安装聚乙烯套球墨铸铁管线》GB/T;也可以选择聚氨酯涂层,其质量应符合《球墨铸铁管和管件——聚氨酯涂层》GB/T;或者选择环氧涂层,其质量控制应符合《球墨铸铁管、管件及附件——环氧涂层(重防腐)》GB/T。球管有着多种防腐型式,且这样防腐均有国家标准,以供厂家生产质量控制和客户质量检测。
五、总结
从全世界的供水管材市场来看,球管是主流产品,而且继续呈上升趋势;钢管的使用已走向没落,在发达国家中使用情况几乎微不足道。这也是市场长期检验的结果,不会以人的意志为转移。
国内在小口径的钢管上推出的承插式接口,也只是局部工程的使用,出现了一些密封问题,接口密封在工程的验证和改进也有个过程,远没有达到成熟工程应用的阶段。球管的各类接口都经过的产品研发、试验和长期工程应用,相当成熟,客户认可度高。
钢管涂塑质量值得重视。涂层的厚度是多少?直接关系到管材价格及长期使用寿命;采用哪个标准,采用哪家涂料?生产工艺如何控制?各项指标如何检测?指标检测记录是否完整?这些都是客户必须掌握的情况。这些问题也可以反问到球管厂家,新兴铸管不但供货国内,而且30%的产品供货到国外,我们可以拿出相应的标准、完整的生产记录、质量检测记录进行一一比照,保证我们的产品质量,并提供给客户优良的售前和售后服务。